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Method Article
L'analisi del doppio righello del DNA viene sviluppata per determinare la posizione dell'mRNA durante la traslocazione del ribosoma, che si basa sulle forze di dissociazione dei duplex DNA-mRNA formati. Con la risoluzione mononucleotide e la capacità di raggiungere entrambe le estremità dell'mRNA, può fornire spunti meccanicistici per la traslocazione del ribosoma e sondare altri spostamenti di acido nucleico.
La traslocazione del ribosoma si riferisce al movimento ribosomico sull'mRNA da esattamente tre nucleotidi (nt), che è il passo centrale nella sintesi proteica. Per studiarne il meccanismo, esistono due requisiti tecnici essenziali. Il primo è una risoluzione single-nt che può risolvere la normale traslocazione dal frameshifting, durante il quale il ribosoma si muove di diverso da 3 nt. La seconda è la capacità di sondare i lati di ingresso e uscita dell'mRNA al fine di chiarire l'intero quadro della traslocazione. Riportiamo il doppio saggio del righello del DNA che si basa sulle forze di dissociazione critiche dei duplex DNA-mRNA, ottenuti dalla spettroscopia di magnetizzazione residua indotta dalla forza (FIRMS). Con la risoluzione della forza 2-4 pN, l'esempio a doppio righello è sufficiente a distinguere i diversi passaggi di traslocazione. Implementando un lungo linker sui DNA di sondaggio, possono raggiungere l'mRNA sul lato opposto del ribosoma, in modo che la posizione dell'mRNA possa essere determinata per entrambi i lati. Pertanto, l'analisi del doppio righello è particolarmente adatta a studiare la traslocazione del ribosoma e il movimento dell'acido nucleico in generale. Mostriamo risultati rappresentativi che indicavano una conformazione di mRNA in loop e risolvevano la normale traslocazione dal frameshifting.
Lo spostamento biomolecolare è un parametro fondamentale nello studio del meccanismo delle funzioni biologiche correlate. Un esempio particolare è la traslocazione ribosoma1,2, durante la quale il ribosoma si muove esattamente da tre nucleotidi (nt) sull'RNA messaggero (mRNA) normalmente, e da uno, due o altri numeri di nt tranne tre nel caso di frameshifting. Pertanto, è necessario un sistema di righello molecolare a risoluzione a virgola singola per distinguere le diverse dimensioni del passo. Una sfida più grande è quella di sondare il movimento del ribosoma su entrambi i lati di entrata e di uscita. In altre parole, solo con un sistema a doppio righello saremo in grado di rivelare se l'mRNA è filettato senza intoppi attraverso il ribosoma, o ci sono passaggi intermedi in cui i due lati hanno dimensioni di gradino diverse che portano a una conformazione di mRNA piegata o loop all'interno del Ribosoma.
Sono stati sviluppati diversi metodi per affrontare la prima sfida di risolvere diversi passi sul lato di uscita del ribosoma (la fine del 3' dell'mRNA). Il doppio saggio luciferasi risolve i diversi fotogrammi di lettura misurando i rapporti delle diverse proteine risultanti3,4. È applicabile solo per l'estremità 3' dell'mRNA e quindi insufficiente a fornire un quadro completo della traslocazione. La spettrometria di massa può analizzare i diversi frammenti di peptidi come conseguenza dei corrispondenti riarrangiamenti del codice5. Ma non può individuare quanti nt il ribosoma si muove sull'mRNA. Il test di stampa della dito della luce è un altro metodo comune che utilizza una trascrizione inversa innescata all'estremità 3'-distale per trascrivere l'mRNA verso il ribosoma6. Tuttavia, non è applicabile per la fine 5' dell'mRNA che sta entrando nel ribosoma. Altre tecniche, tra cui approcci a singola molecola e metodi di fluorescenza7, sono difficili da raggiungere una risoluzione a due.
Abbiamo sviluppato il doppio saggio del righello del DNA in grado di determinare in modo univoco sia le posizioni di ingresso che di uscita dell'mRNA scoperto nei complessi di ribosomi-mRNA. I DNA righelli sono oligomeri di DNA che formano duplex di un certo numero di coppie di base (bp) con l'mRNA scoperto dal ribosoma, indipendentemente dalla fine dell'mRNA. I numeri bp poi rivelano con precisione la posizione del ribosoma sull'mRNA durante la traslocazione. I numeri bp dei duplex sono determinati dalle loro forze critiche di dissociazione ottenute dalla spettroscopia di magnetizzazione della magnetizzazione di residua indotta dalla forza (FIRMS)8. Con 2-3 pN di incertezza forza, le forze critiche sono sufficienti per offrire una risoluzione mono-nt. Implementando una molecola del linker sui righelli del DNA, il lato sterically ostacolato dell'mRNA dal ribosoma può essere sondato. Diversi spostamenti di ribosomia possono quindi essere risolti con precisione. Abbiamo rivelato con successo un'unica conformazione loopdiforme di mRNA intrappolata dagli antibiotici durante la traslocazione9, e risolto diversi fotogrammi di lettura che coesistevano su una sequenza di mRNA scivolosa10. Questo articolo descrive i dettagli del saggio a doppio righello, che includono la preparazione dei complessi ribosomi, la funzionalizzazione superficiale dei vetrini di vetro, l'immobilizzazione dei complessi di ribosomi e la loro ibridazione con righello di DNA etichettato magneticamente molecole, rilevamento magnetico e analisi dello spettro di forza da parte di FIRMS.
1. Preparazione dei complessi ribosomi
2. Preparazione di vetrini in vetro rivestito di biotina
3. Preparazione del campione prima delle misurazioni magnetiche e della forza
4. Misurazioni magnetiche e di forza
La figura 1 mostra lo schema di rilevamento e le fotografie dei componenti principali. Il rilevamento magnetico è ottenuto da un magnetometro atomico utilizzando lo schema di scansione (Figura 1A)13. Il campione viene posto su un'asta montata su un motore lineare. Il motore trasporta il campione al sensore atomico all'interno di uno scudo magnetico, quindi di nuovo al sito originale per lo scarico. Il magnetometro atomic...
Nel nostro assaggio doppio righello, le perline magnetiche svolgono due ruoli essenziali. In primo luogo, servono come trasduttori di forza perché la forza centrifuga è proporzionale alla loro massa galleggiante. In secondo luogo, le perline sono vettori di segnale rilevati da un magnetometro atomico, che è attualmente il sensore magnetico più preciso. Combinando la manipolazione meccanica e il rilevamento magnetico, la tecnica FIRMS è in grado di risolvere un gran numero di interazioni molecolari basate sulle loro ...
Gli autori non hanno segnalato un potenziale conflitto di interessi.
Questo lavoro è supportato dagli Stati Uniti National Institutes of Health (R01GM11452, Y.W., S.X.). Y. W. riconosce il sostegno della Welch Foundation (E-1721).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Styrene Strip | City of Industry | MS-861 | |
Glass slides | Evaporated Coatings | 60.0 × 4.0 × 0.3 mm3 | |
Acetic acid | Millipore Sigma | A6283-500ML | |
3-Aminopropyltriethoxysilane | UCT specialties | 21400088 | |
mPEG-SVA | Laysan Bio | 154-82 | |
Biotin-PEG-SVA | Laysan Bio | 152-84 | |
Sodium bicarbonate | Millipore Sigma | S5761-500G | |
Epoxy glue | Devcon | 31345 | |
Streptavidin | ThermoFisher | 434301 | |
Fusidic Acid | Millipore Sigma | F0756-1G | |
Neomycin Sulfate | Millipore Sigma | 1458009 | |
Viomycin Sulfate | Millipore Sigma | 1715000 | |
Hygromycin | invitrogen | 10687-010 | |
Tris-HCl | Millipore Sigma | T5941-100G | |
Magnesium acetate | Millipore Sigma | M5661-50G | |
Ammonium chloride | Millipore Sigma | A9434-500G | |
Potassium chloride | Millipore Sigma | P9333-500G | |
EDTA | GIBCO | 774750 | |
2-mercaptoethanol | Millipore Sigma | M6250-500ML | |
Tween20 | Millipore Sigma | P1379-250ML | |
GTP | Millipore Sigma | G8877-100MG | |
PEP | Millipore Sigma | P7127-100MG | |
Pyruvate Kinase | Millipore Sigma | P1506-5KU | |
Sucrose | Millipore Sigma | S7903-5KG | |
Dynabeads M-280 Streptavidin | ThermoFisher | 11205D | |
mRNA Oligo | Integrated DNA Technologies | 133899727 | 5′-Bio- CAA CUG UUA AUU AAA UUA AAU UAA AAA GGA AAU AAAA AUG UUU AAU UUU UUA GGG CGC AAU CUA CUG CUG AAC UC-3′ |
DNA Oligo | Integrated DNA Technologies | 157468630 | 3?- TAA TTT AAT TTA ATT TTT CGA AAU AT50/TEGBio/-5? |
DNA Oligo | Integrated DNA Technologies | 164845370 | 3?-AAT TTA ATT TTT CCT TTA AAA AT50/TEGBio/-5’ |
DNA Oligo | Integrated DNA Technologies | 157468628 | 3?-AAA ATC CCG CGT TAG AAC UGG GG/TEGBio/-5’ |
DNA Oligo | Integrated DNA Technologies | 163472705 | 3?-CCG CGT TAG ATG ACG AGA ACG GG/TEGBio/-5’ |
DNA Oligo | Integrated DNA Technologies | 138678130 | 3?-AGA TGA CGA CTT CTC GGG/TEGBio/-5’ |
DNA Oligo | Integrated DNA Technologies | 138678131 | 3?-T AGA TGA CGA CTT CTC GGG/TEGBio/-5’ |
DNA Oligo | Integrated DNA Technologies | 138678132 | 3?-TT AGA TGA CGA CTT CTC GGG/TEGBio/-5? |
DNA Oligo | Integrated DNA Technologies | 138678133 | 3?-GTT AGA TGA CGA CTT CTC GGG/TEGBio/-5’ |
Centrifuge | Eppendorf | 5427R | |
Micro Ultracentrifuge | Hitachi | CS150FNX | |
Vortex mixer | VWR | VM-3000 | |
Lock-in Amplifier | Stanford Research Systems | SR530 | |
Lock-in Amplifier | Stanford Research Systems | SR830 | |
Laser | Newport | TLB-6918-D | |
Function generator | Stanford Research Systems | DS345 | |
Photo detectors | Thorlabs | DET36A |
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