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Method Article
Aqui, apresentamos um protocolo para estudar interações DNA-proteína por microscopia de fluorescência de reflexão interna total (TIRFM) usando um substrato de DNA modificado site-specifically λ e um ponto quântico rotulado de proteína.
A microscopia de fluorescência fez grandes contribuições em dissecando os mecanismos de complexos processos biológicos a nível da molécula. Em ensaios de molécula para o estudo das interações da proteína-ADN, existem dois fatores importantes para a consideração: o substrato de DNA, com comprimento suficiente para observação fácil e marcando uma proteína com uma sonda fluorescente apropriada. DNA de λ 48,5 kb é um bom candidato para o substrato de DNA. Pontos quânticos (Qdots), como uma classe de sondas fluorescentes, permitem a observação de longa data (minutos a horas) e aquisição de imagens de alta qualidade. Neste trabalho, apresentamos um protocolo para estudar interações DNA-proteína no nível único-molécula, que inclui preparar um site-specifically modificado λ DNA e marcando uma proteína alvo com streptavidin-revestido Qdots. Para uma prova de conceito, podemos escolher ORC (complexo de reconhecimento de origem) em leveduras brotamento como uma proteína de interesse e visualizar sua interação com um ARS (sequência de replicação autônoma) usando TIRFM. Comparado com outras sondas fluorescentes, Qdots tem vantagens óbvias em estudos única molécula devido a sua alta estabilidade contra fotobranqueamento, mas note que esta propriedade limita sua aplicação em ensaios quantitativos.
Interações entre proteínas e DNA são essenciais para muitos processos biológicos complexos, tais como a replicação do DNA, reparo do DNA e transcrição. Apesar de abordagens convencionais têm lançar luz sobre as propriedades destes processos, muitos mecanismos chaves são ainda pouco claras. Recentemente, com as técnicas de molécula em rápido desenvolvimento, alguns dos mecanismos foram abordados1,2,3.
A aplicação da microscopia de fluorescência de único-molécula na visualização de interações proteína-ADN em tempo real principalmente depende do desenvolvimento de detecção de fluorescência e sondas fluorescentes. Para um estudo da molécula, é importante a rotular a proteína de interesse com uma sonda fluorescente adequada desde sistemas de deteção de fluorescência são na sua maioria disponíveis comercialmente.
Proteínas fluorescentes são usadas em biologia molecular. No entanto, o baixo brilho fluorescente e estabilidade contra fotobranqueamento restringem sua aplicação em muitos ensaios única molécula. Pontos quânticos (Qdots) são pequenos emissores de luz de nanopartículas4. Devido a suas propriedades ópticas originais, Qdots são 10 - 20 vezes mais brilhantes e vários milhares de vezes mais estável do que o utilizado orgânicos corantes5. Além disso, Qdots têm uma grande Stokes turno (a diferença entre a posição dos picos de excitação e emissão)5. Assim, Qdots pode ser usado para a observação de longa data (minutos a horas) e aquisição de imagens com alta relação sinal-ruído, enquanto eles não podem ser utilizados em ensaios quantitativos.
Até à data, existem duas abordagens para rotular uma proteína do alvo com Qdots site-specifically: rotulagem, com o auxílio de anticorpos primários ou secundários conjugados a Qdot6,7,8; ou rotulagem a proteína do alvo com Qdots diretamente, que se baseia a interação forte entre biotina e streptavidin9,10,11,12,13. Streptavidin-revestido Qdots estão disponíveis comercialmente. Em nosso estudo recente, site-specifically biotinilado proteínas em gemulação de leveduras com alta eficiência foram purificadas pelo co-superexpressão de BirA e proteínas Avi-etiquetadas em vivo10. Seguinte e otimizando o único-molécula ensaios14,15,16,17, observamos as interações entre proteínas Qdot-labeled e DNA em nível usando a única molécula TIRFM10.
Aqui, nós escolhemos o brotamento fermento origem reconhecimento complexo (ORC), que especificamente pode reconhecer e ligar-se à sequência de replicação autônoma (ARS), como nossa proteína de interesse. O protocolo seguinte apresenta um procedimento passo a passo de visualizar a interação de ORC Qdot-etiquetadas com ARS usando TIRFM. A preparação do substrato DNA site-specifically modificado, biotinylation o DNA, a lamela limpeza e functionalization, a montagem da pilha de fluxo e a imagem do único-molécula são descritos.
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1. preparação do substrato de DNA λ-ARS317
2. λ-ARS317 DNA Biotinylation
3. lamela limpeza e Functionalization
4. fluxo celular Assembly
5. molécula visualização
6. análise de dados
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Para visualizar a interação entre ORC Qdot-rotulados e o ARS, construímos primeiro o substrato de DNA λ-ARS317. Um fragmento de DNA contendo ARS317 foi integrado em Xhoeu site (33,5 kb) de DNA nativo λ por recombinação homóloga (figura 1A). O produto de recombinação foi empacotado usando extratos e as partículas do fago embalados foram cultivadas em placas LB (figura 1B). A placa positiva do fago foi projectad...
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Aqui, apresentamos um protocolo para observar a interação entre a Qdot-etiquetou a proteína e o DNA de λ site-specifically modificada usando o TIRFM em uma célula de fluxo. Os passos necessários incluem modificação site-specific do substrato DNA, DNA biotinylation, lamela limpeza e functionalization, preparação de fluxo-célula e único-molécula imagem. Existem dois pontos-chave que devem ser observados. Primeiro, todas as etapas envolvidas com DNA λ devem ser manipuladas com cuidado para diminuir qualquer po...
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Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecemos o Dr. Hasan Yardimci e Dr.Sevim Yardimci do Instituto Francis Crick de tipo ajudar nas experiências de único-molécula, Dr. Daniel Duzdevich do laboratório do Dr. Eric C. Greene, da Universidade de Columbia, Dr. Yujie Sun da Universidade de Pequim e Dr. Chunlai Chen de Universidade de Tsinghua para discussão útil. Este estudo foi suportado por Nacional Natural Science Foundation da China 31371264, 31401059, equipe de inovação interdisciplinar CAS e o Fellowship Newton avançado (NA140085) da Royal Society.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Lambda DNA | New England Biolabs | N3011 | Store 25 μL aliquots at -20 ºC. |
XhoI enzyme | Thermo Fisher Scientific | FD0694 | |
Quick-fusion cloning kit | Biotool | B22611 | |
MaxPlax Lambda Packaging Extracts | Epicentre | MP5110 | Bacterial strain LE392MP is included in this package. |
MgSO4 | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10013092 | Any brand is acceptable. |
Tris | Amresco | 0497-5KG | |
NaCl | Beijing Chemical works | N/A | Any brand is acceptable. |
MgCl2 | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10012818 | |
Chloroform | Beijing Chemical works | N/A | Any brand is acceptable. |
NZ-amine | Amresco | J853-250G | |
Casamino acids | Sigma-Aldrich | 22090-500G | |
PEG8000 | Beyotime | ST483 | |
Magnetic stirring apparatus | IKA | KMO2 basic | |
15 mL Eppendorf tube | Eppendorf | 30122151 | 15 mL, sterile, bulk, 500pcs |
Rnase | SIGMA | R4875-100MG | |
Dnase | SIGMA | D5319-500UG | |
Proteinase K | Amresco | 0706-100MG | |
Biotinylated primers | Thermo Fisher Scientific | N/A | |
T4 DNA ligase, T4 DNA Ligase, Reaction Buffer (10x) | New England Biolabs | M0202 | |
Coverslip | Thermo Fisher Scientific | 22266882 | |
Ethanol | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10009259 | |
Potassium hydroxide (KOH) | Sigma-Aldrich | 306568-100G | |
Acetone | Thermo Fisher Scientific | A949-4 | |
H2SO4 | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 80120891 | sulfuric acid |
H2O2 | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10011218 | 30% Hydrogen peroxide |
Methanol | Sigma-Aldrich | 322415-2L | |
Acetic acid | Sigma-Aldrich | V900798 | |
APTES | Sigma-Aldrich | A3648 | |
mPEG (methoxy-polyethylene glycol) | Lysan | mPEG-SVA-5000 | |
biotin-PEG (biotin-polyethylene glycol) | Lysan | Biotin-PEG-SVA-5000 | |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | 31437-500G | |
Vacuum desiccator | Tianjin Branch Billion Lung Experimental Equipment Co., Ltd. | IPC250-1 | |
Vacuum sealer | MAGIC SEAL | WP300 | |
Diamond-tipped glass scribe | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 70036 | |
Glass slide | Sail Brand | 7101 | |
Inlet tubing | SCI (Scientific Commodties INC.) | BB31695-PE/2 | inner diameter 0.38 mm; outer diameter 1.09 mm. |
Outlet tubing | SCI (Scientific Commodties INC.) | BB31695-PE/4 | inner diameter 0.76 mm; outer diameter 1.22 mm. |
Double-sided tape | Sigma-Aldrich | GBL620001-1EA | |
Epoxy | LEAFTOP | 9005 | five minutes epoxy |
Streptavidin | Sigma-Aldrich | S4762 | |
Fluorescence Microscope | Olympus | IX71 | |
Infusion/withdrawal programmable pump | Harvard apparatus | 70-4504 | |
532 nm laser | Coherent | Sapphire-532-50 | |
640 nm laser | Coherent | OBIS-640-100 | |
EMCCD Camera | Andor | DU-897E-CS0-BV | |
W-View Gemini Imaging splitting optics | Hamamatsu photonics K.K. | A12801-01 | |
TIRF illumination system | Olympus | IX2-RFAEVA2 | |
60×TIRF objective | Olympus | APON60XOTIRF | |
Quad-edge laser dichroic beamsplitter | Semrock | Di01-R405/488/ 532/635-25x36 | |
Quad-band bandpass filter | Semrock | FF01-446/510/ 581/703-25 | |
Dichroic beamsplitter | Semrock | FF649-Di01-25x36 | |
Emission filter | Chroma Technology Corp | ET585/65m | |
Emission filter | Chroma Technology Corp | ET665lp | |
FocalCheck fluorescence, microscope test slide #1 | Thermo Fisher Scientific | F36909 | |
SYTOX Orange | Thermo Fisher Scientific | S11368 | |
Qdot705 Streptavidin Conjugate | Thermo Fisher Scientific | Q10163MP | Store at 4 ºC, do not freeze. |
ATP | Amresco | 0220-25G | Prepare 200 mM ATP solution, using ddH2O, adjust pH to 7.0, and store 10 μL aliquots at -20 ºC. |
DTT | Amresco | M109-5G | Prepare 1 M solution using ddH2O, and store 10 μl aliquots at -20 ºC. |
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