Name: cd spectroscopy to study dna-protein interactions
Uploaded: 2022-02-10T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about CD Spectroscopy to Study DNA-Protein Interactions at JoVE.com

ويود المؤلفون أن يشكروا مرفق بحوث الأجهزة المتقدمة، JNU، على مقياس الطيف المضغوط. وقد تم دعم V.J. و A.D. من قبل زمالة من CSIR.

1. تركيز العمل من مكونات التفاعل
<ol><li>إعداد تركيزات العمل من المخازن المؤقتة لمؤتمر نزع السلاح وغيرها من مكونات رد الفعل حديثا (انظر الجدول 1) والاحتفاظ بها في 4 درجة مئوية قبل إعداد ردود الفعل. ملاحظة: بالنسبة لتفاعلات CD الموضحة في هذه الورقة، فإن تركيزات عمل المكونات ه?...

الغرض من هذه المقالة هو إدخال تقنية التحليل الطيفي لمؤتمر نزع السلاح كنهج لدراسة التغيرات التشكيلية التي تحدث في الحمض النووي في وجود بروتينات إعادة عرض الكروماتين المعتمدة على ATP وربط هذه التغييرات التشكيلية بالتعبير الجيني. يوفر التحليل الطيفي للأقراص المضغوطة طريقة سريعة وسهلة الوصو...

الديسكروزم الدائري (CD) هو تقنية طيفية تعتمد على التشهر المتأصل في الجزيئات الكلية البيولوجية التي تؤدي إلى امتصاص تفاضلي للضوء المستقطب بشكل دائري باليد اليمنى والأعسر. ويعرف هذا الامتصاص التفاضلي باسم الإملاء الدائري. ولذلك، يمكن استخدام هذه التقنية لتحديد تشكيل الجزيئات البيولوجية، مثل البروتينات والحمض النووي، وكلاهما يحتوي على مراكز chiral1،2.
الموجات الكهرومغناطيسية تحتوي على كل من المكونات الكهربائية والمغناطيسية. ويتذبذب المجالان الكهربائي والمغناطيسي عموديا على اتجاه انتشار الموجات. في حالة الضوء غير القطبي ، تتأرجح هذه الحقول في اتجاهات عديدة. عندما يكون الضوء مستقطبا بشكل دائري ، يتم الحصول على حقلين كهرومغناطيسيين عند اختلاف المرحلة 90 درجة مع بعضهما البعض. تظهر جزيئات Chiral دوران بصري دائري (ثنائية الدوران) بحيث تمتص الضوء المستقطب دائريا الأيمن والضوء المستقطب دائريا الأيسر إلى مدى مختلف3. سيتم تتبع الحقل الكهربائي الناتج كقطع ناقص ، وهو دالة الطول الموجي. وبالتالي، يتم تسجيل طيف القرص المضغوط على أنه بيضاوي الشكل (q)، ويتم تقديم البيانات على أنها متوسط بقايا القطع الناقص كدالة للطول الموجي.
في حالة البروتينات ، فإن Cα من الأحماض الأمينية (باستثناء الجليسين) هو chiral ، ويتم استغلال هذا عن طريق التحليل الطيفي للقرص المضغوط لتحديد الهيكل الثانوي لهذا الجزيئات الكبيرة4. عادة ما يتم تسجيل أطياف CD من جزيئات البروتين في نطاق الأشعة فوق البنفسجية البعيدة. α-البروتينات هيليكال لها اثنين من العصابات السلبية في 222 نانومتر و 208 نانومتر وذروة إيجابية واحدة في 193 nm4. تظهر البروتينات ذات البنية الثانوية المضادة لالتوازي β ورقة ذروة سلبية عند 218 نانومتر وذروة إيجابية عند 195 نانومتر4. البروتينات مع هياكل مضطربة تظهر بيضاوية منخفضة بالقرب من 210 نانومتر وذروة سلبية في 195 nm4. وهكذا، فإن الذروة/النطاقات المحددة جيدا لمختلف الهياكل الثانوية تجعل من CD أداة مريحة لتوضيح التغيرات التركيبية التي تحدث في الهيكل الثانوي للبروتينات أثناء التشبع وكذلك الربط الرابط.
الأحماض النووية لديها ثلاثة مصادر من chirality: جزيء السكر، وهتك الهيكل الثانوي، وترتيب الثالثية طويلة المدى من الحمض النووي في البيئة5،6. عادة ما يتم تسجيل أطياف CD من الأحماض النووية في نطاق 190 إلى 300 نانومتر5،6. كل تشكيل الحمض النووي، تماما مثل البروتينات، ويعطي طيف مميز، على الرغم من أن القمم / النطاقات يمكن أن تختلف من قبل بعض الدرجات بسبب ظروف المذيبات والاختلافات في تسلسل الحمض النووي7. يتميز B-DNA ، الشكل الأكثر شيوعا ، بذروة إيجابية حول 260-280 نانومتر وذروة سلبية حول 245 nm6. قمم / عصابات من الحمض النووي B-شكل صغيرة عموما لأن أزواج قاعدة عمودي على الحلزون المزدوج، مما يمنح chirality ضعيفة للجزيء. يعطي A-DNA ذروة إيجابية مهيمنة عند 260 نانومتر وذروة سلبية حول 210 nm6. Z-DNA، الحلزون أعسر، يعطي الفرقة السلبية في 290 نانومتر وذروة إيجابية حول 260 nm6. هذا الحمض النووي يعطي أيضا ذروة سلبية للغاية في 205 nm6.
بالإضافة إلى هذه التشكيلات، يمكن أن يشكل الحمض النووي أيضا ثلاثية ورباعية دبابيس شعر، وكلها يمكن تمييزها بالمنظار المضغوط. تعطي رباعية G-quadruplex المتوازية نطاقا إيجابيا مهيمنا عند 260 نانومترا ، في حين أن G-quadruplex المضاد للموازي يعطي نطاقا سلبيا عند 260 نانومترا وذروة إيجابية عند 290 نانومترا ، مما يجعل من السهل التمييز بين شكلي الهياكل الرباعية6. الثلاثيات لا تعطي الطيف المميز8. على سبيل المثال، تظهر أطياف الحمض النووي الذي يبلغ طوله 36 نيوكليوتيد مع إمكانية تشكيل حلزون ثلاثي داخل الجزيئي يحتوي على أزواج قاعدة G.G.C و T.A.T في وجود Na+ نطاقا سلبيا قويا عند 240 نانومترا وذروة إيجابية واسعة. تظهر الذروة الإيجابية الواسعة المساهمات عند 266 و273 و286 نانومتر. نفس oligonucleotide في وجود نا + و Zn + يظهر أربعة نطاقات سلبية (213، 238، 266، و 282 نانومتر) وذروة إيجابية في 258 نانومتر. وبالتالي، يمكن أن تختلف أطياف الحمض النووي الثلاثي وفقا لظروف الملح8.
وبالإضافة إلى هذه التشكيلات، مكنت أطياف الأقراص المضغوطة من تحديد شكل آخر من الحمض النووي يسمى X-DNA. يتكون الحمض النووي X عندما يحتوي تسلسل الحمض النووي على بقايا أدينين والثيمين البديلة. تحتوي أطياف القرص المضغوط للحمض النووي X على ذروتين سالبتين عند 250 و 280 نانومتر. معلومات قليلة جدا متاحة حول X-DNA, على الرغم من أنه قد تم التكهن لتعمل بمثابة بالوعة لsupercoiling6,9 إيجابية. التغيرات في أطياف CD يمكن أن تكشف أيضا تفاصيل عن التفاعلات بين البروتين ليغاند، وبالتالي، قد أضيفت إلى ترسانة من الطرق الجزيئية للكشف عن التفاعلات بين المخدرات والبروتين10،11،12،13،14. كما تم استخدام أطياف الأقراص المضغوطة لرصد التغيرات في البنية الثانوية للبروتينات أثناء عملية الطي15. وبالمثل، يمكن أيضا استخدام أطياف القرص المضغوط للتحقيق في تفاعلات ligand-DNA16,17.
وبالتالي، فإن التحليل الطيفي للأقراص المضغوطة هو طريقة سهلة وغير مكلفة للتمييز بين الأشكال المختلفة لتطابق الحمض النووي، شريطة أن يكون هناك إمكانية الوصول إلى معدات وبرامج غير مكلفة. الأسلوب حساس للغاية وسريع. فهو يتطلب فقط كمية صغيرة من الحمض النووي، مما يعطيها ميزة على التقنية البديلة للرنين المغناطيسي النووي (NMR) الطيفي. المعايرة مع الليجاند والركائز هي أيضا سهلة الأداء. القيد الرئيسي هو أن الحمض النووي يجب أن يكون نقيا للغاية. فمن المستحسن استخدام البولي أكريلاميد هلام الكهربائي (الصفحة) تنقية الحمض النووي.
وقد استخدمت المعلومات التي تم الحصول عليها من أطياف CD بشكل رئيسي لاستقراء السمات الهيكلية للبروتين وتحديد مطابقي الحمض النووي المتميزين. في هذه الدراسة، تم استخدام أطياف CD لدمج النتائج التي تم الحصول عليها من تجربة في الجسم الحي كروماتين المناعي (ChIP) لتحديد ما إذا كان البروتين من الفائدة / عامل النسخ المتوقع يمكن أن يحدث تغييرا تشكيليا في المنطقة المروجة لجيناتها التأثيرية. يساعد هذا التعاون في تقدم التقنيات الطيفية التقليدية لمؤتمر نزع السلاح من خلال التنبؤ بآلية تنظيم النسخ من خلال عامل النسخ المتوقع في موقع بدء النسخ وحوله (TSS) للمروج.
Chromatin إعادة عرض هو آلية محددة جيدا معروفة لتنظيم عمليات التمثيل الغذائي الحمض النووي من خلال جعل الكروماتين معبأة بإحكام في متناول مختلف العوامل التنظيمية مثل عوامل النسخ، ومكونات تكرار الحمض النووي، أو البروتينات إصلاح الضرر. إعادة تشكيل الكروماتين المعتمدة على ATP ، والمعروفة أيضا باسم عائلة SWI / SNF من البروتينات ، هي بروتينات إعادة تشكيل رئيسية موجودة في الخلايا eukaryotic18،19. وقد صنفت التجمع النباتي عائلة SWI / SNF من البروتينات إلى 6 مجموعات فرعية20: Snf2 مثل، Swr1 مثل، SSO1653 مثل، راد54 مثل، Rad5/16 مثل، وبعيدة. SMARCAL1، البروتين من الفائدة في هذه الدراسة، ينتمي إلى المجموعة الفرعية البعيدة20. وقد استخدم هذا البروتين للتحقيق في طريقة التنظيم النسخي باستخدام التحليل الطيفي للقرص المضغوط.
وقد ثبت أن معظم أعضاء البروتينات إعادة عرض الكروماتين تعتمد ATP إما لإعادة وضع أو طرد النيوكليوسومات أو التوسط تبادل البديل الهستون بطريقة تعتمد على ATP21,22. ومع ذلك، لم يثبت أن بعض أفراد هذه الأسرة يعيدون تشكيل النيوكليوسومات، مثل SMARCAL1. على الرغم من أن الدراسات قد أظهرت أن SMARCAL1 يرتبط مع كروموسومات البوليتين، الأدلة التجريبية بشأن قدرتها على إعادة تشكيل النوى تفتقر23. لذلك ، كان من المسلم به أن SMARCAL1 قد تنظم النسخ عن طريق تغيير تشكيل DNA24. وقد وفر التحليل الطيفي للأقراص المضغوطة طريقة سهلة وسهلة المنال للتحقق من صحة هذه الفرضية.
SMARCAL1 هو بروتين إعادة عرض الكروماتين المعتمد على ATP الذي يعمل في المقام الأول كهيلية طية25,26,27. وقد افترض لتعديل النسخ عن طريق إعادة عرض تشكيل الحمض النووي24. لاختبار هذه الفرضية ، تمت دراسة دور SMARCAL1 في تنظيم نسخ الجينات أثناء تلف الحمض النووي الناجم عن الدوكسوروبيسين. في هذه الدراسات، تم استخدام SMARCAL1 لتحليل الجسم الحي وADAAD للمقاسات في المختبر28،29. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن ADAAD يمكن التعرف على الحمض النووي بطريقة تعتمد على الهيكل ولكن تسلسل مستقل30،31. يرتبط البروتين على النحو الأمثل بجزيئات الحمض النووي التي تمتلك حبلا مزدوجا إلى مناطق انتقالية ذات حبل واحد ، على غرار الحمض النووي الحلقي الجذعي ، ويتحلل ATP 30,31.
في تجارب الجسم الحي أظهرت أن SMARCAL1 ينظم التعبير عن MYC، DROSHA، DGCR8، و DICER عن طريق ربط المناطق المروج28،29. تم تحديد منطقة التفاعل من خلال تجارب ChIP28,29. يتم استخدام تقنية ChIP لتحليل تفاعل البروتين مع الحمض النووي cognate داخل الخلية. وهدفها هو تحديد ما إذا كانت بروتينات محددة، مثل عوامل النسخ على المروجين أو مواقع ربط الحمض النووي الأخرى، مرتبطة بمجالات جينومية محددة. البروتين المرتبط بالحمض النووي هو أول مرتبط عبر باستخدام الفورمالديهايد. ويتبع ذلك عزل الكروماتين. يتم قص الكروماتين المعزول إلى شظايا 500 bp إما عن طريق سونيكيشن أو هضم النيوكليز ، ويتم إهلاك البروتين المرتبط بالحمض النووي باستخدام أجسام مضادة خاصة بالبروتين. يتم عكس الربط المتبادل ، ويتم تحليل الحمض النووي باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) أو PCR الكمي في الوقت الفعلي.
أدت نتائج ChIP إلى فرضية أن SMARCAL1 ربما يتوسط تنظيم النسخ من خلال إحداث تغيير تشكيلي في المناطق المروجة لهذه الجينات. واستخدمت برامجيات خرائط QGRS و Mfold لتحديد إمكانات هذه المناطق المروجة لتشكيل هياكل ثانوية28,29. يستخدم مخطط QGRS للتنبؤ ب G-quadruplexes32، بينما يحلل Mfold33 قدرة التسلسل على تشكيل هياكل ثانوية مثل الحلقات الجذعية.
بعد تحليل البنية الثانوية ، تم إجراء المزيد من التجارب في المختبر مع 6X 6X النشطة الموسومة الحمض النووي النشط تعتمد على ATPase A Domain (ADAAD) ، وهو متجانس البقري من SMARCAL1 ، منقى من Escherichia coli34. وأجريت اختبارات ATPase باستخدام ADAAD لإثبات أن تسلسل الحمض النووي المحدد يمكن أن يكون بمثابة التأثيرات28,29. وأخيرا، تم إجراء التحليل الطيفي للأقراص المضغوطة لرصد التغيرات التوافقية الناجمة في جزيء الحمض النووي من قبل ADAAD28,29.
لإثبات أن نشاط ATPase من البروتين كان أساسيا لإحداث تغيير تشكيلي في جزيء الحمض النووي، إما حمض الإيثيلينديامين رباعي الأسيتيك (EDTA) تمت إضافته إلى تشيلات Mg +2 أو نشط معتمد على الحمض النووي ATPase A مجال المانع Neomycin (ADAADiN)، مثبط محدد للبروتين SWI / SNF، أضيفت 35،36 . يمكن استخدام هذه التقنية الطيفية CD مع أي بروتين منقى تم إثباته من قبل ChIP أو أي مأساء أخرى ذات صلة لربط منطقة الجينوم المتوقعة للمروج.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Mercaptoethanol</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>O3446I-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adenosine 5&#8242;-triphosphate disodium salt hydrate</td>
			<td>Sigmaaldrich</td>
			<td>A2383</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CD Quartz Cuvette</td>
			<td>STARNA</td>
			<td>21-Q-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chirascan V100 CD spectrometer</td>
			<td>Applied Photophysics</td>
			<td>Not available</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA Disodium Salt Dihydrate</td>
			<td>SRL</td>
			<td>43272</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutathione Sepharose 4B</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>17-0756-01</td>
			<td>Glutathione affinity chromatography</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hellmanex III cleaning solution</td>
			<td>Hellma</td>
			<td>9-307-011-4-507</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Lactic Dehydrogenase</td>
			<td>Sigmaaldrich</td>
			<td>&#160;L2625</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Acetate Tetrahydrate</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>BP215-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Chloride Hexahydrate</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>M33-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NADH disodium salt</td>
			<td>Sigmaaldrich</td>
			<td>10107735001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphoenolpyruvate Monocyclohexylammonium Salt</td>
			<td>SRL</td>
			<td>40083</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Acetate</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>P178-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyruvate Kinase</td>
			<td>Sigmaaldrich</td>
			<td>P1506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Phosphate Dibasic Anhydrous</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>S374-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Phosphate Monobasic Monohydrate</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>S369-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synergy HT microplate reader</td>
			<td>BioTek</td>
			<td>Not available</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris Base</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>BP152-500</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cd spectroscopy to study dna-protein interactions

التحليل الطيفي الدائري (CD) هو طريقة بسيطة ومريحة للتحقيق في البنية الثانوية وتفاعلات الجزيئات الحيوية. وقد مكنت التطورات الأخيرة في التحليل الطيفي لمؤتمر نزع السلاح من دراسة التفاعلات بين الحمض النووي والبروتين والديناميات التوافقية للحمض النووي في مختلف البيئات الدقيقة بالتفصيل من أجل فهم أفضل للتنظيم النسخي في الجسم الحي. المنطقة المحيطة بمنطقة النسخ المحتملة يجب أن تكون غير مجروحة لتحدث النسخ. هذه عملية معقدة تتطلب تنسيق تعديلات الهستون ، وربط عامل النسخ بالحمض النووي ، وأنشطة إعادة عرض الكروماتين الأخرى. باستخدام التحليل الطيفي للقرص المضغوط ، من الممكن دراسة التغيرات التشكيلية في منطقة المروج الناجمة عن البروتينات التنظيمية ، مثل إعادة تشكيل الكروماتين المعتمدة على ATP ، لتعزيز النسخ. ويمكن أيضا رصد التغيرات تشكيلية التي تحدث في البروتين. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن معالجة الاستفسارات المتعلقة بتقارب البروتين مع الحمض النووي المستهدف وخصوصية التسلسل من خلال دمج الطفرات في الحمض النووي المستهدف. باختصار، يمكن للفهم الفريد لهذه الطريقة الحساسة وغير المكلفة التنبؤ بالتغيرات في ديناميكيات الكروماتين، وبالتالي تحسين فهم التنظيم النسخي.

ADAAD يستقر حلقة الجذعية مثل هيكل على المروج MYC أظهرت الأدلة التجريبية السابقة أن SMARCAL1 هو منظم سلبي ل MYC29. وأظهر تحليل لمنطقة المروج الطويلة البالغ طولها 159 نقطة أساس لجين MYC من قبل مخطط QGRS أن الخيط الأمامي لديه القدرة على تشكيل رباعي G (<...

Watch this Scientific Journal Video about CD Spectroscopy to Study DNA-Protein Interactions at JoVE.com

CD Spectroscopy to Study DNA-Protein Interactions

يوصف تفاعل مضمار الكروماتين المعتمد على ATP مع ليغند الحمض النووي باستخدام التحليل الطيفي للقرص المضغوط. يمكن استخدام التغييرات التنظيمية المستحثة على مروج الجينات التي تم تحليلها بواسطة القمم المتولدة لفهم آلية التنظيم النسخي.

التحليل الطيفي للقرص المضغوط لدراسة التفاعلات بين الحمض النووي والبروتين

Circular dichroism (CD) spectroscopy is a simple and convenient method to investigate the secondary structure and interactions of biomolecules. Recent ...

يسمح لنا البروتوكول بتصور التغييرات في إعادة الهيكلة الثانية للحمض النووي الناجم عن بروتينات الكروماتين المعتمدة على ATP. يمكن ربط التغيير في بنية الحمض النووي بتنظيم النسخ. هذه تقنية سهلة وحساسة للغاية تستخدم كمية صغيرة جدا من الحمض النووي النقي لتسجيل التغيرات الهيكلية في أوليغونوكليوتيد.يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة في تنظيم النسخ بوساطة الكروماتين المعتمد على ATP إعادة عرض البروتينات. للبدء، وإعداد تركيزات العمل من المخازن المؤقتة وغيرها من مكونات التفاعل الطازجة والاحتفاظ بها في أربع درجات مئوية قبل إعداد ردود الفعل، ثم قياس نشاط ATPase من البروتين في وجود جزيئات الحمض النووي المختلفة باستخدام NADH مقرونة فحص الأكسدة. مزيج 0.1 ملليمولار ADAAD، اثنين من ATP ملليمولار، 10 نانومولار الحمض النووي، و1X REG العازلة في لوحة 96 جيدا إلى حجم النهائي من 250 ميكرولتر.بعد ذلك ، احتضن التفاعل لمدة 30 دقيقة في حاضنة 37 درجة مئوية ، ثم قم بقياس كمية NAD + باستخدام البرنامج المقدم مع قارئ اللوحة الدقيقة. لقياس الامتصاص عند 340 نانومتر، انقر على المقايسة NADH وضع لوحة 96 جيدا على حامل لوحة في الصك، ثم انقر على زر لوحة القراءة لتسجيل الامتصاص. جمع أطياف القرص المضغوط في cuvettes كوارتز عالية الشفافية.استخدام إما مستطيلة أو أسطوانية cuvettes. لتنظيف cuvettes، وغسلها بالماء عدة مرات، ثم أخذ مسح للمياه أو العازلة في cuvette للتحقق ما إذا كان نظيفا. لردود الفعل، استخدم حمض نووي منقي PAGE أوليغونوكليوتيدات.لالتبريد السريع، سخني الحمض النووي عند 94 درجة مئوية لمدة ثلاث دقائق على كتلة التدفئة وبرده على الفور على الجليد. لتبريد بطيء، بعد تسخين الحمض النووي في 94 درجة مئوية لمدة ثلاث دقائق، والسماح لها لتبرد لدرجة حرارة الغرفة بمعدل درجة مئوية واحدة في الدقيقة الواحدة. لتسجيل أطياف خط الأساس، قم بإعداد ما مجموعه خمسة تفاعلات تحكم واحدة تلو الأخرى في أنابيب الطرد المركزي 1.5 ملليلتر.الحفاظ على حجم رد الفعل في 300 ميكرولتر في جميع ردود الفعل. لتسجيل أطياف القرص المضغوط، قم بإعداد ما مجموعه خمسة ردود فعل تجريبية واحدا تلو الآخر في أنابيب الطرد المركزي 1.5 ملليلتر. لتسجيل المسح الضوئي، قم بتشغيل الغاز وتشغيل مطياف القرص المضغوط.بعد 10 إلى 15 دقيقة، قم بتشغيل المصباح، قم بتشغيل حمام الماء وحدد درجة حرارة الحامل عند 37 درجة مئوية. بعد ذلك ، افتح برنامج طيف القرص المضغوط وحدد درجة الحرارة إلى 37 درجة مئوية ، ونطاق الطول الموجي عند 180 إلى 300 نانومتر ، والوقت لكل نقطة إلى 0.5 ثانية ، ورقم المسح الضوئي إلى خمسة ، ثم انقر على عارض البيانات المحترف ، وجعل ملف جديد ، وإعادة تسميته بتفاصيل التجربة والتاريخ. بعد ذلك ، اخلط ردود الفعل الأساسية والتجريبية عن طريق الأنابيب ونقل التفاعل بعناية واحدة تلو الآخر إلى cuvette ، مما يضمن عدم وجود فقاعات هوائية.إذا كان أداء تجربة دورة زمنية، واحتضان ردود الفعل في 37 درجة مئوية للوقت المطلوب، ثم أخذ المسح الضوئي. إضافة EDTA إلى المخزن المؤقت الذي يحتوي على الحمض النووي، ATP، المغنيسيوم، والبروتين لوقف التحلل المائي ATP. لمنع نشاط ATPase تماما، قم بزيادة تركيز EDTA ووقت الحضانة.طرح خطوط الأساس من ردود الفعل المقابلة في البرنامج وتنعيم البيانات إما في برنامج الطيف CD أو في برنامج رسم البيانات، ثم رسم رسم بياني للطول الموجي ضد الناقصة بقايا متوسط وتحليل القمم. M-طيات أظهرت أن كلا فروع الحمض النووي MYC يمكن أن تشكل بنية الجذعية حلقة مثل. تظهر هنا هياكل M-fold للأمام وتسلسل الحمض النووي العكسي الذي يحتوي على G quadruplex GECE.وأظهرت أطياف القرص المضغوط من GECE تبريد سريع في غياب ووجود ATP وADAAD أن ADAAD يحفز اثنين من القمم الإيجابية، واحدة في 258 نانومتر والآخر في 210 نانومتر. إضافة EDTA يلغي هذا التغيير التوافقي. أطياف القرص المضغوط لديها الآن ذروة سلبية 210 نانومتر وفرقة إيجابية واسعة مع قمم في 230 و 250 نانومتر.وأظهر تحليل مخطط QGRS وتحليل M-fold أن المناطق المروجة ل DROSHA و DGCR8 و DICER تمتلك القدرة على تشكيل رباعيات G وهياكل تشبه الجذع. وأظهرت أطياف القرص المضغوط للزوج DROSHA خمسة أن ADAAD يحفز ذروة سلبية في 210 نانومتر وذروة إيجابية في 260 نانومتر. هذا الطيف هو سمة من سمات ADNA.وأظهرت أطياف القرص المضغوط للزوج DGCR8 واحد ذروة إيجابية في 210 نانومتر وذروة سلبية واسعة في 260 نانومتر. هذا الطيف هو سمة من سمات الانتقال من B إلى X. بالنسبة للزوج DGCR8 سبعة ، شوهدت قمم إيجابية قوية في 210 و 270 نانومتر وذروة سلبية عند 250 نانومتر.هذا الطيف هو سمة من سمات مواز G رباعية هياكل الحمض النووي. وأخيرا، بالنسبة للزوج DICER واحد، لوحظت ذروة إيجابية في 210 نانومتر وقممتين سلبيتين، واحدة في 230 نانومتر والأخرى في 260 نانومتر. هذه القمم هي سمة من سمات انتقال الحمض النووي من A إلى X.تأكد من أن نقاء الحمض النووي والبروتين هو 99٪ أو أكثر. يجب أن يكون cuvette نظيفا ويجب أن يكون خط الأساس أقل من ميليدغري واحد. يجب أن تكون جميع الكواشف نقية بحيث تكون الخلفية أقل من ميليدغري واحد.

cd-spectroscopy-to-study-dna-protein-interactions

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Fluorescence Anisotropy as a Tool to Study Protein-protein Interactions

Protein-protein interactions play an essential role in the function of a living organism. Once an interaction has been identified and validated it is necessary to characterize it at the structural and mechanistic level. Several biochemical and biophysical methods exist for such purpose. Among them, fluorescence anisotropy is a powerful technique particularly used when the fluorescence intensity of a fluorophore-labeled protein remains constant upon protein-protein interaction. In this technique, a fluorophore-labeled protein is excited with vertically polarized light of an appropriate wavelength that selectively excites a subset of the fluorophores according to their relative orientation with the incoming beam. The resulting emission also has a directionality whose relationship in the vertical and horizontal planes defines anisotropy (r) as follows: r=(IVV-IVH)/(IVV+2IVH), where IVV and IVH are the fluorescence intensities of the vertical and horizontal components, respectively. Fluorescence anisotropy is sensitive to the rotational diffusion of a fluorophore, namely the apparent molecular size of a fluorophore attached to a protein, which is altered upon protein-protein interaction. In the present text, the use of fluorescence anisotropy as a tool to study protein-protein interactions was exemplified to address the binding between the protein mutated in the Shwachman-Diamond Syndrome (SBDS) and the Elongation factor like-1 GTPase (EFL1). Conventionally, labeling of a protein with a fluorophore is carried out on the thiol groups (cysteine) or in the amino groups (the N-terminal amine or lysine) of the protein. However, SBDS possesses several cysteines and lysines that did not allow site directed labeling of it. As an alternative technique, the dye 4&#39;,5&#39;-bis(1,3,2 dithioarsolan-2-yl) fluorescein was used to specifically label a tetracysteine motif, Cys-Cys-Pro-Gly-Cys-Cys, genetically engineered in the C-terminus of the recombinant SBDS protein. Fitting of the experimental data provided quantitative and mechanistic information on the binding mode between these proteins.

Protein interactions are at the heart of a cell&#39;s function. Calorimetric and spectroscopic techniques are commonly used to characterize them. Here we describe fluorescence anisotropy as a tool to study the interaction between the protein mutated in the Shwachman-Diamond Syndrome (SBDS) and the Elongation factor-like 1 GTPase (EFL1).

تباين الخواص مضان كأداة لدراسة التفاعلات البروتين البروتين

Protein-protein interactions play an essential role in the function of a living organism. Once an interaction has been identified and validated it is ...

Biotinylated Cell-penetrating Peptides to Study Intracellular Protein-protein Interactions

Here we present a protocol to study intracellular protein-protein interactions that is based on the widely used biotin-avidin pull-down system. The modification presented includes the combination of this technique with cell-penetrating sequences. We propose to design cell-penetrating baits that can be incubated with living cells instead of cell lysates and therefore the interactions found will reflect those that occur within the intracellular context. Connexin43 (Cx43), a protein that forms gap junction channels and hemichannels is down-regulated in high-grade gliomas. The Cx43 region comprising amino acids 266-283 is responsible for the inhibition of the oncogenic activity of c-Src in glioma cells. Here we use TAT as the cell-penetrating sequence, biotin as the pull-down tag and the region of Cx43 comprised between amino acids 266-283 as the target to find intracellular interactions in the hard-to-transfect human glioma stem cells. One of the limitations of the proposed method is that the molecule used as bait could fail to fold properly and, consequently, the interactions found could not be associated with the effect. However, this method can be especially interesting for the interactions involved in signal transduction pathways because they are usually carried out by intrinsically disordered regions and, therefore, they do not require an ordered folding. In addition, one of the advantages of the proposed method is that the relevance of each residue on the interaction can be easily studied. This is a modular system; therefore, other cell-penetrating sequences, other tags, and other intracellular targets can be employed. Finally, the scope of this protocol is far beyond protein-protein interaction because this system can be applied to other bioactive cargoes such as RNA sequences, nanoparticles, viruses or any molecule that can be transduced with cell-penetrating sequences and fused to pull-down tags to study their intracellular mechanism of action.

This is a protocol to study intracellular protein-protein interactions based on the biotin-avidin pull-down system with the novelty of combining cell-penetrating sequences. The main advantage is that the target sequence is incubated with living cells instead of cell lysates and therefore the interactions will occur within the cellular context.

الببتيدات اختراق الخلية بيوتينيلاتيد لدراسة تفاعلات البروتين البروتين داخل الخلايا

Here we present a protocol to study intracellular protein-protein interactions that is based on the widely used biotin-avidin pull-down system. The ...

Using Three-color Single-molecule FRET to Study the Correlation of Protein Interactions

Single-molecule F&#246;rster resonance energy transfer (smFRET) has become a widely used biophysical technique to study the dynamics of biomolecules. For many molecular machines in a cell proteins have to act together&#160;with interaction partners in a functional cycle to fulfill their task. The extension of two-color to multi-color smFRET makes it possible to simultaneously probe more than one interaction or conformational change. This not only adds a new dimension to smFRET experiments but it also offers the unique possibility to directly study the sequence of events and to detect correlated interactions when using an immobilized sample and a total internal reflection fluorescence microscope (TIRFM). Therefore, multi-color smFRET is a versatile tool for studying biomolecular complexes in a quantitative manner and in a previously unachievable detail.
Here, we demonstrate how to overcome the special challenges of multi-color smFRET experiments on proteins. We present detailed protocols for obtaining the data and for extracting kinetic information. This includes trace selection criteria, state separation, and the recovery of state trajectories from the noisy data using a 3D ensemble Hidden Markov Model (HMM). Compared to other methods, the kinetic information is not recovered from dwell time histograms but directly from the HMM. The maximum likelihood framework allows us to critically evaluate the kinetic model and to provide meaningful uncertainties for the rates.
By applying our method to the heat shock protein 90 (Hsp90), we are able to disentangle the nucleotide binding and the global conformational changes of the protein. This allows us to directly observe the cooperativity between the two nucleotide binding pockets of the Hsp90 dimer.

Here, we present a protocol to obtain three-color smFRET data and its analysis with a 3D ensemble Hidden Markov Model. With this approach, scientists can extract kinetic information from complex protein systems, including cooperativity or correlated interactions.

استخدام ألوان جزيء واحد الحنق لدراسة الترابط بين تفاعلات البروتين

Single-molecule F&#246;rster resonance energy transfer (smFRET) has become a widely used biophysical technique to study the dynamics of biomolecules. For ...

Measuring Interactions of Globular and Filamentous Proteins by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) and Microscale Thermophoresis (MST)

Filamentous proteins such as vimentin provide organization within cells by providing a structural scaffold with sites that bind proteins containing plakin repeats. Here, a protocol for detecting and measuring such interactions is described using the globular plakin repeat domain of envoplakin and the helical coil of vimentin. This provides a basis for determining whether a protein binds vimentin (or similar filamentous proteins) and for measurement of the affinity of the interaction. The globular protein of interest is labeled with 15N and titrated with vimentin protein in solution. A two-dimensional NMR spectrum is acquired to detect interactions by observing changes in peak shape or chemical shifts, and to elucidate effects of solution conditions including salt levels, which influence vimentin quaternary structure. If the protein of interest binds the filamentous ligand, the binding interaction is quantified by MST using the purified proteins. The approach is a straightforward way for determining whether a protein of interest binds a filament, and for assessing how alterations, such as mutations or solution conditions, affect the interaction.

Measuring Interactions of Globular and Filamentous Proteins by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy NMR and Microscale Thermophoresis MST

Here, we present a protocol for the production and purification of proteins that are labeled with stable isotopes, and subsequent characterization of protein-protein interactions using Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy and MicroScale Thermophoresis (MST) experiments.

قياس تفاعلات البروتينات كروي والخيطية مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (الرنين المغناطيسي النووي) وعبارة ثيرموفوريسيس (MST)

Filamentous proteins such as vimentin provide organization within cells by providing a structural scaffold with sites that bind proteins containing plakin ...

A Fluorescence Fluctuation Spectroscopy Assay of Protein-Protein Interactions at Cell-Cell Contacts

A variety of biological processes involves cell-cell interactions, typically mediated by proteins that interact at the interface between neighboring cells. Of interest, only few assays are capable of specifically probing such interactions directly in living cells. Here, we present an assay to measure the binding of proteins expressed at the surfaces of neighboring cells, at cell-cell contacts. This assay consists of two steps: mixing of cells expressing the proteins of interest fused to different fluorescent proteins, followed by fluorescence fluctuation spectroscopy measurements at cell-cell contacts using a confocal laser scanning microscope. We demonstrate the feasibility of this assay in a biologically relevant context by measuring the interactions of the amyloid precursor-like protein 1 (APLP1) across cell-cell junctions. We provide detailed protocols on the data acquisition using fluorescence-based techniques (scanning fluorescence cross-correlation spectroscopy, cross-correlation number and brightness analysis) and the required instrument calibrations. Further, we discuss critical steps in the data analysis and how to identify and correct external, spurious signal variations, such as those due to photobleaching or cell movement.
In general, the presented assay is applicable to any homo- or heterotypic protein-protein interaction at cell-cell contacts, between cells of the same or different types and can be implemented on a commercial confocal laser scanning microscope. An important requirement is the stability of the system, which needs to be sufficient to probe diffusive dynamics of the proteins of interest over several minutes.

This protocol describes a fluorescence fluctuation spectroscopy-based approach to investigate interactions among proteins mediating cell-cell interactions, i.e. proteins localized in cell junctions, directly in living cells. We provide detailed guidelines on instrument calibration, data acquisition and analysis, including corrections to possible artefact sources.

تحليل الطيفي تقلب Fluorescence من تفاعلات البروتين البروتين في الخلية جهات الاتصال

A variety of biological processes involves cell-cell interactions, typically mediated by proteins that interact at the interface between neighboring ...

Atomic Absorbance Spectroscopy to Measure Intracellular Zinc Pools in Mammalian Cells

Transition metals are essential micronutrients for organisms but can be toxic to cells at high concentrations by competing with physiological metals in proteins and generating redox stress. Pathological conditions that lead to metal depletion or accumulation are causal agents of different human diseases. Some examples include anemia, acrodermatitis enteropathica, and Wilson&#8217;s and Menkes&#8217; diseases. It is therefore important to be able to measure the levels and transport of transition metals in biological samples with high sensitivity and accuracy in order to facilitate research exploring how these elements contribute to normal physiological functions and toxicity. Zinc (Zn), for example, is a cofactor in many mammalian proteins, participates in signaling events, and is a secondary messenger in cells. In excess, Zn is toxic and can inhibit absorption of other metals, while in deficit, it can lead to a variety of potentially lethal conditions.

Graphite furnace atomic absorption spectroscopy (GF-AAS) provides a highly sensitive and effective method for determining Zn and other transition metal concentrations in diverse biological samples. Electrothermal atomization via GF-AAS quantifies metals by atomizing small volumes of samples for subsequent selective absorption analysis using wavelength of excitation of the element of interest. Within the limits of linearity of the Beer-Lambert Law, the absorbance of light by the metal is directly proportional to concentration of the analyte. Compared to other methods of determining Zn content, GF-AAS detects both free and complexed Zn in proteins and possibly in small intracellular molecules with high sensitivity in small sample volumes. Moreover, GF-AAS is also more readily accessible than inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) or synchrotron-based X-ray fluorescence. In this method, the systematic sample preparation of different cultured cell lines for analyses in a GF-AAS is described. Variations in this trace element were compared in both whole cell lysates and subcellular fractions of proliferating and differentiated cells as proof of principle.

Cultured primary or established cell lines are commonly used to address fundamental biological and mechanistic questions as an initial approach before using animal models. This protocol describes how to prepare whole cell extracts and subcellular fractions for studies of zinc (Zn) and other trace elements with atomic absorbance spectroscopy.

الطيفية الامتصاص الذري لقياس برك الزنك داخل خلايا الثدييات

Transition metals are essential micronutrients for organisms but can be toxic to cells at high concentrations by competing with physiological metals in ...

An Integrated Raman Spectroscopy and Mass Spectrometry Platform to Study Single-Cell Drug Uptake, Metabolism, and Effects

Cells are known to be inherently heterogeneous in their responses to drugs. Therefore, it is essential that single-cell heterogeneity is accounted for in drug discovery studies. This can be achieved by accurately measuring the plethora of cellular interactions between a cell and drug at the single-cell level (i.e., drug uptake, metabolism, and effect). This paper describes a single-cell Raman spectroscopy and mass spectrometry (MS) platform to monitor metabolic changes of cells in response to drugs. Using this platform, metabolic changes in response to the drug can be measured by Raman spectroscopy, while the drug and its metabolite can be quantified using mass spectrometry in the same cell. The results suggest that it is possible to access information about drug uptake, metabolism, and response at a single-cell level.

This protocol presents an integrated Raman spectroscopy-mass spectrometry (MS) platform that is capable of achieving single-cell resolution. Raman spectroscopy can be used to study cellular response to drugs, while MS can be used for targeted and quantitative analysis of drug uptake and metabolism.

والتحليل الطيفي رامان المتكاملة وكتله الطيف الكتلي لدراسة امتصاص المخدرات خليه واحده, الأيض, والآثار

Cells are known to be inherently heterogeneous in their responses to drugs. Therefore, it is essential that single-cell heterogeneity is accounted for in ...

In Vivo Hydroxyl Radical Protein Footprinting for the Study of Protein Interactions in Caenorhabditis elegans

Fast oxidation of proteins (FPOP) is a hydroxyl radical protein footprinting (HRPF) method used to study protein structure, protein-ligand interactions, and protein-protein interactions. FPOP utilizes a KrF excimer laser at 248 nm for photolysis of hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals which in turn oxidatively modify solvent-accessible amino acid side chains. Recently, we expanded the use of FPOP of in vivo oxidative labeling in Caenorhabditis elegans (C. elegans), entitled IV-FPOP. The transparent nematodes have been used as model systems for many human diseases. Structural studies in C. elegans by IV-FPOP is feasible because of the animal&#8217;s ability to uptake hydrogen peroxide, their transparency to laser irradiation at 248 nm, and the irreversible nature of the modification. The assembly of a microfluidic flow system for IV-FPOP labeling, IV-FPOP parameters, protein extraction, and LC-MS/MS optimized parameters are described herein.

In Vivo Hydroxyl Radical Protein Footprinting for the Study of Protein Interactions in Caenorhabditis elegans

In vivo fast photochemical oxidation of proteins (IV-FPOP) is a hydroxyl radical protein footprinting technique that allows for mapping of protein structure in their native environment. This protocol describes the assembly and set-up of the IV-FPOP microfluidic flow system.

في فيفو هيدروكسيل الجذر البروتين البصمة لدراسة التفاعلات البروتين في Caenorhabditis elegans

Fast oxidation of proteins (FPOP) is a hydroxyl radical protein footprinting (HRPF) method used to study protein structure, protein-ligand interactions, ...

Optical Tweezers to Study RNA-Protein Interactions in Translation Regulation

RNA adopts diverse structural folds, which are essential for its functions and thereby can impact diverse processes in the cell. In addition, the structure and function of an RNA can be modulated by various trans-acting factors, such as proteins, metabolites or other RNAs. Frameshifting RNA molecules, for instance, are regulatory RNAs located in coding regions, which direct translating ribosomes into an alternative open reading frame, and thereby act as gene switches. They may also adopt different folds after binding to proteins or other trans-factors. To dissect the role of RNA-binding proteins in translation and how they modulate RNA structure and stability, it is crucial to study the interplay and mechanical features of these RNA-protein complexes simultaneously.&#160;This work illustrates how to employ single-molecule-fluorescence-coupled optical tweezers to explore the conformational and thermodynamic landscape of RNA-protein complexes at a high resolution. As an example, the interaction of the SARS-CoV-2 programmed ribosomal frameshifting element with the trans-acting factor short isoform of zinc-finger antiviral protein is elaborated. In addition, fluorescence-labeled ribosomes were monitored using the confocal unit, which would ultimately enable the study of translation elongation. The fluorescence coupled OT assay can be widely applied to explore diverse RNA-protein complexes or trans-acting factors regulating translation and could facilitate studies of RNA-based gene regulation.

This protocol presents a complete experimental workflow for studying RNA-protein interactions using optical tweezers. Several possible experimental setups are outlined including the combination of optical tweezers with confocal microscopy.

ملاقط بصرية لدراسة التفاعلات بين الحمض النووي الريبي والبروتين في تنظيم الترجمة

RNA adopts diverse structural folds, which are essential for its functions and thereby can impact diverse processes in the cell. In addition, the ...

Dual-Color Fluorescence Cross-Correlation Spectroscopy to Study Protein-Protein Interaction and Protein Dynamics in Live Cells

We present a protocol and workflow to perform live cell dual-color fluorescence cross-correlation spectroscopy (FCCS) combined with F&#246;rster Resonance Energy transfer (FRET) to study membrane receptor dynamics in live cells using modern fluorescence labeling techniques. In dual-color FCCS, where the fluctuations in fluorescence intensity represent the dynamic &#34;fingerprint&#34; of the respective fluorescent biomolecule, we can probe co-diffusion or binding of the receptors. FRET, with its high sensitivity to molecular distances, serves as a well-known &#34;nanoruler&#34; to monitor intramolecular changes. Taken together, conformational changes and key parameters such as local receptor concentrations and mobility constants become accessible in cellular settings.
Quantitative fluorescence approaches are challenging in cells due to high noise levels and the vulnerability of the sample. Here we show how to perform this experiment, including the calibration steps using dual-color labeled &#946;2-adrenergic receptor (&#946;2AR) labeled with eGFP and SNAP-tag-TAMRA. A step-by-step data analysis procedure is provided using open-source software and templates that are easy to customize.
Our guideline enables researchers to unravel molecular interactions of biomolecules in live cells in situ with high reliability despite the limited signal-to-noise levels in live cell experiments. The operational window of FRET and particularly FCCS at low concentrations allows quantitative analysis at near-physiological conditions.

We present an experimental protocol and data analysis workflow to perform live cell dual-color fluorescence cross correlation spectroscopy (FCCS) combined with F&#246;rster Resonance Energy transfer (FRET) to study membrane receptor dynamics in live cells using modern fluorescence labeling techniques.

التحليل الطيفي المزدوج اللون للفلورسين المترابط لدراسة التفاعل بين البروتين والبروتين وديناميكيات البروتين في الخلايا الحية

We present a protocol and workflow to perform live cell dual-color fluorescence cross-correlation spectroscopy (FCCS) combined with F&#246;rster Resonance ...