Method Article
מכשול משמעותי מנתח ביוכימיים של הריבוזומים המכיל המתהווה peptidyl-tRNAs כבר נוכחות של הריבוזומים אחרים דגימות אותו, ריבוזומים לא מעורב בתרגום של רצף ה-mRNA ספציפי להיות מנותח. פיתחנו מתודולוגיה פשוטה כדי לטהר, בלעדי, את הריבוזומים המכיל את המתהווה peptidyl-tRNA של עניין.
לאחרונה, מחקרים מבניים ביוכימיים רבים יש מפורט של האירועים המולקולריים המתרחשים הריבוזום במהלך עיכוב של סינתזת החלבון על ידי אנטיביוטיקה במהלך הסינתזה פוליפפטיד המתהווה. חלק מאותם אנטיביוטיקה, פוליפפטידים המתהווה הרגולציה בעיקר בצורת peptidyl-tRNAs, לעכב או היווצרות הקשר פפטיד או סיום התרגום 1-7. אירועים אלה מעכבות יכול לעצור את התנועה של הריבוזום, תופעה שמכונה "מעצר translational". מעצר תרגום המושרה על ידי אנטיביוטיקה או פוליפפטיד המתהווה הוכח לווסת את הביטוי של גנים המעורבים תפקודים תאיים מגוונים כגון צמיחת תאים, עמידות לאנטיביוטיקה, טרנסלוקציה חלבון מטבוליזם התא 8-13. הידע של איך אנטיביוטיקה פוליפפטידים המתהווה הרגולציה לשנות את תפקוד הריבוזום הוא חיוני אם אנחנו רוצים להבין את התפקיד המלא של הריבוזום בתרגום, כל אורגניזם.
כאן אנו מתארים מתודולוגיה פשוטה, שניתן להשתמש בהם כדי לטהר, בלעדי, לצורך ניתוח, ריבוזומים אלה בתרגום mRNA ספציפי המכיל מסוים peptidyl-tRNA 14. הליך זה מבוסס על בידוד סלקטיבי של הריבוזומים בתרגום מאוגד mRNA ביוטין שכותרתו. קומפלקסים אלה translational מופרדים הריבוזומים אחרים בתערובת זאת, באמצעות חרוזים פאראמגנטיים streptavidin (SMB) ואת שדה מגנטי (MF). MRNAs ביוטין שכותרתו מסונתזים על ידי נגר מבחני שעתוק באמצעות כתבניות PCR שנוצר שברי דנ"א המכילים מקדמי T7 תעתיק. T7-RNA פולימראז משלבת ביוטין-16-UMP ביוטין מ-UTP, בתנאים שלנו כעשרה ביוטין-16-UMP מולקולות משולבות mRNA nt 600 עם תוכן UMP 25%. אלה ביוטין שכותרתו mRNAs מבודדים אז, השתמשו ב מבחני חוץ גופית התרגום הופיע עם גורם לשחרור 2 (RF2)-מדולדל תא ללא תמציות המתקבל זני Escherichia coli המכיל סוג בר או ריבוזומים מוטציה. הריבוזומים לתרגם את ביוטין שכותרתו רצפי ה-mRNA תקועות על האזור קודון לעצור, בשל העדר של חלבון RF2, אשר בדרך כלל משיג סיום התרגום. הריבוזומים תקוע המכיל את מסונתז החדש peptidyl-tRNA מבודדות להסיר את התגובות תרגום באמצעות SMB ו MF. חרוזים אלה רק לקשור ביוטין המכילים מסרים.
מבודד, מתחמי translational, ניתן להשתמש כדי לנתח את התכונות מבניים ותפקודיים של סוג בר או רכיבים ריבוזומלי מוטציה, או peptidyl-tRNA רצפים, כמו גם בקביעת הריבוזום אינטראקציה עם אנטיביוטיקה או גורמים מולקולריים אחרים 1,14-16. כדי לבחון את הפונקציה של אלה מתחמי הריבוזום מבודדים, peptidyl-transferase מבחני יכול להתבצע בנוכחות של אנטיביוטיקה puromycin 1. כדי לחקור שינויים מבניים מתחמי translational, נהלים מבוססת היטב יכול לשמש, כגון i) crosslinking ל 14 חומצות אמינו ספציפיות ו / או ii) הגנה אלקילציה מבחני 1,14,17.
1. תא הכנה חלץ חינם.
2. הכנת תמציות חינם Cell מדולדלים של RF2.
3. הכנת תבנית ה-DNA.
4. הכנת ה-mRNA ביוטין תווית.
5. בידוד של הריבוזומים תרגום המכיל Peptidyl-tRNA.
6. ניתוח של הריבוזומים מבודד מכיל את Peptidyl-tRNA.
עבור peptidyl-tRNA
עבור RNA ריבוזומלי
7. נציג תוצאות:
תרשים 2 מציג את התוצאות של סדרת הניתוחים הערכת איכות התפקוד של הריבוזומים תרגום מבודד באמצעות ההליך המתואר. תצפית של להקה ייחודית נפתרה ג'לים polyacrylamide מעיד על קיומו של פוליפפטידים מאוגדים ביוטין שכותרתו mRNAs מצורף ה-SMB (איור 2 א). טיהור RNAs ריבוזומלי באמצעות הליך זה קובע את נוכחותו של הריבוזומים קשורים אלה ביוטין שכותרתו mRNAs, כמו גם (2B איור). הוספת puromycin, אנטיביוטיקה שגורם לפעילות peptidyl-transferase של הריבוזום, התוצאות המחשוף של המתהווה peptidyl-tRNAs 1. זהו כפי שנצפה שינוי בדפוסי ההגירה של פוליפפטיד בודד ג'לים polyacrylamide (איור 2C). יחד, נתונים אלה מצביעים על כך ביוטין שכותרתו mRNAs מצורף ה-SMB מכילים ריבוזומים פונקציונלי עם peptidyl-tRNAs.
הבידוד של הריבוזומים תרגום המכיל ספציפי peptidyl-tRNAs היתרי חקר את ההשפעות של peptidyl-tRNAs, אנטיביוטיקה, ומולקולות אחרות, על תפקיד הריבוזום (איור 3A), וכן על מבנה הריבוזום (איור 3B). בכל הדוגמאות שהוצגו כאן sparsomycin אנטיביוטי לבין חומצת אמינו טריפטופן (TRP) לעכב את המחשוף hydrolytic של המתהווה tnaC-tRNA peptidyl-tRNA המושרה על ידי RF2 את הריבוזומים מבודד (איור 3A). האינטראקציה של sparsomycin או TRP עם הריבוזום גורם גם שינויים מבניים כמה נוקלאוטידים, המהווים את rRNA 23S של הריבוזום מתרגם (איור 3B). לסיכום, חומר ביולוגי שהושגו באמצעות ההליך המתואר כאן מועילים בהשגת הבנה נוספת של הקשרים המבניים המעורבים עיכוב של פונקציה הריבוזום על האינטראקציה שלו עם גורמים מולקולריים שונים.
ove_content ">
איור 2. מנתחת מבניים ותפקודיים של מתחמי מבודדים. א) תגובות במבחנה תרגום בוצעו עם [(ביו) UMP] mRNAs שבו קודון ההתחלה של הגן tnaC הוחלף קודון עצירה. המוצרים הסופיים היו מבודדים באמצעות חרוזים streptavidin, כפי שעולה באיור 1. תוצרי התגובה ומולקולות מבודד נותחו לאחר מכן על ידי אלקטרופורזה על ג'ל polyacrylamide. TnaC-tRNA ו tnaC להקות פפטיד מסומנים. ב) סך RNA היה מבודד מן מתחמי נתקע באמצעות מיצוי הליכים פנול. כל RNA בודד נפתרה על ידי אלקטרופורזה ב agarose ג'לים. RNAs ריבוזומלי (rRNAs) מצוינים. ג) מתחמי מבודד המכיל tnaC-tRNAs הודגרו עם (+) או בלי (-) 0.02 mM puromycin (פורו) בטמפרטורת החדר למשך 10 דקות. הפפטיד tnaC תויגו במהלך התרגום באמצעות [35S]-מתיונין (א) או [3H]-פרולין (B).
איור 3. מנתחת מבניים ותפקודיים של הריבוזומים המכיל tnaC-tRNA המאוגדים sparsomycin אנטיביוטי, או חומצת אמינו טריפטופן. א) מתחמי מבודד המכיל tnaC-tRNAs הודגרו עם (+) או בלי (-) sparsomycin (Spar) או טריפטופן (TRP) בטמפרטורת החדר למשך 5 דקות. מאוחר יותר, תערובות היו מעורבבים עם RF2 וטופחו על 37 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות. ב) ניתוח השינויים מתילציה ב 23S rRNA הנגרם על ידי מולקולות מחייב בתוך הריבוזום. מתחמי מבודד היו מראש מודגרות עם (+) או בלי (-) 2 מ"מ או TRP Spar במשך 5 דקות ב 37 ° C. ואז, סוכן אלקילציה, דימתיל סולפט, נוספה ותערובות מודגרות בטמפרטורת החדר למשך 20 דקות נוספות. סך RNA הופק והסיומת מבחני פריימר בוצעו עם [32P] שכותרתו oligodeoxynucleotide משלים את הנוקליאוטידים של rRNA 23S אשר מחולקת 100 נוקלאוטידים downstream של נוקלאוטיד שונה. המוצרים הסופיים של מבחני הרחבה נפתרו על ידי אלקטרופורזה על ג'ל polyacrylamide. נוקלאוטידים 23S rRNA מושפעים על ידי נוכחות של TRP או Spar מצוינים.
הליך זה בידוד שתוארו בדו"ח זה הוא מאוד לשחזור. למרבה הצער, בנוכחות קצר peptidyl-tRNAs המופק רצפי לתרגם אותו לא ניתן להימנע בנוחות, כגון peptidyl-tRNAs מתאימות 15-20% של החומר מבודד הכולל (איור 2C). מזהמים אלה עשויות להגביר את ריכוז כאשר ריכוזים גבוהים יותר של mRNA ביוטין שכותרתו כבר בשימוש או כאשר התא ללא תמציות בהם נעשה שימוש הם ישנים או כבר שימוש חוזר מספר פעמים. לכן, חשוב מאוד לשלוט על איכות הריכוז של מרכיבי בתגובות במבחנה תרגום. לחלופין, יעילות גבוהה מסחרי מחדש תאים ללא תמציות זמינים שיכולים לשמש לאותן מטרות (מערכת PURE) 18.
באמצעות שיטה זו, ביוטין-16-UMP משולב באקראי לאורכו של mRNA המטרה. קיימת אפשרות כי חלק ORFs המכיל קטעי uridine יכול להיות משולבים זה שונה נוקליאוטידים ברצפי שלהם, המשפיעים על התרגום שלהם. ריכוזים ביחס משתנה של biotin-16-UTP/UTP צריך להיבדק במהלך סינתזה של mRNA על מנת להשיג את התרגום היעילה ביותר. שיטות חלופיות של תיוג ביוטין יכול לשמש, מיקוד 5'-end, סוף היציב ביותר של mRNAs. (I) ביוטין יכול להיות מצורף בסוף 5'-של ה-mRNA באמצעות 3'-NH2ATP (3'אמינו, 3'-deoxyadenosine טריפוספט) ו-RNA האנזים T4 19. (Ii) 5'-end ביוטין שכותרתו oligonucleotide יכול להיות מצורף בסוף 5'-של ה-mRNA באמצעות האנזים T4-RNA, כמו גם 20. (Iii) 3'סוף ביוטין שכותרתו oligodeoxynucleotides אשר מתאימות רצף משלים בסוף 5'-the-mRNA יכול לשמש גם כדי לבודד את מתחמי תרגום. Oligodeoxynucleotides אלה שכותרתו ביוטין יכול לצרף ה-SMB לפני הבידוד. מאוחר יותר SMB המצורפת ביוטין שכותרתו oligodeoxynucleotides יכול להיות מעורבב עם תערובת התרגום התגובה כדי לאפשר אינטראקציה עם רצפים משלימים שלהם mRNA. לאחר הבידוד, האזור היברידית RNA-DNA - והאזור והכלאה בין oligodeoxynucleotide ביוטין, שכותרתו את רצף ה-mRNA - יכול להיות מושפל באמצעות RNAse H, המפריד בין מתחמי עוכבה מן החרוזים streptavidin. זו שיטה חלופית עשויה לאפשר את מתחמי להיות מועסקים מנתח מבניים בעתיד בשיטות רזולוציה גבוהה יותר.
LRC-V. רוצה להקדיש את הנייר הזה לזכרו של ד"ר לעדריאל ד ג'ונסון, פרופ 'נפלא שאת בעדיפות ראשונה תמיד החינוך של התלמידים. אנחנו מתגעגעים אליך, לעדריאל. אנו אסירי תודה ז'קלין מורנו על עזרתה בביצוע הניסויים המתוארים במחקר זה. מחקר זה נתמך על ידי מענק הניתן CY מן הקרן הלאומית למדע, MCB-0615390, ועל ידי הזנק וקרנות הניתנים LRC-V. מאוניברסיטת אלבמה בהאנטסוויל.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Tris base | Sigma-Aldrich | 252859 | |
Magnesium acetate | Fluka | 63049 | |
Potassium glutamate | Sigma-Aldrich | G1501 | |
Ammonium acetate | Fluka | 09688 | |
PMSF | Sigma-Aldrich | P7626 | |
Protein A sepharose 4B slurry beads | Sigma-Aldrich | P9424 | |
Leupeptin inhibitor | Sigma-Aldrich | L9783 | |
Taq-DNA polymerase | Stratagene, Agilent Technologies | 201223 | |
T7 Maxiprep kit | Promega Corp. | P1300 | |
SMB | Promega Corp. | Z5482 | |
Biotin-16-UTP | Roche Group | 1388908 | |
ATP | Sigma-Aldrich | A7699 | |
GTP | Sigma-Aldrich | G8877 | |
PEP | Sigma-Aldrich | P7002 | |
PK | Sigma-Aldrich | P7768 | |
Polyethylenglycol 8000 | Fluka | 81268 | |
Folinic acid | Fluka | 47612 | |
Spermidine | Fluka | 85558 | |
tRNA from E. coli | Sigma-Aldrich | R1753 | |
DEPC | Sigma-Aldrich | D5758 | |
Tricine | Sigma-Aldrich | T5816 | |
L-amino acids | Sigma-Aldrich | LAA21 | |
DTT | Fluka | 43815 | |
magnetic separation stands | Promega Corp. | Z5342 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved