Name: Autore in primo piano: Sbloccare il mondo delle regioni intrinsecamente disordinate con il rilevamento e le risposte cellulari
Uploaded: 2024-01-12T14:50:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Estimation of Structural Sensitivity of Intrinsically Disordered Regions in Response to Hyperosmotic Stress in Living Cells Using FRET at JoVE.com

Ringraziamo i membri del laboratorio Cuevas-Velázquez per la revisione critica del manoscritto. Questo lavoro è stato sostenuto dal Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica, dalla Dirección General de Asuntos del Personal Académico, dall'Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM-PAPIIT) numero di progetto IA203422; Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnología (CONAHCYT), progetto numero 252952; e Programa de Apoyo a la Investigación y el Posgrado, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Grant 5000-9182. CET (CVU 1083636) e CAPD (CVU 1269643) riconoscono CONAHCYT per la loro borsa di studio M.Sc.

1. Costrutto plasmidico
<ol><li>Amplificare il frame di lettura aperto (ORF) che codifica per l'IDR desiderato mediante reazione a catena della polimerasi (PCR). Non includere il codone di stop poiché l'ORF sarà affiancato dai geni che codificano le proteine fluorescenti. Per l'amplificazione, progettare primer con i siti di restrizione SacI (5') e BglII (3'). NOTA: Per la sezione dei risultati rappresentativi, abbiamo utilizzato AtLEA4-5 come IDR selezionato. Abbiamo amplificato...

Analisi FRET della sensibilità strutturale dell'IDR per lo studio dello stress iperosmotico nel lievito

<ol>
	<li>Wright, P. E., Dyson, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsically+disordered+proteins+in+cellular+signalling+and+regulation.">Intrinsically disordered proteins in cellular signalling and regulation.</a> Nat Rev Mol Cell Biol. 16 (1), 18-29 (2015).</li><li>Covarrubias, A. A., Romero-P&#233;rez, P. S., Cuevas-Velazquez, C. L., Rend&#243;n-Luna, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+functional+diversity+of+structural+disorder+in+plant+proteins.">The functional diversity of structural disorder in plant proteins.</a> Arch Biochem Biophys. 680, 108229 (2019).</li><li>Ahmed, S. S., 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=Characterization+of+intrinsically+disordered+regions+in+proteins+informed+by+human+genetic+diversity.">Characterization of intrinsically disordered regions in proteins informed by human genetic diversity.</a> PLoS Comput Biol. 18 (3), e1009911 (2022).</li><li>Birol, M., Melo, A. 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L., 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=Intrinsically+disordered+protein+biosensor+tracks+the+physical-chemical+effects+of+osmotic+stress+on+cells.">Intrinsically disordered protein biosensor tracks the physical-chemical effects of osmotic stress on cells.</a> Nat Commun. 12 (1), 5438 (2021).</li><li>Holehouse, A. S., Sukenik, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+structural+bias+in+intrinsically+disordered+proteins+using+solution+space+scanning.">Controlling structural bias in intrinsically disordered proteins using solution space scanning.</a> J Chem Theory Comput. 16 (3), 1794-1805 (2020).</li><li>Martin, E. W., Hopkins, J. 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Sanger/chain termination sequencing using dideoxynucleotides - Concept Available from: <a target="_blank" href="https://app.jove.com/science-education/v/12020/sanger-sequencing">https://app.jove.com/science-education/v/12020/sanger-sequencing</a> (2023)</li><li>Theillet, F. X., 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=Physicochemical+properties+of+cells+and+their+effects+on+intrinsically+disordered+proteins+(IDPs).">Physicochemical properties of cells and their effects on intrinsically disordered proteins (IDPs).</a> Chem Rev. 114 (13), 6661-6714 (2014).</li><li>Brutscher, B., 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=NMR+methods+for+the+study+of+instrinsically+disordered+proteins+structure,+dynamics,+and+interactions:+General+overview+and+practical+guidelines.">NMR methods for the study of instrinsically disordered proteins structure, dynamics, and interactions: General overview and practical guidelines.</a> Adv Exp Med Biol. 870, 49-122 (2015).</li><li>Metskas, L. A., Rhoades, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule+FRET+of+intrinsically+disordered+proteins.">Single-molecule FRET of intrinsically disordered proteins.</a> Annu Rev Phys Chem. 71, 391-414 (2020).</li><li>Roebroek, T., 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=Simultaneous+readout+of+multiple+FRET+pairs+using+photochromism.">Simultaneous readout of multiple FRET pairs using photochromism.</a> Nat Commun. 12 (1), 2005 (2021).</li><li>Algar, W. R., Hildebrandt, N., Vogel, S. S., Medintz, I. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FRET+as+a+biomolecular+research+tool+-+understanding+its+potential+while+avoiding+pitfalls.">FRET as a biomolecular research tool - understanding its potential while avoiding pitfalls.</a> Nat Methods. 16 (9), 815-829 (2019).</li><li>Lyon, A. S., Peeples, W. B., Rosen, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+framework+for+understanding+the+functions+of+biomolecular+condensates+across+scales.">A framework for understanding the functions of biomolecular condensates across scales.</a> Nat Rev Mol Cell Biol. 22 (3), 215-235 (2021).</li><li>Belott, C., Janis, B., Menze, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-liquid+phase+separation+promotes+animal+desiccation+tolerance.">Liquid-liquid phase separation promotes animal desiccation tolerance.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 117 (44), 27676-27684 (2020).</li><li>Miermont, 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=Severe+osmotic+compression+triggers+a+slowdown+of+intracellular+signaling,+which+can+be+explained+by+molecular+crowding.">Severe osmotic compression triggers a slowdown of intracellular signaling, which can be explained by molecular crowding.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (14), 5725-5730 (2013).</li><li>Saito, H., Posas, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+to+hyperosmotic+stress.">Response to hyperosmotic stress.</a> Genetics. 192 (2), 289-318 (2012).</li><li>Selenko, P., Wagner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Looking+into+live+cells+with+in-cell+NMR+spectroscopy.">Looking into live cells with in-cell NMR spectroscopy.</a> J Struct Biol. 158 (2), 244-253 (2007).</li><li>Cattani, J., Subramaniam, V., Drescher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room-temperature+in-cell+EPR+spectroscopy:+alpha-Synuclein+disease+variants+remain+intrinsically+disordered+in+the+cell.">Room-temperature in-cell EPR spectroscopy: alpha-Synuclein disease variants remain intrinsically disordered in the cell.</a> Phys Chem Chem Phys. 19 (28), 18147-18151 (2017).</li><li>Beveridge, R., Chappuis, Q., Macphee, C., Barran, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectrometry+methods+for+intrinsically+disordered+proteins.">Mass spectrometry methods for intrinsically disordered proteins.</a> Analyst. 138 (1), 32-42 (2013).</li><li>Beveridge, R., 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=Ion+mobility+mass+spectrometry+uncovers+the+impact+of+the+patterning+of+oppositely+charged+residues+on+the+conformational+distributions+of+intrinsically+disordered+proteins.">Ion mobility mass spectrometry uncovers the impact of the patterning of oppositely charged residues on the conformational distributions of intrinsically disordered proteins.</a> J Am Chem Soc. 141 (12), 4908-4918 (2019).</li></ol>

Il metodo qui presentato offre un modo per ottenere informazioni su come le dimensioni globali dell'insieme degli IDR percepiscono e rispondono alle perturbazioni ambientali. Questo metodo si basa su un costrutto geneticamente codificato e non richiede componenti aggiuntivi oltre a un'espressione stabile del plasmide nelle cellule di lievito, il che lo rende adattabile per potenziali applicazioni in altri tipi di cellule. Inoltre, è versatile per esplorare altre perturbazioni fisico-chimiche che le cellule eucariotiche ...

Le regioni intrinsecamente disordinate (IDR) sono componenti fondamentali nei processi cellulari1. In combinazione con i domini strutturati, gli IDR sono essenziali per le funzioni proteiche. La composizione amminoacidica degli IDR è distorta, rappresentata principalmente da residui carichi, idrofili e di piccole dimensioni. A causa di questa proprietà, gli esami approfonditi sono considerati domini a bassa complessità 2,3. Numerosi esami approfonditi hanno attirato l'attenzione, principalmente perché queste regioni svolgono un ruolo cruciale nelle condizioni patologiche, in particolare nelle malattie neurodegenerative. Tali malattie sono caratterizzate dall'auto-assemblaggio e dalla successiva deposizione extracellulare o intracellulare di IDR nei neuroni4. Esempi di tali IDR includono l'amiloide-β (Aβ) nella malattia di Alzheimer, l'huntingtina (HTT) nella malattia di Huntington e la proteina-43 legante il DNA TAR (TDP-43) e fusa nel sarcoma (FUS) nella sclerosi laterale amiotrofica e nella demenza frontotemporale4. Lo studio dei riarrangiamenti strutturali degli IDR nel contesto della malattia è stato significativamente migliorato da metodi spettroscopici, tra cui il trasferimento di energia di risonanza di fluorescenza (FRET).
La natura idrofila ed estesa degli IDR li rende estremamente sensibili ai cambiamenti nelle proprietà fisico-chimiche dell'ambiente della soluzione5. Il grado in cui l'insieme conformazionale degli IDR viene modificato dall'ambiente è chiamato sensibilità strutturale 5,6,7. Diverse tecniche possono essere utilizzate per studiare la conformazione e la dinamica degli IDR, tra cui il dicroismo circolare (CD) e lo scattering di raggi X a piccolo angolo (SAXS)8,9. Sfortunatamente, CD e SAXS richiedono grandi quantità di proteine purificate, quindi non sono appropriati per gli studi sulle cellule. Al contrario, la FRET è una tecnica che misura l'intensità della fluorescenza di due molecole fluorescenti che marcano specificamente un IDR, il che significa che possono essere monitorate in miscele complesse come le cellule viventi10. Misurare dinamicamente la sensibilità strutturale degli IDR nelle cellule viventi è necessario per comprendere come l'ambiente regola la conformazione e la funzione del proteoma disordinato.
La FRET è un metodo potente per quantificare la sensibilità strutturale degli IDR, nonché delle proteine globulari e multidominio nelle cellule viventi. Il metodo richiede un costrutto costituito da un IDR di interesse inserito tra due proteine fluorescenti (FP), noto come coppia FRET. Per questo protocollo, suggeriamo l'uso di mCerulean3 come FP donatore e Citrine come FP accettore, a causa del loro ampio range dinamico, rispetto ad altri FP riportati in un precedente studiosulla sensibilità 6 degli IDR. La FRET è stata precedentemente sfruttata per misurare la sensibilità strutturale di una pianta IDR in diversi contesti cellulari6. Inoltre, questa tecnica è stata utilizzata per caratterizzare le dimensioni proteiche complessive degli IDR da diversi gruppi di ricerca sia in vitro che in vivo 5,11.
In questo articolo, descriviamo il metodo FRET d'insieme per studiare la sensibilità strutturale degli IDR in cellule di lievito viventi (Saccharomyces cerevisiae). Mostriamo risultati rappresentativi che si basano su un IDR di pianta chiamato AtLEA4-5. AtLEA4-5 è disordinato in soluzione, ma si ripiega in α-elica quando l'affollamento macromolecolare è indotto in vitro12. AtLEA4-5 è un buon modello di riferimento per questo metodo perché è relativamente piccolo (158 residui), disordinato e sensibile alle perturbazioni ambientali come riportato in silico e in vitro 6,12. Il metodo qui presentato può essere scalato per approcci ad alto rendimento perché le cellule di lievito sono facili da coltivare e il trattamento viene applicato in piccoli volumi. Inoltre, piccole modifiche al protocollo possono essere applicate ad altri sistemi cellulari come batteri e cellule vegetali6. Il protocollo può essere eseguito in qualsiasi laboratorio di biologia molecolare con accesso a un lettore di micropiastre con modalità fluorescenza, un'apparecchiatura disponibile nella maggior parte degli istituti di ricerca.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>96-well plate</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>655096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>5040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BglII</td>
			<td>New England BioLabs</td>
			<td>R0144S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BJ5465 cells</td>
			<td>American Type Culture Collection</td>
			<td>208289</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buffer MES 50 mM</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M8250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buffer Tris-HCl 10 mM</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>15506017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA 1 mM</td>
			<td>Merck</td>
			<td>108452</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon tubes</td>
			<td>Corning</td>
			<td>352057</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB media</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L2897</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium acetate 0.1 M</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L6883</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low Melt Agarose</td>
			<td>GOLDBIO</td>
			<td>A-204-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge</td>
			<td>eppendorf</td>
			<td>5452000010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Miniprep kit</td>
			<td>ZymoPure</td>
			<td>D4210</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH 0.02 M</td>
			<td>Merck</td>
			<td>106462</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEG 3,350 40%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1546547</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plasmid pDRFLIP38-AtLEA4-5</td>
			<td>addgene</td>
			<td>178189</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plate reader</td>
			<td>BMG LABTECH</td>
			<td>CLARIOstar Plus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SacI</td>
			<td>New England BioLabs</td>
			<td>R3156S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Salmon sperm DNA 2 mg/mL</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>15632011</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SD-Ura</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Y1501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium cloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S9888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Taq polymesare</td>
			<td>Promega</td>
			<td>M5123</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transiluminator</td>
			<td>Accuris instruments</td>
			<td>E4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Visible spectrophotometer</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>Biomate3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>YPD media</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Y1500</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

estimation of structural sensitivity of intrinsically disordered regions in response to hyperosmotic stress in living cells using fret

Le regioni intrinsecamente disordinate (IDR) sono domini proteici che partecipano a processi cellulari cruciali. Durante le condizioni di stress, le proprietà fisico-chimiche dell'ambiente cellulare cambiano, influenzando direttamente l'insieme conformazionale degli IDR. Gli esami approfonditi sono intrinsecamente sensibili alle perturbazioni ambientali. Studiare come le proprietà fisico-chimiche della cellula regolano l'insieme conformazionale degli IDR è essenziale per comprendere il controllo ambientale della loro funzione. Qui, descriviamo un metodo passo-passo per misurare la sensibilità strutturale degli IDR in cellule viventi di Saccharomyces cerevisiae in risposta a condizioni di stress iperosmotico. Presentiamo l'uso del trasferimento di energia di risonanza di fluorescenza d'insieme (FRET) per stimare come cambiano le dimensioni globali degli IDR durante un progressivo aumento dello stress iperosmotico imposto alle cellule con qualsiasi osmolito. Inoltre, forniamo uno script per l'elaborazione delle misure di fluorescenza e il confronto della sensibilità strutturale per diversi IDR. Seguendo questo metodo, i ricercatori possono ottenere preziose informazioni sui cambiamenti conformazionali che gli IDR subiscono nel complesso ambiente intracellulare al variare degli ambienti.

Intrinsically disordered regions (IDRs) are critical components in cellular processes1. In combination with structured domains, IDRs are essential for protein functions. The amino acid composition of IDRs is biased, represented mainly by charged, hydrophilic, and small residues. Because of this property, IDRs are considered low complexity domains2,3. Numerous IDRs have garnered attention, primarily because these regions play a crucial role in pathological conditions, particularly neurodegenerative diseases. Such diseases are characterized by self-assembly and subsequent extracellular or intracellular deposition of IDRs in neurons4. Examples of such IDRs include amyloid-&#946;&#160;(A&#946;) in Alzheimer&#39;s disease, huntingtin (HTT) in Huntington&#39;s disease, and TAR DNA-binding protein-43 (TDP-43) and fused in sarcoma (FUS) in amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia4. The study of the structural rearrangements of IDRs in the context of disease has been significantly enhanced by spectroscopic methods, including fluorescence resonance energy transfer (FRET).
The hydrophilic and extended nature of IDRs makes them extremely sensitive to changes in the physicochemical properties of the solution environment5. The degree by which the conformational ensemble of IDRs is modified by the environment is called structural sensitivity5,6,7. Different techniques can be used to study the conformation and dynamics of IDRs, including circular dichroism (CD) and small-angle X-ray scattering (SAXS)8,9. Unfortunately, CD and SAXS require large quantities of purified proteins, so they are not appropriate for studies in cells. In contrast, FRET is a technique that measures the fluorescence intensity of two fluorescent molecules that specifically label one IDR, meaning that they can be monitored in complex mixtures such as living cells10. Dynamically measuring the structural sensitivity of IDRs in living cells is necessary for understanding how the environment regulates the conformation and function of the disordered proteome.
FRET is a powerful method for quantifying the structural sensitivity of IDRs, as well as globular and multidomain proteins in living cells. The method requires a construct consisting of an IDR of interest sandwiched between two fluorescent proteins (FP), known as a FRET pair. For this protocol, we suggest the use of mCerulean3 as the donor FP and Citrine as the acceptor FP, because of their large dynamic range, compared to other FPs reported in a previous study about IDRs sensitivity6. FRET has previously been exploited to measure the structural sensitivity of a plant IDR in different cellular contexts6. In addition, this technique has been used to characterize overall protein dimensions of IDRs by different research groups both in vitro and in vivo5,11.
Here, we describe the ensemble FRET method for studying the structural sensitivity of IDRs in living yeast (Saccharomyces cerevisiae) cells. We show representative results that are based in a plant IDR called AtLEA4-5. AtLEA4-5 is disordered in solution, but folds into &#945;-helix when macromolecular crowding is induced in vitro12. AtLEA4-5 is a good reference model for this method because it is relatively small (158 residues), disordered and sensitive to environmental perturbation as reported in silico and in vitro6,12. The method presented here can be scaled for high throughput approaches because yeast cells are easy to grow, and the treatment is applied in small volumes. In addition, small modifications to the protocol can be applied to other cellular systems such as bacteria and plant cells6. The protocol can be performed in any molecular biology laboratory with access to a microplate reader with fluorescence mode, an equipment available in most research institutions.

Autore in primo piano: Sbloccare il mondo delle regioni intrinsecamente disordinate con il rilevamento e le risposte cellulari

Stima della sensibilità strutturale di regioni intrinsecamente disordinate in risposta allo stress iperosmotico in cellule viventi utilizzando FRET

We aim to understand how intrinsically disordered regions sense and respond to changes in the physical chemical properties of the environment. We combine biophysical, biochemical, genetic, and cell biology techniques to monitor how the structural ensemble of disordered regions change in living cells. Protein biophysics techniques are currently used to study the confirmation of IVRs.These include nuclear magnetic resonance, circular dichroism, small angle x-ray scattering, and FRET. Most of these techniques can only be used in vitro. Studying the confirmation of IVRs in a cellular context is challenging with high cost and time consuming techniques.We provide an alternative to overcome these challenges. Our protocol can monitor the confirmation of IVRs in an easy, fast, and reproducible way, complementing other in vitro methods. Our findings offered an understanding of the molecular mechanisms underlying the structural sensitivity of IVRs under stress.This allows the use of IVRs as somatic biosensors. The precise tracking of the cellular environment will contribute to a more nuanced understanding of life's fundamental processes. Our research has led to questions about the determinants of a structural sensitivity in intrinsically disordered regions, its relevance to IVR's functions, and the environmental factors influencing these sensitivity.

Dopo aver trasformato le cellule di lievito con il plasmide pDRFLIP38-AtLEA4-5, è stata osservata la fluorescenza dei trasformanti positivi con un transilluminatore a luce blu e un filtro (Figura 1). La preparazione delle diverse soluzioni per indurre lo stress iperosmotico richiede molto tempo, quindi suggeriamo di seguire il modello a 96 pozzetti della Figura 2. Immediatamente dopo il trattamento da stress iperosmotico con concentrazioni variabili di cloruro ...

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Le regioni intrinsecamente disordinate (IDR) sono domini proteici flessibili che modificano la loro conformazione in risposta ai cambiamenti ambientali. Il trasferimento di energia di risonanza di fluorescenza d'insieme (FRET) può stimare le dimensioni delle proteine in diverse condizioni. Presentiamo un approccio FRET per valutare la sensibilità strutturale dell'IDR in cellule viventi di Saccharomyces cerevisiae in condizioni di stress iperosmotico.

Intrinsically disordered regions (IDRs) are protein domains that participate in crucial cellular processes. During stress conditions, the physicochemical ...

Il nostro obiettivo è capire come le regioni intrinsecamente disordinate percepiscono e rispondono ai cambiamenti nelle proprietà fisico-chimiche dell'ambiente. Combiniamo tecniche biofisiche, biochimiche, genetiche e di biologia cellulare per monitorare come cambia l'insieme strutturale delle regioni disordinate nelle cellule viventi. Le tecniche di biofisica delle proteine sono attualmente utilizzate per studiare la conferma degli IVR.Questi includono la risonanza magnetica nucleare, il dicroismo circolare, la diffusione di raggi X a piccolo angolo e FRET. La maggior parte di queste tecniche può essere utilizzata solo in vitro. Studiare la conferma degli IVR in un contesto cellulare è impegnativo con tecniche costose e dispendiose in termini di tempo.Forniamo un'alternativa per superare queste sfide. Il nostro protocollo è in grado di monitorare la conferma degli IVR in modo facile, veloce e riproducibile, integrando altri metodi in vitro. I nostri risultati hanno offerto una comprensione dei meccanismi molecolari alla base della sensibilità strutturale degli IVR sotto stress.Ciò consente l'utilizzo di IVR come biosensori somatici. Il monitoraggio preciso dell'ambiente cellulare contribuirà a una comprensione più sfumata dei processi fondamentali della vita. La nostra ricerca ha portato a domande sulle determinanti di una sensibilità strutturale in regioni intrinsecamente disordinate, sulla sua rilevanza per le funzioni dell'IVR e sui fattori ambientali che influenzano questa sensibilità.

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Research

JoVE Journal

Biochemistry

Estimation of Structural Sensitivity of Intrinsically Disordered Regions in Response to Hyperosmotic Stress in Living Cells Using FRET

Intrinsically disordered regions (IDRs) are protein domains that participate in crucial cellular processes. During stress conditions, the physicochemical properties of the cellular environment change, directly impacting the conformational ensemble of IDRs. IDRs are inherently sensitive to environmental perturbations. Studying how the physicochemical properties of the cell regulate the conformational ensemble of IDRs is essential for understanding the environmental control of their function. Here, we describe a step-by-step method for measuring the structural sensitivity of IDRs in living Saccharomyces cerevisiae cells in response to hyperosmotic stress conditions. We present the use of ensemble fluorescence resonance energy transfer (FRET) to estimate how the global dimensions of IDRs change during a progressive increase of hyperosmotic stress imposed on cells with any osmolyte. In addition, we provide a script for processing fluorescence measurements and comparing structural sensitivity for different IDRs. By following this method, researchers can obtain valuable insights into the conformational changes that IDRs undergo in the complex intracellular milieu upon changing environments.

Intrinsically disordered regions (IDRs) are flexible protein domains that modify their conformation in response to environmental changes. Ensemble fluorescence resonance energy transfer (FRET) can estimate protein dimensions under different conditions. We present a FRET approach to assess IDR structural sensitivity in living Saccharomyces cerevisiae cells under hyperosmotic stress.