本研究は、チェコ科学財団 (GACR、グラント 17 12816S) によって支えられました。

著者は、何を開示します。

この論文では付加体の共有結合 DNA の生成で生じる代謝の中間体に bioactivated をする化学物質の効能を研究する広くアクセス可能な方法論を示した。これは重要な問題です、付加体の環境化学物質の効力または共有結合 DNA を生成する代謝産物への酵素的活性化の薬の評価ために、がんとその治療法の開発に重要なフィールドは。腫瘍の開発の原因と考えられる発ガン性物質による DNA の変更?...

(環境化学物質や薬物) は化学物質の代謝は 2 つのフェーズ1で発生します。フェーズ I と II はもともと疎水性 (水溶性) 化合物をより親水性にレンダリングする目的 (水溶性)、汗や尿、糞便を介して容易に excretable のため。フェーズ I (化) 反応は、酸化、還元、およびペルオキシダーゼ (p450、アセチルトランスフェラーゼ)、シトクロム p450 などの酵素によって触媒される水酸化反応 (すなわち、シクロオキシゲナーゼ、コックス)、アルド-ケト還元酵素 (AKRs)、および肝ミクロゾーム。フラビン含有モノオキシゲナーゼ (FMOs)。様々 な還元すなわち、ミクロソーム NADPH: チトクローム P450 還元酵素 (POR) と細胞内 NAD (P) h: キノン酸化還元酵素 (NQO1)、キサンチン酸化酵素 (XO)、アルデヒド酸化酵素 (AO)1による還元反応の内容はまた相.2 番目のフェーズ (活用) 段階に付けられた官能基は極性をさらに高める小さい極性分子の共役にされます。フェーズ II は、硫酸転移酵素 (結果)、 N、O- コリンアセチルトランスフェラーゼ (Nat)、メチル基転移酵素カテコール -O-メチルトランスフェラーゼ (COMT) グルタチオンS- などの反応で参加と酵素の例トランスフェラーゼ (観光科学研究)、ウリジン二リン酸不明瞭 (UGTs)1。段階で酵素の分類 I または II は、しかし、堅くないし、いくつかの酵素は、どちらのカテゴリに恐らく間違いなくグループ化できます。
P450 酵素 (EC 1.14.14.1)、ヘム蛋白質の変換3,4を触媒多くの化学物質の生体内変換に参加する様々 な生物の存在を含んでいます。P450 酵素触媒反応を 1 つの酸素原子を分子薬物動態、導入する中の酸素 2 原子が 2 つの電子 [式 (1 を必要とする反応によってフォーム水に還元される場所の多くの基質のヒドロキシル化)]3,4:
RH + O2 + NADPH + H+ → 盧 + H2O + NADP+ (1)
P450 酵素 (ミクロゾーム P450 系) 哺乳類細胞の小胞体膜に局在 NADPH: チトクローム P450 還元酵素 (POR) とチトクロムb5がさらに含まれている酵素のモノオキシゲナーゼ系のメンバーであります。、NADH: チトクロームb5還元酵素と呼ばれる酵素の基板。一般に認められた理論の仮説、P450 に必要な 2 つの電子のドナーは、NADPH/POR システム。それにもかかわらず、チトクロームb5可能性がありますとしても電子のドナー チトクローム P450 のすなわち 2 還元の反応サイクルの P450 を削減電子のドナーとして NADH: チトクロームb5と共に機能する場所還元酵素の2,の3,4。
哺乳類利用各種 P450 酵素 (例えば家族 5、8、11、17、19、21、24、26、および 27 の酵素) ステロイド類などの貴重な内因性化合物の合成のため天然物2,3の異化作用のために使用し、.他の CYP の哺乳類酵素などヒト CYP1A2、2 9、2 19 2 6 と 3A4、代謝薬として使用される外因性の化学物質。5,6薬の代謝を触媒する最も重要な酵素は、特に CYP3A4 3A 亜科の広いです。プロ発ガン性物質などプロ-毒性、薬物動態の変換は、ヒト CYP1A1、1 a 2、1B1、2A6、2E1、3A42,5によって仲介されます。これらのアセチルトランスフェラーゼのほとんどは (CYP1A1 1B1 除く) 肝臓に存在です。それにもかかわらず、広いはいくつかの肝外臓器にも表されます。このような p450 意義は大きい、主にあるかもしれないときこれら臓器7の反応中間体を化学物質 (薬物) の生理活性代謝に彼らを参加します。各種 p450 は、これは必ずしもそうではありませんが、基板は、いくつかの化合物によって引き起こされます。
多くの P450 酵素は、毒性化学物質 (薬物) の役割を果たします。彼らは彼らの解毒代謝だけでなく、物質に変換することができますがもさらに通常彼らの毒性を引き起こす別の生物学的特性を示す内在性の高分子を変更反応性の種にそれらを有効に。DNA、脂質、タンパク質は、反応性の求電子剤と活性化学物質から生成されたラジカル調節の目標かもしれない。DNA の場合いくつかの重要な遺伝子応答とそのメカニズムを解決されている2,3,4,5。
DNA の変化は細胞成長の制御の減少につながるし、この現象が支配的な要因の発がんプロセスの開発につながると見なされます。共有結合 DNA の生成付加体の化学物質の発ガン性の初期段階で最も重要な手順の 1 つを処理する8,9,10,11発がん性を持つと判断します。それを示した付加体の DNA の形成との関係、腫瘍の発生、付加体の DNA の量の減少に対し、化学予防8,9,10,11,12,13,14. 発癌物質/薬物由来の形成 DNA 付加体の DNA の塩基に依存して DNA のこれらの塩基の配列によって影響されます。付加体の DNA の修理の場所 (上転写または非転写される DNA 鎖) と修正されたヌクレオチド シーケンス8,11,12,15の型に依存しています。 16。
この資料で述べる変更 DNA 代謝産物にアクティブにする彼らの力を調査するため化学物質 (薬物) の酵素触媒変換を利用した (生成する DNA 付加体)。DNA 結合テスト混合物をする必要があります通常個々 の薬物に応じて、酸化、または還元反応によってアクティブになります。テスト対象化学物質の酸化や還元活性化ミクロソームの細胞分画に存在する P450 依存性酵素システムを介したまたは還元還元ミクロソーム (POR、NADH: チトクロームb5の両方に存在還元酵素、P450 酵素)、細胞質細胞内分 (NQO1、XO、アオ、ペルオキシダーゼ)。反応性代謝物その後バインド DNA 付加体の DNA を形成します。酸化及び還元反応はこれらの反応種にいくつかの薬をアクティブにすることが重要なので酸化/還元酵素システムを用いた実験の手順を示します。さらに、検出し、これらの DNA を定量化できる適切なメソッドが付加体で詳しく説明します。
酵素システムによってテスト化学がアクティブかどうかを決定する 2 つの独立した手順は DNA 行きをお勧めします: 32p-ポストラベル法と利用した放射性標識化合物 (e.g、 3H または14。C)。最初はパイロット、 32p-ポストラベル試験をスクリーニングをお勧めします。ソリューションでは、正確に評価される、DNA 量の定量は、両方の方法を付ける必要があります。
32p-ポストラベル法による非放射性化学物質 (発がん性物質・医薬品) 3´-phosphodeoxynucleosides、5´-放射性リン (32P) と追加のリン酸化修飾核酸の酵素加水分解を利用してください。ああ位置、および化学 deoxynucleotide の分離通常の (非修飾) 弱まりからによる付加クロマトグラフィー17 (図 1)。ミクロコッカスヌクレアーゼ、エンドヌクレアーゼ、エキソヌクレアーゼ、脾臓ホスホジエステラーゼとして知られている混合物で化合物の化学修飾 DNA を加水分解します。(未変更の状態) 両方の法線を含む、変更デオキシリボヌクレオシド 3´ monophosphates [γ-32P] フォーム 5´ pH 9.5 でキャリア (非放射性) ATP と T4 ポリヌクレオチド キナーゼの存在下で ATP と反応し、加水分解 DNA の混合物32P ラベル 3´、5´ bisphosphates (図 1の「標準」プロシージャ)。使用されるアルカリ pH は T4 ポリヌクレオチドの位置 3´ でデオキシリボヌクレオシド 3´ monophosphates dephosphorylate キナーゼの酵素活性を最小限に抑えることが可能です。分離と32の解像度から付加体 P ラベルの化学薬品によって変更されていないラベルの弱まりはポリエチレンイミン (PEI) セルロース (図 2 多陰イオン交換薄層クロマトグラフィー (TLC) によって遂行).最初と 2 番目の溶出の手順 (D1 および D2 方向) で、短い部分に電解質の水溶液を用いた TLC PEI セルロース板の最初からラベル付き通常 (非修飾) 弱まりとして [32P] リン酸を溶出します。ガスクロマト グラフ用紙 (発がん性物質/薬物-アダクト) 疎水性特性を示すバインドされた化学物質を含む弱まりはさらに解決すべき PEI セルロース プレートのスタートで維持されるに対し、TLC プレート上に適用されます。D3 と D4 の方向 (図 2) でいくつか異なる溶媒システム。付加体の局在強化画面オートラジオグラフィー; を使用して実行されます付加体の分離された x 線フィルムの認識可能な黒ずみとして検出されます。スポットのエリアはプレートから摘出した、液体シンチレーションまたはカウント チェレンコフによって放射能を定量化する使用されます。クロマト グラム検出された付加体のイメージング法のマップし、DNA の定量化に適応されているストレージりん32p-ポストラベル試験が今も使用されます。18インスタント イメージャ マシンは頻繁にそのような検出のため、付加体の DNA の定量化。このメソッドでは、画面の技術強化オートラジオグラフィー19よりも32P を検出するための 10 倍以上の感度を提供します。
量の DNA 付加体の付加物の相対値分類 (RAL) の方程式 (2) を使用して次のように計算、定め。
インプレッション。弱まりを付加します。 RAL =---(2) 32P ATP の特定活動 (cpm で/pmol) x pmol 弱まり
RALs の値が内転の弱まりのカウント レートの比 [内転と通常 (非修飾) 弱まり] の合計カウント率弱まり20,21。ただし、この計算は平等に基づいて付加体の効率のラベリングと通常弱まり22。32p-ポストラベル法の古典的な (「標準」) プロシージャは適切様々 な DNA 付加体 (および/または非かさばるかさばる付加) しかし、その感度は満足のいく付加体の dna の少量を検出しますします。この手順を使用して、DNA (0.3 fmol 付加/μ g DNA) の 10 の7そのまま弱まりで抱合体の生成量は検出します。
この古典的な32p-ポストラベルのプロシージャの変更の様々 な技術の感度を高めるため利用されています。32で付加体の定量の 10-100 倍高感度まで P ラベルは [γ-32P] ATP (強化のプロシージャ) の制限レベルを使用して達成されています。23,24 32p-ポストラベル法の感度の増加を利用して DNA を含む消化の潜伏を提供するそれ以上のプロシージャ付加ヌクレアーゼ P1 (活性) から21 (図 1)。この酵素は、バインドされた化学物質 (内転のヌクレオチド) と弱まり、本質的にないこの酵素の基板に対し未修正デオキシリボヌクレオシド 3´-monophosphates、dephosphorylate を好みます。したがって、脱燐酸化されたデオキシリボヌクレオシド 3´ monophosphates (すなわちdeoxyribonucleosides) がない γ-32P から [32P] リン酸塩による T4 ポリヌクレオチド キナーゼによるリン酸化] ATP。しかし、いくつかの化学物質が、ヌクレオチドのバインド (内転弱まり)、デオキシグアノシン、この酵素によってすることができます bedephosphorylated の C8 で置換アリールが付加体のよう。対照的に、他のほとんどは付加体 (例えば、付加体のデオキシグアノシンのN2を代入) ヌクレアーゼ P1 でない脱燐酸化します。32p-ポストラベルのこの変更によりこのメソッドのかなり敏感、以上 3 つの一桁によってその感度を増加します。32p-ポストラベルのこのバージョンがメソッドを提供しますが、さらに DNA (5-10 μ g)、キャリア フリーの過剰量 [γ- 32P] ATP を利用することができます。
豊かにする別の方法、付加体、グプタ25によって記述されている、物理化学的性質を利用してかさばる deoxynucleotide のプロパティが付加体、 nに何を抽出することがでく-相転送エージェント テトラブチル アンモニウム存在下でブタノール[32P] リン酸ラベリング、未変更の弱まりがこの有機溶媒によって抽出される悪いに対し前に塩化 (未定) (図 1)。しかし、少ない疎水性付加で構成される残基、非芳香族扱いにくい部分や小さなアルキルと変更された弱まりの例効果的に抽出されませんn-ブタノール。したがって、彼らは32p-ポストラベル法のこの変更によって分析されるとき本質的に検出されません。
109,10通常当たり、前述の両方のバージョン32p-ポストラベル増加感度と DNA の定量化は非常に (3 桁) 最大付加体、1 つを検出できること付加物ヌクレオチド (0.3 - 3 amol/μ g DNA)。自明で DNA を効率性の化学薬品をテストのこれらの 2 つの方法が推奨され、したがって、彼らは詳細にこの作品のとおり。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Tris</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>252859</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P9541</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium acetate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S2889</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenol</td>
			<td>Roth</td>
			<td>0032.8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenol/Chloroform/Isoamylalcohol</td>
			<td>Roth</td>
			<td>A156.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Penta</td>
			<td>70390-11000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calf thymus DNA</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D4522</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NADH</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N7004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NADP+</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N5755</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NADPH</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N7505</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-glucose 6-phosphate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7647001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-glucose 6-phosphate dehydrogenase</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G6378</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Supersomes</td>
			<td>Corning Gentest</td>
			<td>456211, 456203, 456220, 456204, 456210, 456222, 456219, 456212, 456206, 456207, 456202</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human liver microsomes</td>
			<td>Corning Gentest</td>
			<td>452172</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 20</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P1379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypoxanthine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>77662</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Hydroxypyrimidine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H56800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl acetate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>437549</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl ether</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>179272</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micrococcal nuclease from Staphylococcus aureus</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N3755</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spleen phosphodiesterase from calf spleen, Type II</td>
			<td>Calbiochem</td>
			<td>524711</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nuclease P1 from Penicillium citrinum</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N8630</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bicine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>163791</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DL-Dithiotreitol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D0632</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spermidine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S2626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrabutylammonium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>86870</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-Butanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>437603</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T4-polynucleotide kinase</td>
			<td>USB Corp</td>
			<td>70031Y</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>[&#947;-32P]ATP</td>
			<td>Hartman Analytic GmbH</td>
			<td>FP-201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEI-impregnated cellulose TLC plates</td>
			<td>Macherey-Nagel</td>
			<td>801053</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Packard Instant Imager A202400</td>
			<td>Packard</td>
			<td>G120337</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ellipticine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>285730</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-Nitrobenzanthrone</td>
			<td colspan="2">prepared (synthesized) as shown in ref. 40</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

formation of covalent dna adducts by enzymatically activated carcinogens and drugs in vitro and their determination by 32p-postlabeling

共有結合 DNA 付加体の化学物質によって形成される発がん性の薬は発がんプロセスの初期段階で最も重要な要因の一つと判断されたか。癌の原因を考えると、この結合は、今化学発がんのセントラル ドグマとして評価されます。ここでは、チトクローム P450 によって触媒反応を用いた方法を説明し、付加体の化学物質や代謝産物がこれらの DNA を形成するの活性化のための薬の効力を調査するその他の微生物による分解酵素。体内酵素シトクロム P450 に他体内の酵素、すなわちペルオキシダーゼ、NADPH: チトクローム P450 (ミクロゾーム及びサンプルを有する細胞画分の分離を記述する手順を紹介してNAD (P) h: キノン酸化還元酵素、またはキサンチン酸化酵素酸化還元酵素)。メソッドの説明また、分析化学物質の代謝活性化のための DNA の隔離のためのそれらと同様、これらの酵素によって使用できます。さらに、検出および化学/医薬品由来 DNA の定量化できる適切な方法は、すなわち、 32p-ポストラベル法のさまざまな変更を内転、放射性ラベルの雇用の化学物質を分析、詳細に表示されます。

中間体の共有結合の結果に代謝される化学物質 (発ガン性物質/薬) の効力を調査する (すなわちP450、ペルオキシダーゼ、還元酵素) の活性化酵素触媒の利用のためにはここで説明したプロトコルを使用してください。DNA に結合 (世代の DNA 付加物)、(i) (ため検討を見る、29,30,31)、抗悪性腫瘍剤...

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Formation of Covalent DNA Adducts by Enzymatically Activated Carcinogens and Drugs In Vitro and Their Determination by 32P-postlabeling

共有結合 DNA 付加体生成活性酵素によって発ガン性物質の in Vitro薬物と32p-ポストラベルで決意

環境化学物質、酵素中間体の共有結合 DNA の生成に bioactivated が付加体に薬剤の効力を評価するがんとその治療法の開発に重要な分野です。DNA 付加体、その検出と定量の技術だけでなく、フォームに化合物の活性化のための方法を説明します。

Covalent DNA adducts formed by chemicals or drugs with carcinogenic potency are judged as one of the most important factors in the initiation phase of ...

formation-covalent-dna-adducts-enzymatically-activated-carcinogens

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Formation of Covalent DNA Adducts by Enzymatically Activated Carcinogens and Drugs In Vitro and Their Determination by 32P-postlabeling

13.8K ビュー.  Charles University. 環境化学物質、酵素中間体の共有結合 DNA の生成に bioactivated が付加体に薬剤の効力を評価するがんとその治療法の開発に重要な分野です。DNA 付加体、その検出と定量の技術だけでなく、フォームに化合物の活性化のための方法を説明します。

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Covalent Binding of Antibodies to Cellulose Paper Discs and Their Applications in Naked-eye Colorimetric Immunoassays

This report presents two methods for the covalent immobilization of capture antibodies on cellulose filter paper grade No. 1 (medium-flow filter paper) discs and grade No. 113 (fast-flow filter paper) discs. These cellulose paper discs were grafted with amine functional groups through a silane coupling technique before the antibodies were immobilized on them. Periodate oxidation and glutaraldehyde cross-linking methods were used to graft capture antibodies on the cellulose paper discs. In order to ensure the maximum binding capacity of the capture antibodies to their targets after immobilization, the effects of various concentrations of sodium periodate, glutaraldehyde, and capture antibodies on the surface of the paper discs were investigated. The antibodies that were coated on the amine-functionalized cellulose paper discs through a glutaraldehyde cross-linking agent showed enhanced binding activity to the target when compared to the periodate oxidation method. IgG (in mouse reference serum) was used as a reference target in this study to test the application of covalently immobilized antibodies through glutaraldehyde. A new paper-based, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was successfully developed and validated for the detection of IgG. This method does not require equipment, and it can detect 100 ng/ml of IgG. The fast-flow filter paper was more sensitive than the medium-flow filter paper. The incubation period of this assay was short and required small sample volumes. This naked-eye, colorimetric immunoassay can be extended to detect other targets that are identified with conventional ELISA.

In this manuscript, periodate oxidation and glutaraldehyde cross-linking methods for covalent immobilization of antibodies on paper discs are presented. The binding activity of immobilized antibodies was evaluated. Based on these results, a glutaraldehyde cross-linking method was used to develop a novel paper-based immunoassay for immunoglobulin G (IgG) detection.

セルロース紙ディスクおよび裸眼比色イムノアッセイにおけるそれらのアプリケーションへの抗体の共有結合

This report presents two methods for the covalent immobilization of capture antibodies on cellulose filter paper grade No. 1 (medium-flow filter paper) ...

生化学

A G-quadruplex DNA-affinity Approach for Purification of Enzymatically Active G4 Resolvase1

Higher-order nucleic acid structures called G-quadruplexes (G4s, G4 structures) can form in guanine-rich regions of both DNA and RNA and are highly thermally stable. There are &#62;375,000 putative G4-forming sequences in the human genome, and they are enriched in promoter regions, untranslated regions (UTRs), and within the telomeric repeat. Due to the potential for these structures to affect cellular processes, such as replication and transcription, the cell has evolved enzymes to manage them. One such enzyme is G4 Resolvase 1 (G4R1), which was biochemically co-characterized by our laboratory and Nagamine et al. and found to bind extremely tightly to both G4-DNA and G4-RNA (Kd in the low-pM range). G4R1 is the source of the majority of G4-resolving activity in HeLa cell lysates and has since been implicated to play a role in telomere metabolism, lymph development, gene transcription, hematopoiesis, and immune surveillance. The ability to efficiently express and purify catalytically active G4R1 is of importance for laboratories interested in gaining further insight into the kinetic interaction of G4 structures and G4-resolving enzymes. Here, we describe a detailed method for the purification of recombinant G4R1 (rG4R1). The described procedure incorporates the traditional affinity-based purification of a C-terminal histidine-tagged enzyme expressed in human codon-optimized bacteria with the utilization of the ability of rG4R1 to bind and unwind G4-DNA to purify highly active enzyme in an ATP-dependent elution step. The protocol also includes a quality-control step where the enzymatic activity of rG4R1 is measured by examining the ability of the purified enzyme to unwind G4-DNA. A method is also described that allows for the quantification of purified rG4R1. Alternative adaptations of this protocol are discussed.

G4 Resolvase1 binds to G-quadruplex (G4) structures with the tightest reported affinity for a G4-binding protein and represents the majority of the G4-DNA unwinding activity in HeLa cells. We describe a novel protocol that harnesses the affinity and ATP-dependent unwinding activity of G4-Resolvase1 to specifically purify catalytically active recombinant G4R1.

酵素的に活性G4 Resolvase1の精製のためのG-四重鎖DNA親和性のアプローチ

Higher-order nucleic acid structures called G-quadruplexes (G4s, G4 structures) can form in guanine-rich regions of both DNA and RNA and are highly ...

Real-time Tracking of DNA Fragment Separation by Smartphone

Slab gel electrophoresis (SGE) is the most common method for the separation of DNA fragments; thus, it is broadly applied to the field of biology and others. However, the traditional SGE protocol is quite tedious, and the experiment takes a long time. Moreover, the chemical consumption in SGE experiments is very high. This work proposes a simple method for the separation of DNA fragments based on an SGE chip. The chip is made by an engraving machine. Two plastic sheets are used for the excitation and emission wavelengths of the optical signal. The fluorescence signal of the DNA bands is collected by smartphone. To validate this method, 50, 100, and 1,000 bp DNA ladders were separated. The results demonstrate that a DNA ladder smaller than 5,000 bp can be resolved within 12 min and with high resolution when using this method, indicating that it is an ideal substitute for the traditional SGE method.

Traditional slab gel electrophoresis (SGE) experiments require a complicated apparatus and high chemical consumption. This work presents a protocol that describes a low-cost method to separate DNA fragments within a short timeframe.

スマートフォンによるDNA断片分離のリアルタイム追跡

Slab gel electrophoresis (SGE) is the most common method for the separation of DNA fragments; thus, it is broadly applied to the field of biology and ...

Highly Sensitive and Quantitative Detection of Proteins and Their Isoforms by Capillary Isoelectric Focusing Method

Immunoblotting has become a routine technique in many laboratories for protein characterization from biological samples. The following protocol provides an alternative strategy, capillary isoelectric focusing (cIEF), with many advantages compared to conventional immunoblotting. This is an antibody-based, automated, rapid, and quantitative method in which a complete western blotting procedure takes place inside an ultrathin capillary. This technique does not require a gel to transfer to a membrane, stripping of blots, or x-ray films, which are typically required for conventional immunoblotting. Here, proteins are separated according to their charge (isoelectric point; pI), using less than a microliter (400 nL) of total protein lysate. After electrophoresis, proteins are immobilized onto the capillary walls by ultraviolet light treatment, followed by primary and secondary (horseradish peroxidase (HRP) conjugated) antibody incubation, whose binding is detected through enhanced chemiluminescence (ECL), generating a light signal that can be captured and recorded by a charge-coupled device (CCD) camera. The digital image can be analyzed and quantified (peak area) using software. This high throughput procedure can handle 96 samples at a time; is highly sensitive, with protein detection in the picogram range; and produces highly reproducible results because of automation. All of these aspects are extremely valuable when the quantity of samples (e.g., tissue samples and biopsies) is a limiting factor. The technique has wider applications as well, including screening of drugs or antibodies, biomarker discovery, and diagnostic purposes.

Capillary isoelectric focusing is an antibody-based, ultrasensitive, high throughput technique, enabling detailed characterization of proteins and their isoforms from extremely small biological samples. The following describes a protocol for detection and quantification of specific proteins and their isoforms in an automated and robotized manner.

タンパク質キャピラリー等電点焦点法によるアイソ フォームの高感度・定量的検出

Immunoblotting has become a routine technique in many laboratories for protein characterization from biological samples. The following protocol provides ...

Enrichment of Native Lipoprotein Particles with microRNA and Subsequent Determination of Their Absolute/Relative microRNA Content and Their Cellular Transfer Rate

Lipoprotein particles are predominately transporters of lipids and cholesterol in the bloodstream. Furthermore, they contain small amounts of strands of noncoding microRNA (miRNA). In general, miRNA alters the protein expression profile due to interactions with messenger-RNA (mRNA). Thus, knowledge of the relative and absolute miRNA content of lipoprotein particles is essential to estimate the biological effect of cellular particle uptake. Here, a quantitative real-time polymerase chain reaction (qPCR)-based protocol is presented to determine the absolute miRNA content of lipoprotein particles&#8212;exemplified shown for native and miRNA-enriched lipoprotein particles. The relative miRNA content is quantified using multiwell microfluidic array cards. Furthermore, this protocol allows scientists to estimate the cellular miRNA and, thus, the lipoprotein particle uptake rate. A significant increase of the cellular miRNA level is observable when using high-density lipoprotein (HDL) particles artificially loaded with miRNA, whereas incubation with native HDL particles yields no significant effect due to their rather low miRNA content. In contrast, the cellular uptake of low-density lipoprotein (LDL) particles&#8212;neither with native miRNA nor artificially loaded with it&#8212;did not alter the cellular miRNA level.

Here, a quantitative real-time polymerase chain reaction-based protocol is presented for the determination of the native micro-RNA content (absolute/relative) of lipoprotein particles. In addition, a method for increasing the micro-RNA level, as well as a method for determining the cellular uptake rate of lipoprotein particles, is demonstrated.

マイクロ Rna による天然リポタンパク質粒子の濃縮とその絶対/相対マイクロ Rna 含量とその細胞移動速度の決定

Lipoprotein particles are predominately transporters of lipids and cholesterol in the bloodstream. Furthermore, they contain small amounts of strands of ...

DNA Sequence Recognition by DNA Primase Using High-Throughput Primase Profiling

DNA primase synthesizes short RNA primers that initiate DNA synthesis of Okazaki fragments on the lagging strand by DNA polymerase during DNA replication. The binding of prokaryotic DnaG-like primases to DNA occurs at a specific trinucleotide recognition sequence. It is a pivotal step in the formation of Okazaki fragments. Conventional biochemical tools that are used to determine the DNA recognition sequence of DNA primase provide only limited information. Using a high-throughput microarray-based binding assay and consecutive biochemical analyses, it has been shown that 1) the specific binding context (flanking sequences of the recognition site) influences the binding strength of the DNA primase to its template DNA, and 2) stronger binding of primase to the DNA yields longer RNA primers, indicating higher processivity of the enzyme. This method combines PBM and primase activity assay and is designated as high-throughput primase profiling (HTPP), and it allows characterization of specific sequence recognition by DNA primase in unprecedented time and scalability.&#160;

Protein binding microarray (PBM) experiments combined with biochemical assays link the binding and catalytic properties of DNA primase, an enzyme that synthesizes RNA primers on template DNA. This method, designated as high-throughput primase profiling (HTPP), can be used to reveal DNA-binding patterns of a variety of enzymes.

ハイスループットプリマゼプロファイリングを用いたDNAプリマゼによるDNA配列認識

DNA primase synthesizes short RNA primers that initiate DNA synthesis of Okazaki fragments on the lagging strand by DNA polymerase during DNA replication. ...

Interactions with and Membrane Permeabilization of Brain Mitochondria by Amyloid Fibrils

A growing body of evidence indicates that membrane permeabilization, including internal membranes such as mitochondria, is a common feature and primary mechanism of amyloid aggregate-induced toxicity in neurodegenerative diseases. However, most reports describing the mechanisms of membrane disruption are based on phospholipid model systems, and studies directly targeting events occurring at the level of biological membranes are rare. Described here is a model for studying the mechanisms of amyloid toxicity at the membrane level. For mitochondrial isolation, density gradient medium is used to obtain preparations with minimal myelin contamination. After mitochondrial membrane integrity confirmation, the interaction of amyloid fibrils arising from &#945;-synuclein, bovine insulin, and hen egg white lysozyme (HEWL) with rat brain mitochondria, as an in vitro biological model, is investigated. The results demonstrate that treatment of brain mitochondria with fibrillar assemblies can cause different degrees of membrane permeabilization and ROS content enhancement. This indicates structure-dependent interactions between amyloid fibrils and mitochondrial membrane. It is suggested that biophysical properties of amyloid fibrils and their specific binding to mitochondrial membranes may provide explanations for some of these observations.

Provided here is a protocol for investigating the interactions between native form, prefibrillar, and mature amyloid fibrils of different peptides and proteins with mitochondria isolated from different tissues and various areas of the brain.

アミロイドフィブリルスによる脳ミトコンドリアの相互作用と膜透過性

A growing body of evidence indicates that membrane permeabilization, including internal membranes such as mitochondria, is a common feature and primary ...

Rapid Determination of Antibody-Antigen Affinity by Mass Photometry

Measurements of the specificity and affinity of antigen-antibody interactions are critically important for medical and research applications. In this protocol, we describe the implementation of a new single-molecule technique, mass photometry (MP), for this purpose. MP is a label- and immobilization-free technique that detects and quantifies molecular masses and populations of antibodies and antigen-antibody complexes on a single-molecule level. MP analyzes the antigen-antibody sample within minutes, allowing for the precise determination of the binding affinity and simultaneously providing information on the stoichiometry and the oligomeric state of the proteins. This is a simple and straightforward technique that requires only picomole quantities of protein and no expensive consumables. The same procedure can be used to study protein-protein binding for proteins with a molecular mass larger than 50 kDa. For multivalent protein interactions, the affinities of multiple binding sites can be obtained in a single measurement. However, the single-molecule mode of measurement and the lack of labeling imposes some experimental limitations. This method gives the best results when applied to measurements of sub-micromolar interaction affinities, antigens with a molecular mass of 20 kDa or larger, and relatively pure protein samples. We also describe the procedure for performing the required fitting and calculation steps using basic data analysis software.

We describe a single-molecule approach to antigen-antibody affinity measurements using mass photometry (MP). The MP-based protocol is fast, accurate, uses a very small amount of material, and does not require protein modification.

質量光測定による抗体-抗原アフィニティーの迅速な測定

Measurements of the specificity and affinity of antigen-antibody interactions are critically important for medical and research applications. In this ...

Crystallization and Structural Determination of an Enzyme:Substrate Complex by Serial Crystallography in a Versatile Microfluidic Chip

The preparation of well diffracting crystals and their handling before their X-ray analysis are two critical steps of biocrystallographic studies. We describe a versatile microfluidic chip that enables the production of crystals by the efficient method of counter-diffusion. The convection-free environment provided by the microfluidic channels is ideal for crystal growth and useful to diffuse a substrate into the active site of the crystalline enzyme. Here we applied this approach to the CCA-adding enzyme of the psychrophilic bacterium Planococcus halocryophilus in the presented example. After crystallization and substrate diffusion/soaking, the crystal structure of the enzyme:substrate complex was determined at room temperature by serial crystallography and the analysis of multiple crystals directly inside the chip. The whole procedure preserves the genuine diffraction properties of the samples because it requires no crystal handling.

A versatile microfluidic device is described that enables the crystallization of an enzyme using the counter-diffusion method, the introduction of a substrate in the crystals by soaking, and the 3D structure determination of the enzyme:substrate complex by a serial analysis of crystals inside the chip at room temperature.

酵素の結晶化と構造決定:多用途マイクロ流体チップにおける連続結晶学による基質複合体

The preparation of well diffracting crystals and their handling before their X-ray analysis are two critical steps of biocrystallographic studies. We ...

Uracil-DNA Glycosylase Assay by Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-flight Mass Spectrometry Analysis

Uracil-DNA glycosylase (UDG) is a key component in the base excision repair pathway for the correction of uracil formed from hydrolytic deamination of cytosine. Thus, it is crucial for genome integrity maintenance. A highly specific, non-labeled, non-radio-isotopic method was developed to measure UDG activity. A synthetic DNA duplex containing a site-specific uracil was cleaved by UDG and then subjected to Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) analysis. A protocol was established to preserve the apurinic/apyrimidinic site (AP) product in DNA without strand break. The change in the m/z value from the substrate to the product was used to evaluate uracil hydrolysis by UDG. A G:U substrate was used for UDG kinetic analysis yielding the Km = 50 nM, Vmax = 0.98 nM/s, and Kcat = 9.31 s-1. Application of this method to a uracil glycosylase inhibitor (UGI) assay yielded an IC50 value of 7.6 pM. The UDG specificity using uracil at various positions within single-stranded and double-stranded DNA substrates demonstrated different cleavage efficiencies. Thus, this simple, rapid, and versatile MALDI-TOF MS method could be an excellent reference method for various monofunctional DNA glycosylases. It also has the potential as a tool for DNA glycosylase inhibitor screening.

A non-labeled, non-radio-isotopic method to assay uracil-DNA glycosylase activity was developed using MALDI-TOF mass spectrometry for direct apurinic/apyrimidinic site-containing product analysis. The assay proved to be quite simple, specific, rapid, and easy to use for DNA glycosylase measurement.

マトリックス支援レーザー脱離/イオン化飛行時間型質量分析分析によるウラシル-DNAグリコシラーゼアッセイ

Uracil-DNA glycosylase (UDG) is a key component in the base excision repair pathway for the correction of uracil formed from hydrolytic deamination of ...