Name: improving the success rate of protein crystallization by random microseed matrix screening
Uploaded: 2013-08-31T10:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Improving the Success Rate of Protein Crystallization by Random Microseed Matrix Screening at JoVE.com

Dette arbejde blev finansieret delvist af BBSRC (BB/1006478/1). PRR er modtageren af ​​en Royal Society University Research Fellowship.

1.. Strategiske overvejelser <ol><li> Valget af frø-krystaller brugt til microseeding eksperimenter vil variere afhængigt af formålet med forsøget. I begyndelsen af ​​et projekt, er det nyttigt at finde flere krystallisering hits, der kan give alternative udgangspunkter for krystal optimering. risikohåndteringsforanstaltninger reducerer behovet for krystal optimering, fordi god kvalitet krystaller er mere tilbøjelige til at vokse i den metastabile zone fasediagrammet, dvs i det område, hvor følgen...

<ol>
	<li>Bergfors, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+Crystallization.">Protein Crystallization.</a> IUL Biotechnology Series. , (2009).</li><li>Rupp, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biomolecular Crystallography: Priciples, Practice and Application to Structural Biology. , (2010).</li><li>Babnigg, G., Joachimiak, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+protein+crystallization+propensity+from+protein+sequence.">Predicting protein crystallization propensity from protein sequence.</a> J. Struct. Funct. Genomics. 11 (1), 71-80 (2010).</li><li>Bergfors, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seeds+to+crystals.">Seeds to crystals.</a> J. Struct. Biol. 142 (1), 66-76 (2003).</li><li>Ireton, G. C., Stoddard, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microseed+matrix+screening+to+improve+crystals+of+yeast+cytosine+deaminase.">Microseed matrix screening to improve crystals of yeast cytosine deaminase.</a> Acta. Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 60, 601-605 (2004).</li><li>Zhu, D. Y., Zhu, Y. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimizing+protein+crystal+growth+through+dynamic+seeding.">Optimizing protein crystal growth through dynamic seeding.</a> Acta. Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 61 (Pt 6), 772-775 (2005).</li><li>Bergfors, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screening+and+optimization+methods+for+nonautomated+crystallization+laboratories.">Screening and optimization methods for nonautomated crystallization laboratories.</a> Methods Mol. Biol. 363, 131-151 (2007).</li><li>Xu, L., Butcher, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystallization+and+preliminary+X-ray+analysis+of+receptor-binding+protein+P2+of+bacteriophage+PRD1.">Crystallization and preliminary X-ray analysis of receptor-binding protein P2 of bacteriophage PRD1.</a> J. Struct. Biol. 131 (2), 159-1563 (2000).</li><li>Rangarajan, E. S., Izard, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+diffraction+of+full-length+human+selenomethionyl+metavinculin+crystals+by+streak-seeding.">Improving the diffraction of full-length human selenomethionyl metavinculin crystals by streak-seeding.</a> Acta. Crystallogr. Sect. F. Struct. Biol. Cryst. Commun. 66 (Pt 12), 1617-1620 (2010).</li><li>Kadirvelraj, R., Harris, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+stepwise+optimization+of+crystals+of+rhamnogalacturonan+lyase+from+Aspergillus+aculeatus.">A stepwise optimization of crystals of rhamnogalacturonan lyase from Aspergillus aculeatus.</a> Acta. Crystallogr. D. Biol . Crystallogr. 58 (Pt 8), 1346-1349 (2002).</li><li>D'Arcy, A., Villard, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+microseed+matrix-screening+method+for+protein+crystallization.">An automated microseed matrix-screening method for protein crystallization.</a> Acta. Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 63 (Pt 4), 550-554 (2007).</li><li>Shaw Stewart, P. D., Kolek, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Random+Microseeding:+A+Theoretical+and+Practical+Exploration+of+Seed+Stability+and+Seeding+Techniques+for+Successful+Protein+Crystallization.">Random Microseeding: A Theoretical and Practical Exploration of Seed Stability and Seeding Techniques for Successful Protein Crystallization.</a> Crystal Growth &amp; Design. 11 (8), 3432-3441 (2011).</li><li>Obmolova, G., Malia, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Promoting+crystallization+of+antibody-antigen+complexes+via+microseed+matrix+screening.">Promoting crystallization of antibody-antigen complexes via microseed matrix screening.</a> Acta. Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 66, 927-933 (2010).</li><li>Villasenor, A. G., Wong, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+matrix+microseeding:+improving+protein+crystal+growth+with+minimal+chemical+bias.">Acoustic matrix microseeding: improving protein crystal growth with minimal chemical bias.</a> Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 66 (Pt 5), 568-5676 (2010).</li><li>Strynadka, N. C., James, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lysozyme:+a+model+enzyme+in+protein+crystallography.">Lysozyme: a model enzyme in protein crystallography.</a> EXS. 75, 185-222 (1996).</li><li>Diaz, A., Loewen, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thirty+years+of+heme+catalases+structural+biology.">Thirty years of heme catalases structural biology.</a> Arch. Biochem. 525 (2), 102-110 (2012).</li></ol>

I dette papir har vi beskrevet en generel metode til risikohåndteringsforanstaltninger proteinkrystallisation screening. Vi har vist, at bruge to test proteiner en betydelig forbedring i krystallisering succesrate ved hjælp af denne metode. Diffraktionsanalyse hjælp synkrotronstråling af en delmængde af krystaller genereres ved hjælp af risikohåndteringsforanstaltninger og ikke-risikohåndteringsforanstaltninger metoder afslørede lidt variation i diffraktion kvalitet mellem krystaller dyrket ved hjælp af enten ...

Fra sin oprindelige ansøgning fra Perutz, Kendrew og medarbejdere i at bestemme strukturer hæmoglobin og myoglobin, til de moderne high throughput automatiserede rørledninger i den strukturelle genomforskning konsortier har makromolekylære røntgenkrystallografi gav os en hidtil uset strukturel indblik i proteinet verden . Denne teknik er stadig den mest udbredte anvendelse eksperimentel metode, der tillader den direkte visualisering af protein struktur på det atomare, eller i nærheden af atomar opløsning (dvs. i 1-3 et interval). En forudsætning for røntgendiffraktion, der skal anvendes til et protein er, at det først skal krystalliseres, og det er denne fase af processen, der forbliver den største hastighedsbegrænsende trin i strukturen bestemmelse ved diffraktionsmetoder 1, 2. Trods betydelige fremskridt i vores forståelse af processen af ​​protein krystallisering, og store forbedringer i kvaliteten og tilgængeligheden af ​​krystallisering skærme,bakker og relaterede teknologier, er det stadig umuligt at pålideligt forudsige sandsynligheden for krystallisering succes 3.. Biokemiske og biofysiske metoder kan anvendes til at vurdere, om et protein af interesse displays gunstige egenskaber for krystal nukleær og vækst, dvs er det godt foldet, homogent, monodisperse, etc., men disse indsigter på ingen måde give en endelig prædiktor for krystallisering tilbøjelighed. Seedning har længe været foregav at være en levedygtig metode til at forbedre det antal, størrelse og kvaliteten af de eksisterende krystaller eller krystallinsk materiale 4-7. Denne tilgang er baseret på den forudsætning, at en betingelse, der understøtter krystal nukleær ikke kan være optimal til efterfølgende krystalvækst og vice versa. Ved at overføre nukleerede materiale fra en tilstand til en anden, kan man forsøge at effektivt at afkoble disse processer, og dermed give adgang til nye, endnu uudforsket krystallisering plads,og som et resultat at øge den samlede succesrate for en screening eksperiment. Er blevet dokumenteret etablerede metoder for (i) macroseeding, overførsel af en enkelt krystal i sin helhed fra en tilstand til en anden 8, (ii) streak såning, overførsel af nukleerede materiale, normalt er fremkommet ved anvendelse af retningsbestemt tryk ved hjælp af for eksempel en kats knurhår til overfladen af en eksisterende krystaller, efterfulgt af efterfølgende passage af sidelinje gennem en ny krystallisation dråbe 9, og (iii) &quot;klassiske&quot; microseeding, overførsel af krystal &quot;frø&quot;, der genereres ved at høste knust krystaller (eller krystallinsk materiale), i forhold svarende til dem, der gav frø 10. Især alle tre af disse metoder er tidskrævende og dårligt skalerbar, i hvert fald i forhold til hvad der er muligt med moderne væskehåndteringssystemer krystallisering robotteknologi. Disse faktorer har bidraget, på et vist niveau i det mindste, til den opfattelse, at frøING er en metode kun skal besøges, når andre metoder har undladt at bære frugt. Tilfældig matrix microseeding (RMMS) er en nyere metodisk innovation, der kombinerer fordelene ved traditionel microseeding med de high throughput screening og skalerbarhed 11-13. Denne tilgang er baseret på frembringelsen af ​​en podekultur fremstillet af nukleeret krystallinsk materiale, som kan være alikvoteret i / på hver sub-well/coverslip inden for en standard 96-tilstand krystallisation skærmen. Denne metode anvendes til både siddende eller hængende drop dampdiffusion eksperimenter, der er etableret enten i hånden eller ved hjælp af flydende håndtering robotteknologi, i 24-brønd eller 96-brønds bakke format. risikohåndteringsforanstaltninger er påvist eksperimentelt at øge krystallisering succesrate, og producere krystaller af større diffraktion kvalitet og kvantitet 11, 13, 14, og repræsenterer et innovativt redskab i krystallografer &#39;arsenal af tilgange i ongoing indsats for krystallisering succes. Her beskriver vi en generel metode til risikohåndteringsforanstaltninger og leverer prøve data illustrerer effektiviteten af ​​denne teknik.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRC 96 well crystallization trays</td>
			<td>Molecular Dimensions Ltd</td>
			<td>MD11-00-100</td>
			<td>Non-UV compatible, for screens established by robot</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ClearView sealing sheets</td>
			<td>Molecular Dimensions Ltd</td>
			<td>MD6-01S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hen egg white lyzozyme</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L6876</td>
			<td>~95% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine liver catylase</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C9322</td>
			<td>&gt;95% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylanase</td>
			<td>Hampton Research</td>
			<td>HR7-104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thaumatin from Thaumatococcus daniellii</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T7630</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermolysin from Bacillus thermoproteolyticus rokko</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P1512</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JCSG-plus HT-96 screen</td>
			<td>Molecular Dimensions Ltd</td>
			<td>MD1-40</td>
			<td>For screens established by robot</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PACT premier HT-96 screen</td>
			<td>Molecular Dimensions Ltd</td>
			<td>MD1-36</td>
			<td>For screens established by robot</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Morpheus HT-96 screen</td>
			<td>Molecular Dimensions Ltd</td>
			<td>MD1-47</td>
			<td>For screens established by robot</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crystal Phoenix liquid handling system</td>
			<td>Art Robbins Instruments</td>
			<td>602-0001-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seed bead kit</td>
			<td>Hampton Research</td>
			<td>HR2-320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Binocular stereo microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>M165C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel blades</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S2646-100EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ErgoOne 0.1-2.5 &mu;l pipette</td>
			<td>Starlab</td>
			<td>S7100-0125</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ErgoOne 2-20 &mu;l pipette</td>
			<td>Starlab</td>
			<td>S7100-0221</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ErgoOne 100-1000 &mu;l pipette</td>
			<td>Starlab</td>
			<td>S7100-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JCSG-plus screen</td>
			<td>Molecular Dimensions Ltd</td>
			<td>MD1-37</td>
			<td>For screens established by hand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PACT premier screen</td>
			<td>Molecular Dimensions Ltd</td>
			<td>MD1-29</td>
			<td>For screens established by hand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Morpheus screen</td>
			<td>Molecular Dimensions Ltd</td>
			<td>MD1-46</td>
			<td>For screens established by hand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T5415-1EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CrystalClene coverslips 18 mm</td>
			<td>Molecular Dimensions Ltd</td>
			<td>MD4-17</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 ml glass Pasteur pipettes</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z722669</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixer</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>02-215-360</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 well XRL crystallization tray</td>
			<td>Molecular Dimensions Limited</td>
			<td>MD3-11</td>
			<td>For screens established by hand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30% (w/v) PEG 8000, 0.2 M ammonium sulfate, 0.1 M sodium cacodylate pH 6.5</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20% (w/v) PEG 8000, 0.2 M magnesium acetate, 0.1 M sodium cacodylate pH 6.5</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20% (w/v) PEG 6000, 100 mM citric acid pH 5.0</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

improving the success rate of protein crystallization by random microseed matrix screening

Tilfældig microseed matrix screening (RMMS) er et protein krystallisering teknik, hvor podekrystallerne føjes til tilfældige skærme. Ved at øge sandsynligheden for, at krystallerne vil vokse i den metastabile zone af et protein fase diagram, er ekstra krystallisering fører ofte opnået, kvaliteten af ​​krystaller producerede kan øges, og et godt udbud af krystaller til indsamling og udblødning af data eksperimenter er forudsat. Her beskriver vi en generel metode til risikohåndteringsforanstaltninger, der kan anvendes til enten sidder dråbe eller hængende dråbe dampdiffusion eksperimenter, der er etableret enten i hånden eller ved hjælp af flydende håndtering robotteknologi, i 96-brønd eller 24-brønds bakke format.

(A) Eksempel på en risikohåndteringsforanstaltninger eksperiment For at demonstrere effektiviteten af ​​risikohåndteringsforanstaltninger screening vi anvendt denne metode til krystallisering af hønseæggehvidelysozym (HEWL) og bovin leverkatalase (BLC). Begge disse enzymer er eminent krystalliserbar og strukturelt godt karakteriseret mål 15, 16. Som sådan både giver gode testpersoner med til at illustrere den forbedrede krystallisering succesrate opnås med risikohåndter...

Watch this Scientific Journal Video about Improving the Success Rate of Protein Crystallization by Random Microseed Matrix Screening at JoVE.com

Improving the Success Rate of Protein Crystallization by Random Microseed Matrix Screening

Her beskriver vi en generel metode til tilfældig microseed matrix screening. Denne teknik er vist signifikant at øge succesraten af ​​protein krystallisering screening eksperimenter, reducere behovet for optimering, og giver en pålidelig forsyning af krystaller til dataindsamling og ligand-iblødsætning eksperimenter.

Forbedring succesraten for proteinkrystallisation af Random Microseed Matrix Screening

Random microseed matrix screening  (rMMS) is a protein crystallization technique in which seed crystals are added  to random screens. By increasing the ...

Research

JoVE Journal

Biology

Using the GELFREE 8100 Fractionation System for Molecular Weight-Based Fractionation with Liquid Phase Recovery

The GELFREE 8100 Fractionation System is a novel protein fractionation system designed to maximize protein recovery during molecular weight based ...

Assessing Two-dimensional Crystallization Trials of Small Membrane Proteins for Structural Biology Studies by Electron Crystallography

Electron crystallography has evolved as a method that can be used either alternatively or in combination with three-dimensional crystallization and X-ray ...

Protein Crystallization for X-ray Crystallography

Using the three-dimensional structure of biological macromolecules to infer how they function is one of the most important fields of modern biology. The ...

Detection of Functional Matrix Metalloproteinases by Zymography

Matrix metalloproteinases (MMPs) are zinc-containing endopeptidases. They degrade proteins by cleavage of peptide bonds. More than twenty MMPs have been ...

Crystallization of Membrane Proteins in Lipidic Mesophases

Membrane proteins perform critical functions in living cells related to signal transduction, transport and energy transformations, and, as such, are ...

High-throughput Crystallization of Membrane Proteins Using the Lipidic Bicelle Method

High-throughput krystallisering af membranproteiner Brug af Lipidic Bicelle Metode

Membrane proteins (MPs) play a critical role in many physiological processes such as pumping specific molecules across the otherwise impermeable membrane ...

Preparation of the Mgm101 Recombination Protein by MBP-based Tagging Strategy

Forberedelse af Mgm101 Recombination Protein af MBP-baserede tagging strategi

The MGM101 gene was identified 20 years ago for its role in the maintenance of mitochondrial DNA. Studies from several groups have suggested that the ...

siRNA Screening to Identify Ubiquitin and Ubiquitin-like System Regulators of Biological Pathways in Cultured Mammalian Cells

siRNA Screening at identificere Ubiquitin og ubiquitinlignende System Regulators Biologisk Pathways i dyrkede pattedyrceller

Post-translational modification of proteins with ubiquitin and ubiquitin-like molecules (UBLs) is emerging as a dynamic cellular signaling network that ...

Genome-wide Protein-protein Interaction Screening by Protein-fragment Complementation Assay (PCA) in Living Cells

Genome-wide Protein-protein Interaction Screening by Protein-fragment Complementation Assay PCA in Living Cells

Genom-dækkende protein-protein-interaktion Screening af protein-fragmentet Komplementering Assay (PCA) i levende celler

Proteins are the building blocks, effectors and signal mediators of cellular processes. A protein&#8217;s function, regulation and localization often ...

Green Fluorescent Protein-based Expression Screening of Membrane Proteins in Escherichia coli

Green Fluorescent Protein-based Expression Screening of Membrane Proteins in Escherichia coli

Grønt fluorescerende protein-baserede Expression Screening membranproteiner i<em&gt; Escherichia coli</em

The production of recombinant membrane proteins for structural and functional studies remains technically challenging due to low levels of expression and ...