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ゲル電気泳動 (ペース)、たとえば、マンナンを使用して多糖類の構造解析のプロトコルを説明します。
植物細胞壁多糖は、分析が困難であり、高価な機器、熟練オペレーターと大量浄化された材料のほとんどのメソッドが必要があります。ここで、簡単な説明を得るためのメソッドの詳細な多糖類の構造については、構造異性体の解像度を含みます。ゲル電気泳動 (ペース) による多糖類の分析の糖加水分解酵素 (例えばマンナンのマンナナーゼ) の関心の多糖類に固有の植物の細胞壁の材料を加水分解します。大判ポリアクリルアミドのゲルは、蛍光標識されているリリースされたオリゴ糖を分離する使用されます。イメージング システム変更されたゲルのゲルを視覚化できる (材料の表を参照してください)。結果として得られるオリゴ糖指紋か比較できます質的または、レプリケーションでは、定量的。リンケージや分岐情報を追加糖加水分解酵素 (例えば、 mannosidases およびガラクトシダーゼ) を使用して確立できます。このプロトコルでは、グルコマンナン構造解析法について説明します、間、特徴付けられる糖加水分解酵素が存在する任意の多糖類に適用できます。また、定義された多糖類基板を用いた新規糖加水分解酵素の特性評価に使用することができます。
ゲル電気泳動 (ペース) による多糖類の分析は、多糖類1,2,3の詳細な特性評価のための方法です。植物細胞壁多糖は、分析が困難であり、高価な機器、熟練オペレーターと大量浄化された材料のほとんどのメソッドが必要があります。ここで、簡単な説明を得るためのメソッドの詳細な多糖類の構造については、構造異性体の解像度を含みます。
理解植物細胞壁多糖の構造は、植物の細胞壁の生合成や植物発生における植物細胞壁の役割を調べる研究者に必要です。しかし、植物細胞壁組成近年注目されているバイオ燃料と生化学4を生産する原料として植物バイオマス (本質的に細胞壁) を使用してに焦点を当てるのための研究者のより広いグループに興味深い。例として、この材料の効率的な糖化が必要です多糖構造の詳細な理解できるように最適化された酵素カクテル選択した5。
ペースには、複雑な糖鎖構造の迅速な解析に最適にする代替の方法をいくつかの利点があります。まず、問題の解決策の状態の核磁気共鳴 (NMR)6必要な多糖類の精製は必要ありません。第二に、ペースは、質量分析法とは異なり、構造異性体を解決できます (MS、例えば、マトリックス支援レーザー脱離イオン化 (MALDI) とエレクトロ スプレー イオン化 (ESI))、これも液体クロマトグラフィー (LC)による実行が難しくなります7. 第三に、ペースは非常に敏感で、薄層クロマトグラフィー (TLC) やペーパークロマトグラフィーとは異なり、低ピコモル レベルの解像度を持つ。最後に、LC、NMR、MS という場合に、高価な機器や専門知識を必要ありません。
ペース ・ メソッドは、多糖類の混合物中の特定のグルコースポリマーを対象とする糖加水分解酵素 (GH) 酵素の特異性に依存します。GH 酵素多糖鎖の機能を果たす、ことができますする化学的誘導体、この場合蛍光ラベルとする還元末端が明らかに。サンプルの unhydrolyzed の部分は、したがってこのメソッドによって検出不可能なレンダリングされます。ラベル付きのオリゴ糖は、電気泳動による大判アクリルアミドゲル中で区切られます。これは非常によく似た分子の優れた解像度を与える、たとえば、Glc の男と Glc-男-Glc 三糖類は、異なる Rfが。
ペースは、シロイヌナズナ6,9,10,11 の新規糖転移酵素を識別する植物種の8日間で異なるキシランの構造を特徴付けるため広く使用されています酵素試金9を実行する、および新規 GH 活動12,13を特徴付けます。我々 はまた、最近酵母細胞壁マンナン (Mahboubi と準備でモーティマー) を特徴付けるためそれを使いました。ここで以前レポート11,14に基づいて、植物細胞壁グルコマンナン構造の特性評価法について述べる。
1 です。 植物材料の収穫
2 準備のアルコール不溶性残渣 (空気)
3。早かったと空気前処理
注: 正確な各サンプルは、(a) (b) によりキチンオリゴ糖の平均サイズと材料に関心の多糖類の豊かさに依存するために必要な空気量GH。オリゴ糖の数は実験の感度を決定しますので、メソッドは単一蛍光分子をそれぞれオリゴ糖の還元末端に追加します。ガイドラインとしてシロイヌナズナ幹 GH5 ・ GH26 (前述)、消化でグルコマンナン 500 μ g お勧め 11 GH11 と消化されるシロイヌナズナ幹のキシラン、100 μ g モーティマーのように勧めに対し ' s 研究 3。
4。糖加水分解酵素 (GHs) が付いている空気の加水分解
注: の説明で述べたように、GHs の純度が重要です。のみを使用してクローンを表明、アフィニ ティー精製酵素です。メーカーから各ロットの受領、一晩 GH の量を増やすことによる基板 (例えば 500 μ g 空気) の定義の因数分解 (例えば 0.5、1、2、5、10、15、20 μ L) (3 単位/μ L)。GH の過剰がある、ペース指紋が同一になります。酵素の過剰は、それは加水分解反応の終点が近づいていることを特定する必要がありますので、再現性のある結果を提供する必要です
。5。オリゴ糖基準の作成
H 2 O mannopentaose (男 5)、mannotetraose (4) mannotriose (3) mannobiose (2) マンノース (男) の6。オリゴ糖 Derivitization
7。ペースの作製ゲル
注: ゲル鋳造装置のアセンブリはブランドによって異なります。ここでは、私たち use 垂直電気泳動システム スペーサー 18 × 24 cm ガラス板と 1.5 mm 装備 (材料の表 を参照してください).
8。ペースを実行しているゲル
9。ペース ゲルを視覚化する
注: 長波長紫外線電球、transilluminator、蛍光体、ここ 530 nm に適しているカメラの発光フィルターを搭載したシステムをイメージング ゲルを使用します。また、レーザー スキャナーも使用できます、Goubet 2 で説明した
。ここでは、データの解釈およびトラブルシューティングを支援するための説明と共に、プロトコルごとを実行例ペース ゲルを紹介し、ゲル解釈13,16ペース成功への一般的なガイドが続きます。代表的なゲル標準ペースの細胞壁マンナン コンテンツの試金は図 2に示すし、は記述されている車線に車線。
基準
レーン 1、2 と 3 は、商業的に購入したオリゴ糖 (男1-6) 5 (S1)、10 (S2)、50 (S3) pmol 濃度でのはしごを表示します。市販のオリゴ糖の新しいロットを受信するとき、ゲルの純度を確認する重要です。多くのオリゴ糖、特に tetrasacccharides 男6のとおり、長く他 (DPs)、重合度のオリゴ糖との重大な汚染を持つことができます (付いている *)。ゲルを量的に表わす、標準曲線を計算するために必要なのだから、基準の少なくとも 3 の濃度を持っていることが重要です。標準曲線の計算は、完了時誘導体化反応が本質的にあることを確認のために有用することができます。既知濃度の標準ゲル間の比較を許可と分離品質と品質の誘導体化の便利なコントロールです。
肯定的な制御
レーン 4 こんにゃくグルコマンナンの mannanase 消化を示しています。こんにゃくグルコマンナンが、商業利用と間と同じ構造を持っていないことなど、シロイヌナズナは、それ 2 つの目的します。まず、酵素の消化力のための重要なコントロールです。研究者は、選択の彼らの GHs と消化される商業基板のとき消化完了 (すなわちGH の広大な過剰反応に追加) するように見えるものを確立しなければなりません。将来的に実験、パターンを変更する場合いずれかの活動の損失や GH 株式の汚染を可能性します。第二に、それは酵素とバッファーの塩の存在下で誘導体化反応のコントロールとして機能します。基準はよく見る肯定的な制御が悪い場合は、加水分解反応のコンポーネントが、誘導体化に抑制的であるこれを示している可能性があります。
野生型 (WT) シロイヌナズナ幹空気 + mannanase カクテル (GH5 + GH26)
レーン 5 WT シロイヌナズナ幹 (参照11,14との比較) のペース指紋を示しています。
csla9シロイヌナズナの茎の航空券 + mannanase カクテル (GH5 + GH26)
ショー、シロイヌナズナ由来のペースの指紋は、欠けている主要な植物茎マンナン シンターゼ11レーン 6 を示しています。WT 及び陰性対照と比較して指紋。マンナンの大半が欠席しながらこれを追加マンナン合成酵素 (CSLA2, 3) による総合すべて mannanase 由来オリゴ糖の減らされたバンド強度によって証明されるよう、少量のまま当工場では11。
否定的な制御 - 酵素のみ
レーン 8 はゲルのバンドを示しています特定のカクテル、mannanase 中の汚染物質から派生し、解析から除外する必要があります (付いている *)。
否定的な制御 - WT 空気のみ
レーン 9 固有ではない、分析から除外するゲルのバンドを示しています (付いている *)。
否定的な制御-csla9空気のみ
車線 10 固有ではない、分析から除外するゲルのバンドを示しています (付いている *)。
松の木の空気 + mannanase カクテル (GH5 + GH26)
車線 7 galactoglucomannan を含む松の木材のペース指紋を示しています。これは明らかに構造が異なるため、シロイヌナズナにリリースされたオリゴ糖の別のパターンがあります。
否定的な制御 - 松空気のみ
レーン 11 固有ではない、分析から除外するゲルのバンドを示しています (付いている *)。
ペース ゲルの解釈は比較的簡単ですが、以下の点の意識が必要です。堅牢なデータ、遂行する少なくとも 3 独立して成長して生物学的にペースをレプリケートして、各生物の複製で少なくとも 2 技術的なレプリケートを実行するお勧めをお勧めします。説明されているコントロールは、無指定バンドは除外する必要があると解釈のため重要です。また、transilluminator による不均一な照明に起因する効果を除外する複製のゲルの別の順序のサンプルの読み込みをお勧めします。正確な解釈には、飽和していないバンドの分析が必要です。いくつかのオリゴ糖の指紋が両方非常に高、低の豊富な多糖類を含む可能性がありますので、同じゲルの複数のエクスポー ジャーの分析をお勧めします。基準を使用して、異なる画像間を正規化できます。
実験の種類によっては、空気の準備における多糖の量を定量化することが望ましい場合があります。ながらペースのゲルから定量化することは、GHs が発表した各オリゴ糖の分子の正確な id の知識が必要ですし、ペースのゲルのどこにあります。これ現在ない完全に知られているマンナンが他多糖類などキシランの3と判断されました。基準は、定量が実行されていない場合でも、任意の定性・半定量分析に役立ちますので、ジェルとの間の正規化の方法を提供を行います。
個々 のオリゴ糖の構造の識別はカクテルを使用して達成することができます GHs シーケンシャルの GHs さらに添加できる連携およびリリースされたオリゴ糖 (例えば、添加 β - 1, 4 - の置換の詳細についてを明らかにします。。グルコシダーゼ非還元末端に作用を明らかにするどのオリゴ糖混合物中にその機能が含まれている)。利用可能な酵素は、ガラクトシダーゼ、glucuronidases、グルコシダーゼ (詳細については CAZy データベース16参照)。ホッグ、D.らを参照してください。例として17 。
不明な GHs の活動の特性を上記のプロトコルを使用できます。この場合、不明な GHs13を画面に定義されたバイオマスは、シロイヌナズナの茎やこんにゃくのグルコマンナンなど使わなければなりません。
図 1: これはアリとオリゴ糖の蛍光誘導体化法を示しています。Goubet2から変更します。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2:シロイヌナズナ、松、シロイヌナズナ変異体からマンナン指紋を示す代表的なペースのゲル (csla9) マンナン生合成障害者いる。AlR はカクテル、mannanase、加水分解し、リリースされたオリゴ糖が、蛍光の誘導体します。オリゴ糖は、サイズ、形状、および電荷に基づいてゲルの電気泳動によって分離しました。満濃糖 (Man1-6) の梯子はリリースされたオリゴ糖の相対移動度を識別するを支援するためその精製マンナン (こんにゃく由来) の加水分解はポジティブ コントロールとして表示されます。* = 無指定バンド。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
ペースは、多糖類の構造を特徴付けるための簡単な方法です。それは適用することができます任意の多糖類を特徴づけられる活動の GHs と既知が、文献1,6,9,11の多数の例を参照してください。Tt は、新規 GHs12,13,18と糖転移酵素の9、特性評価に適用されている定義された多糖基質と受容体の使用することによって。
再現性、解釈の結果は、3 つの主要手順に依存しています。最初に、使用される GHs は活動を汚染から無料する必要があります。これはベストのみ発現クローンを使用して達成、アフィニ ティー精製酵素。第二に、ほとんどの実験では、基質の酵素加水分解が完了であることが重要です。これは、同じバイオマス同じ GH と加水分解では、すべての実験の同じ指紋が保証されます。最後に、誘導体化反応における蛍光体の過剰があるはずです。これにより、利用可能な還元終了は 100% 近くでラベルが。これは、結果としては定量的データの高再現性になります。
ゲルと試薬の品質、再現性のあるデータを確保するために重要です。質の悪いバッファー、特に不適切な pH のゲルで気泡があり塩の過剰でサンプルできるオリゴ糖のすべてに影響を与える解像度と保持要因。ただし、プロトコルおよび結果のセクションで説明した推奨のコントロールを含めることがトラブルシューティングを有効にします。
ペースは、オリゴ糖を識別する能力によって制限されます。いくつかの実験のため単純な指紋は必要なことです。ただし、本当に空気のサンプルのグルコマンナンの量を量的、たとえば、リリースされたすべてのオリゴ糖のアイデンティティが必要、時間のかかるプロセスであります。これは複雑な多糖類キシラン3など以下のより簡単です。市販オリゴ糖に少数の標準がある、のでそれが常にできないやすべてのバンドを識別することが望ましい。この場合、ペースは、質量分析法 (すなわち、 MALDI CID9または ESI MS7、及び NMR6) に非常に無料のデータを提供できます。これらのメソッドでは、大規模な準備を行う、サイズ排除クロマトグラフィーによって分離し、MS や NMR の前に両方のペースで各分画を分析する便利です。バンドの摘出や MALDI CID によって識別されることができることが報告されている、しながら実際に我々 を発見した (おそらく原因で紫外線にさらされたとき、アクリルアミドゲル標識オリゴ糖の相互作用) の成功率が低い、これがあります。
ペースの他の主要な制限は、スループットです。良質を適切なコントロールと解釈ゲル ゲルのみ 〜 10 実験サンプルを持つし、一日 〜 4 ペースのゲルを実行する研究者が期待できます。最近では、キャピラリー電気泳動 (CE) を使用してペースのバージョンは、開発19、96 ウェル プレートで試料の調製を可能にするをされています。それが実証されて酵素酵素活性と多糖類の構造6,19を特徴付けるため購入・維持する高価なことができる CE マシンへのアクセスが必要ですが。
著者が明らかに何もありません。
ペース法が開発され、長年にわたってデュプリー グループ (ケンブリッジ、イギリス) の様々 なメンバーによって最適化され、我々 はすべての彼らの貢献を感謝します。支えられて米国エネルギー省、科学局、オフィスの生物学的、環境調査、契約・ デ ・ AC02 05CH11231 ローレンスの間を通して DOE の共同バイオ研究所 (http://www.jbei.org) の一部として資金が供給されたこの作品バークレー国立研究所と米国エネルギー省。我々 もありがとうテア ピックと Vy Ngo csla9サンプルの準備のヘルプ。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Oligosaccaharide Standards | |||
Mannose | Sigma-Aldrich | CAS 3458-28-4 | |
Mannobiose | Megazyme | CAS: 14417-51-7 | |
Mannotriose | Megazyme | CAS: 28173-52-6 | |
Mannotetraose | Megazyme | CAS: 51327-76-5 | |
Mannopentaose | Megazyme | CAS: 70281-35-5 | |
Mannhexaose | Megazyme | CAS: 70281-36-6 | |
Glucomannan (Konjac; Low Viscosity) | Megazyme | P-GLCML | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Other specialty chemicals | |||
8-Aminonaphthalene-1,3,6-trisulfonic acid | (Molecular probes) Thermo | A350 | |
2-picoline borane | TCI | B3018 | |
40 % acrylamide/Bis-acrylamide (29:1 acrylamide:Bis) | Bio-rad | 1610146 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Specialty Equipment | |||
Gel casting kit | Hoefer | SE660 kit | 18x24 cm glass plates, 0.75 mm spacers |
Cooling recirculating water bath | Hoefer | RCB20-plus 115v | Needs to be able to maintain temperature at ~10 C |
G:Box Chemi XRQ Imaging System | Syngene | 05-GBOX-CHEMI-XRQ | Order with filters appropriate to fluorphore, and transilluminator should be fitted with long-wave UV light bulbs |
High Voltage Power Pack | Thermo | EC1000XL | 1000V |
Vacuum centrifuge(Speedvac) | Savant | SPD131 | |
Vertical Gel electrophoresis system | Hoefer | SE660 | |
Glycosyl hydrolases | |||
These can be obtained from companies e.g. Megazyme (https://www.megazyme.com/) or Prozomix (http://www.prozomix.com/), or can be expressed in house by requesting the plasmid from the relevant research group. | |||
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Lab supplies | |||
15 ml Centrifuge tube ( Falcon Centrifuge Tubes, Polypropylene, Sterile, Corning) | VWR | 21008-918 | |
50 ml Centrifuge tube ( Falcon Centrifuge Tubes, Polypropylene, Sterile, Corning) | VWR | 21008-951 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Software | |||
Gel imaging software ( Genesys) | Syngene |
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