A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
We report and demonstrate an optimized nitrocellulose binding assay that can be used to quantify autophosphorylation of purified bacterial histidine kinases. Our method has several advantages over traditional SDS-PAGE based techniques, providing a valuable alternative for characterizing these important proteins.
We demonstrate a useful method for quantifying autophosphorylation of purified bacterial histidine kinases. Histidine kinases are known for their involvement in two-component signal transduction, a ubiquitous system through which bacteria sense and respond to environmental stimuli. Two-component signaling features autophosphorylation of a histidine kinase, followed by phosphotransfer to the receiver domain of a response regulator protein, which ultimately leads to an output response. Autophosphorylation of the histidine kinase is responsive to the presence of a cognate environmental stimulus, thereby giving bacteria a means to detect and respond to changes in the environment. Despite their importance in bacterial biology, histidine kinases remain poorly understood due to the inherent lability of phosphohistidine. Conventional methods for studying these proteins, such as SDS-PAGE autoradiography, have significant shortcomings. We have developed a nitrocellulose binding assay that can be used to characterize histidine kinases. The protocol for this assay is simple and easy to execute. Our method is higher throughput, less time-consuming, and offers a greater dynamic range than SDS-PAGE autoradiography.
בתגובה מסתגלת היא חיונית להישרדות חיידקים. כדי לזהות ולהגיב לשינויים סביבתיים, חיידקים להשתמש במערכת גירוי תגובה המכונית איתות דו רכיבים. 1,2 במערכת דו רכיבים טיפוסית, קינאז היסטידין מזהה גירוי מאותו מקור, autophosphorylates שאריות היסטידין המשומר שלה, ואז מעביר פוספט שאריות aspartate משומרות על תחום המקלט של חלבון רגולטור תגובה. 3 אירוע זה מעורר שינוי בפעילות של הרגולטור בתגובה, אשר מגרה השפעה במורד הזרם. 4,5 לכן, חיידקים מסוגלים לחוש להסתגל לשינויים בסביבה המקומית. כמה מערכות אזעקה דו רכיבים לסטות ארכיטיפ זה. במקרים מסוימים, התחום החושי של קינאז היסטידין הוא חלבון עצמאי, אשר ישירות מזהה את הקלט החושי ומשנת פעילות קינאז באמצעות אינטראקציה בין חלבונים. 6 - 8 עם זאת, הקרןתהליך amental ואת התפקיד כולל של המערכת נשאר זהה. איתות דו מרכיבים היא מערכת גירוי-תגובה בכל מקום כי הוא חיוני להישרדות חיידקים, קינאזות היסטידין לשחק תפקיד קריטי התמרה של האות. 9
למרות חשיבותו של קינאזות היסטידין לביולוגיה בקטריאלי, הם נשארים גרועים מאופיינים. זאת בשל חוסר היציבות הטבוע phosphohistidine, וחוסר שיטה מעשית למדידת autophosphorylation. Phosphohistidine הוא יותר יציב מאשר phosphoserine, phosphothreonine, ו phosphotyrosine. 10 לפיכך, טכניקות שאינן בשימוש נפוץ לנתח שירו / Thr / קינאזות Tyr אינן ישימות עבור קינאזות היסטידין. 11 מבחני חוץ גופית ללמוד קינאזות היסטידין כבר מוגבלת בעיקר autoradiography SDS-PAGE. 12,13 בשיטה זו, -ATP [32 P γ-] הוא מודגרות עם קינאז, ו זרחון של קינאז מנותח על ידי polג'ל אלקטרופורזה yacrylamide (עמוד) ואחריו autoradiography של הג'ל. שיטה זו יכולה לשמש כדי לפקח autophosphorylation קינאז, וכן phosphotransfer מן קינאז לווסת תגובה. עם זאת, בשיטה זו יש חסרונות בולטים. מבחנים מבוססי עמוד הם תפוקה נמוכה זמן רב. מגבלות אלו הן לא תורמים לאפיון חלבון ולוודא פרמטרים הקינטית שלו. שיטה חלופית ללימוד קינאזות היסטידין שפורסם לאחרונה מנצל נוגדנים phosphohistidine לזהות autophosphorylation. 14 אמנם שיטה זו יש את היתרון של הבחנה בין 1-phosphohistidine ו -3-phosphohistidine, תלויים במכשור לצורך האיתור, שיטה זו עשויה שלא להציע טווח דינמי גדול או גבול עליון גבוה לגילוי. לפיכך, יש צורך assay מהיר, פחות מייגע, ורגיש יותר, שניתן להשתמש בהם כדי ללמוד חלבונים חשובים אלה.
כאן אנו מתארים ו דemonstrate assay מחייב nitrocellulose פותחו בקפידה, שניתן להשתמש בהם כדי לכמת autophosphorylation של קינאזות היסטידין חיידקי מטוהרים במבחנה. assay זה תפוקה גבוהה יותר ונדרש זמן רב פחות מבוסס מבחני עמוד. השיטה גם מנצלת קרינת צ'רנקוב כימות phosphohistidine, המציעה גבול עליון גבוה של איתור טווח דינמי גדול. Assay יכול לשמש כדי לקבוע פרמטרים קינטיים קינאזות היסטידין.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
זהירות: פרוטוקול זה דורש הכשרה מתאימה השימוש וטיפול של חומרים רדיואקטיביים. השתמש בציוד מגן אישי הנדרש בעת ביצוע assay זה, כולל מיגון קרינת ביתא. פסולת רדיואקטיבית חייבת להיות מטופל בזהירות, כמו כמויות גדולות של פסולת נוצרות במהלך שלב הכביסה של הניסוי. ודא כי הפסולת מאוחסן במכל זקוף כמו דלי גדול או בקבוק כי לא יהיה דפק בקלות מעל או נשפך. לאחר הניסוי הוא סכם, ובזהירות להעביר את כל הפסולת הנוזלית כדי מסומנת כראוי מכולות פסולות רדיואקטיבית. טיפול בכל החומרים בזהירות, ולשמור מונה גייגר סמוך כדי לפקח על סביבת העבודה עבור זיהום.
הערה: פרוטוקול זה הוא גרסה מתוקנת של assay שדווח בעבר מהקבוצה שלנו. 15 יציבות Phosphohistidine ב H 3 PO 4 צריך להיבדק עבור כל קינאז היסטידין uncharacterized לפני השימוש בשיטה זו. Phosphohistidine stבמבחן יכולת תוארה בעבר. 15 כביקורת שלילית שאינו מכיל קינאז חייב להיכלל. הדבר נחוץ כדי להפחית את אות הרקע מכל מדגם, ולהבטיח כי [γ- 32 P] -ATP נשטף מספיק מן הקרום.
1. הכנת ריאגנטים וחומרים
תגובת 2. ייזום מרווה
בחינה 3. of הרווה תגובות על Nitrocellulose
4. Nitrocellulose עיבוד
5. חשיפת מסך זרחני החפץ
הערה: אזור זה הוא אופציונאלי. חשיפת הממברנה למסך זרחן הוא מועיל בכך שהוא מאפשר להדמיה של עוצמת קינאז רדיואקטיבי בכל נקודה על הממברנה. את העוצמה היחסית של כתמים אלה עומד ביחס ישר לכמות של קינאז היסטידין פוספורילציה בכל נקודה. עוצמת ניתן לכמת עם תוכנת עיבוד תמונה, ותוצאות אלה ניתן להשוות לזו הנוצרת ממדור 7. יתר על כן, שלב זה מאפשר בקרת איכות. חריגות לראות סריקה זו עשויות להסביר תוצאות חריגות המתקבלות ספירת נצנץ.
6. הכנת ממברנה Nitrocellulose לספירת נצנץ
ספירת נצנץ 7.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
סט נתוני נציג נוצר שמציע תמונה שצולמה עם תרמי פוספור (איור 1), Ponceau S כתם של קרום nitrocellulose (איור 2), ונתוני ספירת נצנץ (איור 3). איור 3 א מציג את קבועי הקינטית האנזים מגרש Lineweaver-בורק. תוצאות אלו התקבלו באמצעות קינאז הי?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Nitrocellulose מחייב assay שתיארנו יש יתרונות רבים על פני שיטות השתמשו בעבר כדי לאפיין קינאזות היסטידין. בהשוואת autoradiography SDS / עמוד מבוסס מסורתי, השיטה שלנו היא תפוקה גבוהה יותר ופחות זמן רב. קרום nitrocellulose הוא יותר קל לטפל מאשר ג'ל SDS, ואינו צריך להיות קבוע. Ponceau מכתים את nitrocellulose ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
החוקרים אין לי מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי משרד החינוך באמצעות סיוע בוגר תחומי תכנית צורך הלאומי (P200A100044).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Phosphoric acid | VWR | AAAA18067-AP | For quenching reactions and washing nitrocellulose |
Tris base | RPI | T60040-5000.0 | Tris-HCl pH 8.0, for kinase reaction buffer |
Potassium chloride | RPI | P41000-2500.0 | For kinase reaction buffer |
Magnesium chloride | RPI | M24000-500.0 | For kinase reaction buffer |
Glycerol | RPI | G22020-4000.0 | For kinase reaction buffer |
5'-ATP | Promega | E6011 | Kinase substrate |
[γ-32P]-5'-ATP | Perkin Elmer | NEG002Z250UC | 6,000 Ci/mmol |
96-well dot blot apparatus | Bio-rad | 1706545 | For spotting reactions |
Nitrocellulose | Whatman | 32-10401396-PK | For spotting reactions |
Ponceau S | Sigma aldrich | P3504-50G | For staining nitrocellulose |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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