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Method Article
この研究では、同位体標識膜タンパク質サンプルを調製し、最新の固体NMR分光法で高分解能で分析する方法について、堅牢な基本ルーチンについて詳しく説明します。
膜タンパク質は細胞機能に不可欠であり、したがって重要な薬物標的です。固体核磁気共鳴(ssNMR)分光法は、複雑さが増す生体膜におけるそのようなタンパク質の構造とダイナミクスを調査するための独自のアクセスを提供します。ここでは、天然の脂質膜および原子スケールでのタンパク質の構造とダイナミクスを研究するためのツールとして、最新の固体NMR分光法を紹介します。このような分光学的研究は、高感度のssNMR法、すなわち陽子(1H)で検出されるssNMRとDNP(Dynamic Nuclear Polarization)で支えられたssNMRの使用から利益を得ます。細菌の外膜βバレルタンパク質BamAとイオンチャネルKcsAを用いて、同位体標識膜タンパク質を調製し、ssNMRによる構造情報と運動情報を導出する方法を提示します。
生理学的に関連性のある環境における膜タンパク質の構造的および運動的研究は、従来の構造生物学技術に課題を提起しています1。最新の固体核磁気共鳴分光法(ssNMR)法は、膜タンパク質2,3,4,5,6,7の特性評価に独自のアプローチを提供し、膜埋め込みタンパク質ポンプ8、チャネル9,10,11、受容体12,13などの膜タンパク質の研究に長い間使用されてきました、14、15。超高磁場>1,000 MHz、高速マジック角回転周波数>100 kHz、超分極技術16などの技術の進歩により、ssNMRは、リポソームから細胞膜、さらには細胞全体まで、複雑化が進む環境下での膜タンパク質の研究のための強力な方法として確立されました。例えば、DNPはこのような実験のための強力なツールとなっています(参考文献17,18,19,20,21,22,23,24,25を参照)。最近では、1H検出ssNMRは、高いスペクトル分解能と感度で膜タンパク質を研究する可能性を高めています25,26,27,28,29。この研究では、タンパク質の挿入とイオン輸送という重要な機能に関与する2つの細菌膜タンパク質に焦点を当てています。対応するタンパク質、BamA 25,30,31,32,33およびKcsA 23,27,28,34,35,36,37,38,39(またはそのキメラ変異体10,40)をssNMRにより調べた10年以上の方法。
ここでは、細菌由来の膜タンパク質の調製とssNMR特性評価のための代表的なプロトコールを示します。プロトコルのさまざまなステップを 図 1 に示します。まず、BamAの発現、同位体標識、精製、膜再構成について説明する。次に、ssNMRによる膜タンパク質の特性評価の一般的なワークフローを示します。具体的には、高速マジック角回転で 1つのH検出ssNMRを使用した膜タンパク質骨格の割り当て。最後に、ssNMR信号感度を大幅に向上させる動的核分極(DNP)支援実験の基本的なセットアップと取得について詳しく説明します。
1. 均一標識2H, 13C, 15N標識BamA-P4P5の作製
注:このプロトコルでは、非病原性グラム陰性菌を扱う必要がありますが、基本的な生物学的安全手順の遵守、すなわち、安全メガネ、白衣、手袋を着用し、微生物を扱うための施設の標準的な操作手順に従うことが必須です。
2. 精製、リフォールディング、BamA-P4P5プロテオリポソーム形成
注意: このセクションのすべての手順は、ドラフト内で実行する必要があります。遠心分離後にチューブを開くときは、有害なエアロゾルを制限するため、特別な注意を払う必要があります。
3. ssNMRローターの充填
4. 2D 13C- 13C ssNMR分光法による試料評価
5. 1H検出3D ssNMR分光法によるバックボーンアサイン
6. 1H検出ssNMR分光法によるタンパク質ダイナミクス
7. 動的核分極
注:以下の準備手順は、3.2 mmサファイアMASローターを使用した市販のDNPセットアップの使用に関連しています(図6)20。ジルコニアローターまたはその他のDNP機器を使用すると、DNP信号の増強が低下する可能性があります。
図2は、介在物体の純度(パネルA)と介在物体のリフォールディング(パネルB3)の代表的なゲルを示しています。 図2 は、 13 C,15N標識BamA-P4P5の精製が成功したことを確認しています。
図3Aは、整然とした膜タンパク質の典型的な2D 13C-13Cスペクトルを示し、
膜タンパク質は、原核生物と真核生物の両方における重要な細胞機能の調節において重要なプレーヤーです。したがって、原子レベルの分解能でそれらの作用メカニズムを理解することは非常に重要です。既存の構造生物学技術は、膜タンパク質の科学的理解をかなり前進させてきましたが、膜のないin vitroシステムから収集された実験データに大きく依存してきま?...
著者は何も開示していません。
この研究は、プロジェクト番号 723.014.003、711.018.001、700.26.121、700.10.443、718.015.00 の研究プログラム ECHO、TOP、TOP-PUNT、VICI、VIDI の一部であり、オランダ研究評議会 (NWO) によって資金提供されています。この記事は、iNEXT-Discovery(プロジェクト番号871037)がサポートしました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ammonium molibdate | Merck | 277908 | |
Ammonium-15N Chloride | Cortecnet | CN80P50 | |
Ampicillin | Sigma Aldrich | A9518 | |
AMUpol | Cortecnet | C010P005 | |
Benzonase | EMD Millipore Corp | 70746-3 | |
Boric acid | Merck | B6768 | |
bromophenol blue | Sigma | B0126 | |
calcium dichloride | Merck | 499609 | |
Choline chloride | Sigma | C-1879 | |
Cobalt chloride | Merck | 449776 | |
Copper sulphate | Merck | C1297 | |
D-Biotin | Merck | 8512090025 | |
Deuterium Oxide | Cortecnet | CD5251P1000 | |
Dimethyl sulfoxide | Merck | D9170 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma Aldrich | L6876 | |
Folic acid | Sigma | F-7876 | |
Glucose 13C + 2H | Cortecnet | CCD860P50 | |
Glycerol | Honeywell | G7757 | |
Glycerol (12C3, 99.95% D8, 98%) | Eurisotope | CDLM-8660-PK | |
glycerol (non-enriched) | Honeywell | G7757-1L | |
Glycine | Sigma Aldrich | 50046 | |
Guanidine hydrochloride | Roth Carl | NR.0037.1 | |
Iron sulphate | Merck | 307718 | |
isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside | Thermofisher | R0392 | |
Lysogeny Broth | Merck | L3022 | |
Lysozyme | Sigma Aldrich | L6876 | |
Magnesium chloride - hexahydrate | Fluka | 63064 | |
magnesium sulphate | Merck | M5921 | |
monopotassium phosphate | Merck | 1051080050 | |
Myoinositol | Sigma | I-5125 | |
n-Dodecyl-B-D-maltoside | Acros Organics | 3293702509 | |
N,N-Dimethyldodecylamine N-oxide | Merck | 40236 | |
Nicatinamide | Sigma | N-3376 | |
Panthotenic acid | Sigma | 21210-25G-F | |
protease inhibitor | Sigma | P8849 | |
Pyridoxal-HCl | Sigma Aldrich | P9130 | |
Riboflavin | Aldrich | R170-6 | |
Sodium Chloride | Merck | K51107104914 | |
Sodium dihydrogen phospahte - monohydrate | Sigma Aldrich | 1,06,34,61,000 | |
Sodium dodecyl sulfate | Thermo-scientific | 28365 | |
Sodium hydroxide | Merck | 1,06,49,81,000 | |
Sucrose | Sigma Life Science | S9378 | |
Thiamine-HCl | Merck | 5871 | |
Tris-HCl | Sigma Aldrich | 10,70,89,76,001 | |
Zinc chloride | Merck | 208086 | |
E.coli BL21 DE3* | New England Biolabs | C2527 | |
1.5 mL Ultra-tubes | Beckman Coulter | 357448 | |
30 kDa centrifugal filter | Amicon | UFC903024 | |
3.2 mm sapphire DNP rotor with caps | Cortecnet | H13861 | |
3.2 mm teflon insert | Cortecnet | B6628 | |
3.2 mm sample packer/unpacker | Cortecnet | B6988 | |
3.2 mm Regular Wall MAS Rotor | Cortecnet | HZ16913 | |
3.2 mm Regular Wall MAS rotor | Cortecnet | HZ09244 | |
Tool Kit for 3.2 mm Thin Wall rotor | Cortecnet | B136904 | |
1.3 mm MAS rotor + caps | Cortecnet | HZ14752 | |
1.3 mm filling tool | Cortecnet | HZ14714 | |
1.3 mm sample packer | Cortecnet | HZ14716 | |
1.3 mm cap remover | Cortecnet | HZ14706 | |
1.3 mm cap set tool | Cortecnet | HZ14744 | |
Dialysis tubing 12-14 kDa | Spectra/Por | 132703 | |
Sharpie - Black | Merck | HS15094 |
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