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Method Article
Sedimentation equilibrium (SE) can be used to study protein-protein interactions in a physiological environment. This manuscript describes the use of this technique to determine the effect of pH on the stability of a homo-pentamer formed by the small hydrophobic (SH) protein encoded by the human syncytial respiratory virus (hRSV).
Ultracentrifugação analítica (AUC) pode ser usado para estudar as interacções reversíveis entre macromoléculas sobre uma ampla gama de forças de interacção e em condições fisiológicas. Isso faz com que AUC um método de escolha para avaliar quantitativamente estequiometria e termodinâmica dos homo e hetero-associação que são transitórias e reversíveis nos processos bioquímicos. Na modalidade de equilíbrio de sedimentação (SE), um equilíbrio entre difusão e sedimentação fornece um perfil como uma função da distância radial que depende de um modelo de associação específica. Nisto, um protocolo detalhado SE é descrita para determinar a energia associação tamanho e monómero-monómero de uma pequena oligómero de proteína de membrana usando uma ultracentrífuga analítica. ES-AUC é livre de marcador, apenas com base em princípios físicos, e pode ser usado em ambas as proteínas solúveis da membrana e água. Um exemplo é mostrado deste último, o pequeno hidrofóbico (SH) nas proteínas do vírus sincicial respiratório humano (HRSV), Um polipeptídeo de ácido 65-amino com um único transmembranar (TM) de domínio helicoidal-α que forma canais de iões pentaméricos. Dados estrutural à base de RMN mostra que a proteína tem duas SH protonável resíduos de His no seu domínio transmembranar que são orientados de frente para o lúmen do canal. SE experimentos foram concebidos para determinar como pH afeta constante de associação e do tamanho da proteína oligomérica SH. Embora a forma pentamérica foi preservada em todos os casos, a sua constante de associação foi reduzida a pH baixo. Esses dados estão de acordo para uma dependência de pH semelhante ao observado para atividade canal SH, consistente com uma orientação do lúmen das duas Seus teor de resíduos no proteína SH. Este último pode experimentar repulsão eletrostática e estabilidade oligômero reduzida em pH baixo. Em resumo, este método é aplicável sempre que a informação quantitativa sobre proteína-proteína subtis alterações de associação em condições fisiológicas têm de ser medidos.
Ultracentrifugação analítica 1-5 é um dos métodos mais importantes para estudar as interações de macromoléculas em condições fisiológicas, sendo acessível para ambas as interações fracas e fortes. O método é livre-label e utiliza a absorção de luz ou interferência, e até mesmo sistemas ópticos de fluorescência pode ser usado para acessar faixas de concentração ao longo de várias ordens de magnitude 6.
Este método é especialmente útil, pois a maioria dos processos bioquímicos dependem de interações reversíveis. A estequiometria e resistência destas interacções têm de ser quantitativamente caracterizada para compreender os processos biológicos, e um número de métodos existentes para este fim 7, 8. No entanto, as interacções transientes são difíceis de estudar 9.
A escolha de um método para caracterizar as interacções macromoleculares depende da sua natureza estática ou dinâmica. No primeiro caso, SEDIM entação velocidade (SV) é usada, em que a taxa de transporte radial é medida e complexos são fraccionados com base em diferenças na massa e forma flutuante.
Em contraste, as associações dinâmicas que são reversíveis na escala temporal da experiência não pode ser fisicamente separadas. Neste caso, auto ou hetero-interacções que as interacções não covalentes são em um equilíbrio que depende da concentração de proteína total. Estas interacções dinâmicas pode ser estudado por ambos equilíbrio de sedimentação (SE) e velocidade de sedimentação (SV) 10. No entanto, o primeiro método é mais simples de realizar e é descrito aqui. Em SE, a centrifugação é realizada a uma velocidade suficientemente baixa de modo a que se atingir um equilíbrio entre difusão e sedimentação. Neste ponto, o perfil de equilíbrio de um sinal óptico (UV-VIS), como uma função da distância radial, pode ser analisada utilizando modelos termodinâmicos pré-definido para associações 11.
ve_content "> No presente documento, um estudo de equilíbrio de sedimentação, é apresentado o auto-associação de uma proteína da membrana virai que forma canais de iões. Devido à sua hidrofobicidade, a experiência é executado em presença de detergentes, e no presente caso, a densidade de solvente tem de ser compensada com a do detergente. No entanto, o protocolo descrito seria idêntica no caso de uma proteína solúvel em água, excepto que sem correspondência de densidade solvente seria necessário.A proteína utilizada é codificado no vírus respiratório sincicial humano (hRSV), um pneumovirus envelopado na família paramyxoviridae que causa a doença do trato respiratório inferior em crianças, idosos e imunocomprometidos populações em todo o mundo 12. Até 64 milhões de casos notificados de infecção hRSV e 160.000 mortes ocorrem a cada ano.
O genoma hRSV transcreve 11 proteínas, incluindo as proteínas de membrana de três F, G, e pequeno hidrofóbico (SH). SH proteína está envolvidana patogênese da infecção pelo VSR. RSV sem o gene SH (RSVΔSH) era viável, causou a formação de sincícios e cresceu tão bem como o tipo selvagem (WT) vírus 13-16. No entanto, o vírus RSVΔSH replicado 10 vezes menos eficientemente do que o WT no tracto respiratório superior 15, 16. Além disso, o vírus RSVΔSH foi atenuada nos no rato vivo e modelos chimpanzé 13, 17.
A proteína é um SH (RSV subgrupo A) 64 ou 65 (RSV subgrupo B) aminoácidos de comprimento do tipo II de proteína integral da membrana que se acumula maioritariamente nas membranas do Golgi compartimento 18. SH proteína tem um único previu uma hélice transmembranar (TM) 19 de domínio que é altamente conservada 20,21. Os domínios extramembrane C- e N-terminais são orientados lumenally / extracelularmente e no citoplasma, respectivamente.
Ambos domínio TM sintético (resíduos 18-43) E SH proteína de comprimento completo foram mostrados para formar homopentamers em uma variedade de detergentes. A forma homopentameric é responsável pela atividade do canal em bicamadas lipídicas planas 22,23. A orientação correcta dos monómeros TM na bicamada lipídica foi primeiro determinada utilizando dicroismo local específico de infravermelhos 23, o qual mostrou His-22 para estar em uma luminal, perto de inter-helicoidal, a orientação. O domínio TM mesma orientação foi confirmada por estudos de RMN que reconstituídas a pentamérica um feixe helicoidal da proteína de comprimento completo em dodecylphosphocholine (DPC) 22 micelas. Neste modelo 'micela', um único domínio TM a- helicoidal foi flanqueada no terminal-N por uma a-hélice, e C-terminal por uma b-gancho de cabelo estendida. Os dois resíduos de proteína protonáveis SH, His-22 e His-51, estão localizados no domínio TM (orientada lumenally), e na extremidade do C-terminal extramembrane β hairpin (medida a partir da poro do canal), respectivamente. Em um ambie bicellarnment, no entanto, o TM α-hélice estende-se a His-51, e ambos os resíduos His são acessíveis para o lúmen do canal 24. A estrutura do canal adopta uma arquitectura em forma de funil 22, onde a região mais estreita (Ser-Cys-29 a 45) 22 está alinhada com cadeias laterais hidrofóbicas (Ile-32, Ile-36, Ile-40 e Leu-44), e Ile-36 define o ponto mais estreito no lúmen do canal. His-22 está localizado na maior abertura deste funil, enquanto que His-51 está na ponta de abertura mais pequena.
No presente documento, centrifugação analítica em equilíbrio de sedimentação de um modo foi usado para determinar se a sua protonação afecta a estabilidade do pentâmero da proteína de CS. Neste caso, SH proteína foi solubilizada em detergente de betaína-C14, que tem sido utilizado anteriormente para mostrar que as formas de proteínas pentaméricas oligómeros SH 22.
Este protocolo é baseado nos seguintes recursos, que devem ser encaminhados para mais detalhes e considerações especiais 3, 25-28.
1. Densidade de harmonização de micelas detergentes com 2 H2O
Nota: A densidade da solução tampão deve ser adaptada à densidade das micelas detergentes. Agentes de ajuste de densidade comuns incluem 2 H 2 O, 2 H 18 O, 2 H 2 O 18, glicerol e sacarose 29. H 2 O 18 tem a mesma densidade que 2 H 2 O e pode ser uma escolha melhor se deuteração de protões permutáveis na proteína não é desejado. Neste processo, a densidade de 3- -propanesulfonate (C14SB) detergente (N, N-dimethylmyristylammonio) em Tris 50 mM pH 7,3, NaCl 100 mM será combinado com 2 H 2 O. Como uma estimativa inicial as seguintes concentrações de2 H2O será utilizado: 10, 30, e 50% v / v.
1.1. Preparação de amostra
1.2. Assembleia de 6 canais AUC células e as amostras de carregamento para dentro das células.
Nota: Existem dois tipos de células AUC, dependendo do método de carregamento de amostra. As células sem preenchimento externa tem de ser carregados antes da sua selagem da célula, ao passo que as células de enchimento externo pode ser carregado depois as células são selados. Montagem de uma célula de AUC externa de enchimento foi descrito anteriormente 3. Neste protocolo, a montagem de uma célula AUC 6 canais sem abastecimento externo é descrito. A principal diferença é que tem anéis de rosca de ambos os lados que têm de ser apertadas separadamente, e ele não precisa de tampões de habitação (Fig. 1). A diferença de etapas de montagem são destacadas a seguir.
Figura 1. Vista explodida de uma célula AUC 6 canais sem abastecimento externo. Este valor foi modificado a partir do Beckman Coulter An-50 e An-Ti Ti 60 Analytical Rotor, Cells, e manual do usuário frontal.
Figura 2. Vista explodida of o conjunto janela. Este valor foi modificado a partir do Beckman Coulter An-50 e An-Ti Ti 60 Analytical Rotor, de células e, manual do usuário Counterbalance
1.3. Configurando medição interferência
Figura 3. O resultado de função HeteroAnalysis Match. A função de fósforo pode ser usado para monitorar o progresso de equilíbrio, comparando RMSD entre as varreduras sucessivas e a última verificação. Este exemplo mostra para atingir o equilíbrio depois de 8 horas, tal como indicado por valores RMSD assimptóticas ao eixo-X.
1.4. Análise de dados
2. Sedimentação equilíbrio do SH em micelas C14SB
2.1. Parâmetros de execução
2.2. Preparações de amostras
2.3. Configurando medidas de absorbância
Figura 4. Os resultados de função HeteroAnalysis Match. A primeira e segunda velocidades (topo à esquerda e à direita) parecem ter atingido o equilíbrio, mas é melhor esperar mais algumas horas para ter certeza. Em comparação, a terceira e quarta velocidades (canto inferior esquerdo e direito) têm claramente atingido o equilíbrioem um tempo menor. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2.4. A análise dos dados em SEDFIT e SEDPHAT
Nota: Para mais detalhes e considerações em leitor de análise de dados é chamado to seguinte site: www.analyticalultracentrifugation.com.
Figura 5. Um exemplo de como preencher parâmetros experimentais.
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Figura 6. Um exemplo de como preencher parâmetros globais para o modelo monômero-n-Mer Auto-Associação.
O perfil radial de distribuição C14SB micelas detergentes em Tris 50 mM, NaCl 100 mM, pH 7,3, forma um exponenciais muito raso que poderiam ser ajustados a um modelo linear (Figura 7A). O declive desta distribuição está inversamente correlacionada com a concentração de D 2 O (Figura 7B). O ponto em que o declive é zero, ou seja, o correspondente D 2 O concentração, verificou-se ser de 32,3%.
Veja a Figura 7 ab...
Este documento fornece um protocolo experimental para a preparação e análise de oligomerização de uma pequena proteína de membrana em detergente usando equilíbrio sedimentação da amostra. O protocolo descrito é igualmente válido para -e simpler- proteínas solúveis, como o passo correspondente da densidade não é necessária. Com efeito, o sistema é constituído por uma mistura de detergente e da proteína. Para realizar estudos de sedimentação, o detergente deve estar invisível para o campo gravitacion...
The authors have nothing to disclose.
This work has been funded by the National Research Foundation grant NRF-CRP4-2008-02 (J.T.) and Tier 1 grant RG 51/13.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-(N,N-dimethylmyristylammonio)propanesulfonate | Sigma | T0807 | |
Deuterium oxide 99.8% | Cambridge Isotope | DLM-4-99.8 | |
An-50 Ti Rotor, Analytical, 8-Place | Beckman Coulter | 363782 | |
An-60 Ti Rotor, Analytical, 4-Place | Beckman Coulter | 361964 | |
Cell housing | Beckman Coulter | 334784 | |
12 mm six-channel centerpiece, epon charcoal-filled | Beckman Coulter | 331376 | |
Window holder | Beckman Coulter | 305037 | |
Window gasket | Beckman Coulter | 327021 | |
Window liner | Beckman Coulter | 362329 | |
Sapphire window | Beckman Coulter | 307177 | |
Quartz window | Beckman Coulter | 301730 | |
Screw-ring washer | Beckman Coulter | 362328 | |
Screw ring | Beckman Coulter | 301922 | |
Spinkote | Beckman Coulter | 306812 | |
Torque stand assembly | Beckman Coulter | 361318 | |
Counterbalance | Beckman Coulter | 360219 | |
Cell alignment tool | Beckman Coulter | 362340 | |
SEDNTERP | http://bitcwiki.sr.unh.edu/index.php/Main_Page | ||
HeteroAnalysis | http://www.biotech.uconn.edu/auf/?i=aufftp | ||
SEDFIT | http://www.analyticalultracentrifugation .com/sedfit.htm | ||
SEDPHAT | http://www.analyticalultracentrifugation .com/sedphat/default.htm |
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