A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
Sedimentation equilibrium (SE) can be used to study protein-protein interactions in a physiological environment. This manuscript describes the use of this technique to determine the effect of pH on the stability of a homo-pentamer formed by the small hydrophobic (SH) protein encoded by the human syncytial respiratory virus (hRSV).
ultracentrifugation אנליטית (AUC) יכול לשמש כדי לחקור אינטראקציות הפיכים בין מקרו-מולקולות על פני טווח רחב של עוצמות אינטראקציה ובתנאים פיסיולוגיים. זה עושה AUC שיטת הבחירה להעריך stoichiometry ותרמודינאמיקה של הומו והטרו-עמותה שחולפות והפיכים בתהליכים ביוכימיים כמותית. באופנות של שיווי משקל שקיעה (SE), איזון בין דיפוזיה והשקיעה מספק פרופיל כפונקציה של מרחק הרדיאלי שתלויה בדגם ספציפי עמותה. במסמך זה, פרוטוקול SE מפורט מתואר כדי לקבוע את אנרגיית קשר הגודל ומונומר-מונומר של oligomer חלבון קרום קטן באמצעות ultracentrifuge אנליטיים. AUC-ES הוא ללא תווית, המבוסס רק על עקרונות פיזיים, וניתן להשתמש בו בשני חלבונים מסיסים וקרום המים. דוגמא מוצגת של האחרון, החלבון הקטן הידרופובי (SH) בוירוס syncytial נשימה האנושי (hRSV), פוליפפטיד חומצת אמינו עם 65-תחום α-סליל יחיד הטרנסממברני (TM) שיוצר תעלות יונים pentameric. נתונים מבניים המבוססים על NMR מראה כי חלבון SH שתי protonatable השאריות שלו בתחום הטרנסממברני שמכוונים מול לומן של הערוץ. ניסויי SE תוכננו כדי לקבוע כיצד pH משפיע קבוע עמותה וגודל oligomeric חלבון SH של. בעוד שצורת pentameric נשמרה בכל המקרים, קבוע הקשר שלה הופחת ב- pH הנמוך. נתונים אלה הם בהסכם עם תלות דומה pH נצפתה לפעילות ערוץ SH, עולה בקנה אחד עם נטייה lumenal של שתי השאריות שלו בחלבון SH. האחרונים עשויים לחוות דחייה אלקטרוסטטית ויציבות oligomer מופחתת ב- pH הנמוך. לסיכום, שיטה זו ישימה בכל פעם שמידע כמותי על עדינים חלבונים שינויי עמותה בתנאים פיסיולוגיים צריכה להימדד.
ultracentrifugation אנליטית 1-5 הוא אחת מהשיטות החשובות ביותר ללמוד אינטראקציות של מקרו-מולקולות בתנאים פיסיולוגיים, להיות נגיש לשני אינטראקציות חלשות וחזקות. השיטה היא ללא תווית ומשתמשת קליטה או הפרעות של אור, והוא יכול לשמש גם מערכות אופטיות הקרינה לגשת טווחי ריכוז על פני כמה סדרי הגודל 6.
שיטה זו שימושית במיוחד מכיוון שרוב התהליכים ביוכימיים תלויים באינטראקציות הפיכה. Stoichiometry ועוצמתו של אינטראקציות אלה צריכים להיות מאופיינים כמותית להבין תהליכים ביולוגיים, ומספר השיטות קיים למטרה זו 7, 8. עם זאת, אינטראקציות חולפות קשות ללמוד 9.
הבחירה של שיטה לאפיון אינטראקציות macromolecular תלויה באופי סטטי או הדינמי שלה. במקרה הראשון, sedim entation מהירות (SV) משמשת, שבה השיעור של תחבורת רדיאלי נמדד ומתחמים הם מופרדים על בסיס ההבדלים במסה ובצורה קלילה.
בניגוד לכך, עמותות דינמיות שהן הפיכים בקנה המידה של הניסוי הזמן לא ניתן להפריד באופן פיזי. במקרה זה, עצמי או הטרו-אינטראקציות מובילות לאינטראקציות שאינן קוולנטיים נמצאות בשיווי משקל זה תלוי בסך הכל ריכוז החלבון. ניתן ללמוד אינטראקציות דינמיות אלה על ידי שני שיווי משקל שקיעה (SE) ומהירות שקיעה (SV) 10. עם זאת, השיטה הראשונה היא פשוטה לביצוע, והוא מתואר כאן. בSE, צנטריפוגה מתבצעת במהירות נמוכה מספיק כדי שהוא הגיע לשיווי משקל בין דיפוזיה ושקיעה. בשלב זה, פרופיל שיווי המשקל של אות אופטי (UV-VIS) כפונקציה של מרחק הרדיאלי, ניתן לנתח באמצעות מודלים תרמודינמיים שנקבע מראש לעמותות 11.
ve_content "> במאמר הנוכחי, מחקר שיווי משקל שקיעה מוצג העמותה העצמית של חלבון קרום ויראלי שיוצר יון ערוצים. בגלל הידרופוביות שלה, הניסוי מנוהל בנוכחות של חומר ניקוי, ובמקרה זה את הצפיפות ממס צריך להיות מתאים לזה של חומר הניקוי. עם זאת, הפרוטוקול מתואר היית זהה במקרה של חלבון מסיס במים, פרט לכך שלא תהיה צורך התאמת צפיפות ממס.החלבון משמש מקודד בוירוס syncytial הנשימה האנושי (hRSV), pneumovirus עטוף במשפחת paramyxoviridae שגורמת למחלות בדרכי נשימה תחתונה בתינוקות, קשישים ואוכלוסיות מדוכאי חיסון ברחבי העולם 12. עד 64 מיליון מקרים מדווחים של זיהום hRSV ו160,000 מקרי מוות מתרחשים בכל שנה.
הגנום hRSV מעתיק 11 חלבונים, ביניהם שלושה חלבוני קרום F, G, וקטן הידרופובי (SH). חלבון SH מעורבבפתוגנזה של זיהום RSV. RSV חסר את גן SH (RSVΔSH) היה בת-קיימא, שנגרם היווצרות syncytia וגדל, כמו גם את וירוס wild-type (WT) 13-16. עם זאת, וירוס RSVΔSH משוכפל פי 10 פחות יעיל מאשר WT בדרך הנשימה העליונה 15, 16. כמו כן, וירוס RSVΔSH היה מופחת בעכבר vivo ודגמי שימפנזה 13, 17.
החלבון הוא SH (תת-קבוצה RSV) 64 או 65 חומצות אמינו (תת-הקבוצה B RSV) סוג II חלבון קרום נפרד שמתרכז בעיקר בקרומים של תא Golgi 18 ארוך. חלבון SH יש אחד שחזה סליל תחום הטרנסממברני (TM) 19 אשר נשמרת 20,21 מאוד. תחומים extramembrane C- וN-terminal מכוונים lumenally / extracellularly וcytoplasmically, בהתאמה.
שני תחום TM הסינתטי (שאריות 18-43) וחלבון SH אורך מלא הוכחו בצורת homopentamers במגוון רחב של חומרי ניקוי. טופס homopentameric אחראי על פעילות ערוץ בbilayers שומנים מישוריים 22,23. הכיוון הנכון של מונומרים TM בbilayer השומנים נקבע תחילה באמצעות dichroism האתר הספציפי אינפרא אדום 23, אשר הראה-22 להיות בlumenal, קרובה להבין-סליל, אורינטציה. אותו כיוון תחום TM אושר על ידי מחקרי NMR ששחזרו את pentameric סליל-חבילה של החלבון באורך מלא בdodecylphosphocholine (DPC) מיצלות 22. במודל 'micelle' זה, תחום TM סליל a- יחיד היה מוקף N-סופני על ידי סליל, ו- C-סופני על ידי b-סיכת ראש ממושכת. שתי שאריות protonatable חלבון SH של, שלו 22 ו-51, נמצאים בתחום TM (האוריינטציה lumenally), ובקצה של סיכת ראש β C-מסוף extramembrane (רחוק מנקבובי הערוץ), בהתאמה. בenviro bicellarnment, לעומת זאת, α-helix TM משתרע עד-51, ושניהם השאריות שלו נגישות ללומן של הערוץ 24. מבנה ערוץ מאמצת ארכיטקטורה כמו משפך-22, שבו האזור הצר (Ser-29 לCys-45) 22 עטור שרשרות צד הידרופובי (Ile-32, Ile-36, Ile-40 וLeu-44), ו Ile-36 מגדיר את הנקודה הצרה ביותר בלומן הערוץ. שלו-22 ממוקם בפתיחה הגדולה ביותר של משפך זה, ואילו 51-הוא בקצה של הפתיחה הקטנה ביותר.
בעבודה הנוכחית, צנטריפוגה אנליטיות במצב שיווי משקל שקיעה נעשתה שימוש כדי לקבוע אם protonation משפיע על היציבות של pentamer חלבון SH. במקרה זה, חלבון SH היה solubilized בחומר ניקוי C14-betaine, אשר שימש בעבר כדי להראות שצורות חלבון SH oligomers pentameric 22.
פרוטוקול זה מבוסס על המקורות הבאים, שאמורים להיות מופנה לפרטים ושיקולים מיוחדים 3, 25-28 יותר.
1. התאמת צפיפות של מיצלות חומר הניקוי עם 2 H 2 O
הערה: הצפיפות של פתרון החיץ צריכה להיות מותאמת לצפיפות של מיצלות חומר הניקוי. סוכני התאמת צפיפות נפוצים כוללים 2 H 2 O, H 2 O 18, 2 H 2 O 18, גליצרול וסוכרוז 29. יש H 2 O 18 באותה הצפיפות כמו 2 H 2 O ועשוי להיות בחירה טובה יותר אם deuteration של פרוטונים להחלפה בחלבון אינו רצוי. בהליך זה, הצפיפות של 3 -propanesulfonate חומרי ניקוי (N, N-dimethylmyristylammonio) (C14SB) ב 50 מ"מ טריס pH 7.3, 100 mM NaCl יהיה שווה עם 2 H 2 O. כניחוש ראשוני ריכוזים הבאים2 H 2 O ישמש: 10, 30, ו -50% v / v.
1.1. לדוגמא הכנה
1.2. הרכבה של 6 ערוציםטעינת תאים ומדגם UC לתוך התאים.
הערה: ישנם שני סוגים של תאי AUC בהתאם לשיטת טעינת מדגם. תאים ללא מילוי חיצוני להיות טעונים לפני איטום התא, ואילו חיצוני המילוי ניתן לטעון תאים לאחר שהתאים אטומים. הרכבה של תא AUC חיצוני מילוי תוארה בעבר 3. בפרוטוקול זה, ההרכבה של תא AUC 6 ערוצים ללא מילוי חיצוני מתוארת. ההבדל העיקרי הוא שיש לו טבעות ברגים בשני הצדדים שצריכים להדק בנפרד, וזה לא צריך אטמי דיור (איור. 1). ההבדל בשלבי הרכבה מודגשים להלן.
איור 1. התפוצץ נוף של תא AUC 6 ערוצים ללא מילוי חיצוני. נתון זה שונה מBeckman Coulter-50 Ti ו- 60 Ti Analytical רוטור, תאים, ומדריך למשתמש לאזן.
o תצוגת איור 2. התפוצץf חלון ההרכבה. נתון זה שונה מBeckman Coulter-50 Ti ו- 60 Ti אנליטית רוטור, תאים, ומדריך למשתמש לאזן
1.3. הגדרת מדידת הפרעה
איור 3. תוצאה מתפקוד HeteroAnalysis התאמה. פונקצית ההתאמה יכולה לשמש כדי לעקוב אחר התקדמות שיווי משקל על ידי השוואה בין RMSD סריקות הרצופות והסריקה האחרונה. דוגמא זו מראה השגת שיווי המשקל לאחר 8 שעות כפי שצוינה על ידי ערכי RMSD אסימפטוטי לציר ה- X.
1.4. ניתוח נתונים
2. שיווי משקל שקיעה של SH במיצלות C14SB
2.1. פרמטרים הפעילו
2.2. הכנות לדוגמא
2.3. הגדרת מדידות ספיגה
איור 4. תוצאות מפונקצית HeteroAnalysis התאמה. המהירויות הראשונות ושנייה (למעלה משמאל והמימין) נראה שהגיע לשיווי משקל, אבל עדיף לחכות עוד כמה שעות כדי להיות בטוח. לשם השוואה, במהירויות השלישית והרביעית (למטה משמאל ומימין) בבירור הגיעו לשיווי משקלבזמן קצר יותר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
2.4. ניתוח נתונים בSEDFIT וSEDPHAT
הערה: לפרטים ושיקולים בניתוח נתונים קורא נוספים נקרא to באתר האינטרנט הבא: www.analyticalultracentrifugation.com.
איור 5. דוגמא על איך למלא בפרמטרים של ניסוי.
קבצים / ftp_upload / 52,404 / 52404fig6.jpg "/>
איור 6. דוגמא על איך למלא בGlobal פרמטרים למודל מונומר-n-Mer עצמי איגוד.
פרופיל רדיאלי ההפצה של חומרי ניקוי מיצלות C14SB ב 50 מ"מ טריס, 100 מ"מ NaCl pH 7.3 צורות מעריכי מאוד רדודים שיכול להיות מצויד למודל ליניארי (איור 7 א). השיפוע של הפצה זו קשור ביחס הפוך לריכוז D 2 O (איור 7). הנקודה שבה השיפוע הוא אפס, כלומר, D ההתאמה ...
מאמר זה מספק פרוטוקול ניסוי להכנת מדגם וניתוח של oligomerization של חלבון קרום קטן בחומר ניקוי באמצעות שיקוע שיווי משקל. הפרוטוקול המתואר באותה מידה תקף -ואז simpler- לחלבונים מסיסים, כמו לא נדרש צעד התאמת צפיפות. ואכן, המערכת היוותה ידי תערובת של חומרי ניקוי וחלבון. לערוך מחקרי ...
The authors have nothing to disclose.
This work has been funded by the National Research Foundation grant NRF-CRP4-2008-02 (J.T.) and Tier 1 grant RG 51/13.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-(N,N-dimethylmyristylammonio)propanesulfonate | Sigma | T0807 | |
Deuterium oxide 99.8% | Cambridge Isotope | DLM-4-99.8 | |
An-50 Ti Rotor, Analytical, 8-Place | Beckman Coulter | 363782 | |
An-60 Ti Rotor, Analytical, 4-Place | Beckman Coulter | 361964 | |
Cell housing | Beckman Coulter | 334784 | |
12 mm six-channel centerpiece, epon charcoal-filled | Beckman Coulter | 331376 | |
Window holder | Beckman Coulter | 305037 | |
Window gasket | Beckman Coulter | 327021 | |
Window liner | Beckman Coulter | 362329 | |
Sapphire window | Beckman Coulter | 307177 | |
Quartz window | Beckman Coulter | 301730 | |
Screw-ring washer | Beckman Coulter | 362328 | |
Screw ring | Beckman Coulter | 301922 | |
Spinkote | Beckman Coulter | 306812 | |
Torque stand assembly | Beckman Coulter | 361318 | |
Counterbalance | Beckman Coulter | 360219 | |
Cell alignment tool | Beckman Coulter | 362340 | |
SEDNTERP | http://bitcwiki.sr.unh.edu/index.php/Main_Page | ||
HeteroAnalysis | http://www.biotech.uconn.edu/auf/?i=aufftp | ||
SEDFIT | http://www.analyticalultracentrifugation .com/sedfit.htm | ||
SEDPHAT | http://www.analyticalultracentrifugation .com/sedphat/default.htm |
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