Seule étape Purification des Complexes macromoléculaires utilisant l’ARN attaché à la biotine et un éditeur de liens Photo-clivables
Summary
Les complexes ARN/protéines purifiées à l’aide de la stratégie de streptavidine-botin sont éluées à solution dans des conditions dénaturation sous une forme impropre pour davantage de purification et d’analyse fonctionnelle. Nous décrivons ici une modification de cette stratégie qui utilise un linker photo-clivables en ARN et une étape d’élution UV douce, ce qui donne des complexes ARN/protéines natives et pleinement fonctionnels.
Abstract
Pendant de nombreuses années, l’interaction exceptionnellement forte et rapidement formée entre la biotine et la streptavidine a été utilisée avec succès pour la purification partielle de biologiquement importants complexes ARN/protéines. Cependant, cette stratégie souffre d’un inconvénient majeur qui limite son utilisation plus large : l’interaction de la streptavidine/biotine peut être cassée seulement dans des conditions qui perturbent également l’intégrité des complexes éluées, excluant par conséquent dénaturantes leur analyse fonctionnelle et/ou encore de purification par d’autres méthodes. En outre, les échantillons éluées sont fréquemment contaminés avec les protéines de fond qui associent non spécifique avec des perles de streptavidine, ce qui complique l’analyse des complexes purifiées par coloration à l’argent et la spectrométrie de masse. Pour surmonter ces limitations, nous avons développé une variante de la stratégie de streptavidine/biotine dans lequel biotine est attaché à un substrat ARN via un linker photo-clivables et les complexes immobilisés sur des billes de streptavidine sont élués sélectivement à la solution dans un forme native de grande longueur d’onde UV, laissant les protéines de fond sur les perles. Substrats de liaison RNA plus courtes peuvent être synthétisés chimiquement avec la biotine et l’éditeur de liens photo-clivables covalente à l’extrémité 5′ de l’ARN, tandis que des substrats de RNA plus longues peuvent être fournis avec les deux groupes par un oligonucléotide complémentaire. Ces deux variantes de la méthode d’élution UV ont été testés pour la purification des U7 snRNP-dépendant de traitement complexes qui coupent les histones pré-ARNm à l’extrémité 3′ et ils ont tous deux prouvèrent pour comparer favorablement aux autres précédemment développé des méthodes de purification. Les échantillons UV-élué contiennent facilement détectable de la snRNP U7 qui était exempt de contaminants de la protéine majeure et adapté à l’analyse directe par spectrométrie de masse et de tests fonctionnels. La méthode décrite peut être facilement adaptée pour la purification des autres complexes de liaison ARN et utilisée en conjonction avec des sites de liaison simple et double-brin de l’ADN pour purifier les protéines ADN spécifiques et complexes macromoléculaires.
Introduction
Chez les eucaryotes, les précurseurs de l’ARN polymérase II généré ARNm (pré-ARNm) subissent plusieurs événements de maturation dans le noyau avant de devenir des modèles de mRNA entièrement fonctionnel pour la synthèse des protéines dans le cytoplasme. Un de ces événements est 3′ fin au traitement. Pour la grande majorité des pré-ARNm, 3′ fin traitement implique de clivage couplé à la polyadénylation. Cette réaction en deux étapes est catalysée par un complexe relativement abondant composée de plus de 15 protéines1. Animaux dépendante de réplication histone pré-ARNm est traitées à l’extrémité 3′ par un mécanisme différent, dont le rôle est joué par U7 snRNP, une faible abondance complexe consistant en U7 snRNA de ~ 60 nucléotides et plusieurs protéines2,3 . Les paires de bases U7 snRNA avec une séquence spécifique en histone pré-ARNm et l’une des sous-unités de la snRNP U7 catalyse la réaction de clivage, générant des histones mature ARNm sans un poly (a) la queue. fin traitement de 3′ de l’ARN pré-messager histone exige également la tige-boucle Binding Protein (PBEL), qui lie une tige-boucle conservée située en amont du site de clivage et améliore le recrutement de la snRNP U7 au substrat2,3. Des études visant à identifier les différents composants de la snRNP U7 ont été difficiles en raison de la faible concentration de la snRNP U7 dans les cellules animales et la tendance du complexe à dissocier ou subir une protéolyse partielle durant la purification suite à l’utilisation détergents doux4,5,6, lavages de sels élevées et/ou plusieurs étapes chromatographiques7,8,9.
Récemment, afin de déterminer la composition de la machinerie U7-dépendant de traitement, un court fragment de biotine contenant de histone pré-ARNm à 3′ ou 5′ est incubé avec un extrait nucléaire et l’assemblé complexes ont été capturés sur la streptavidine d’agarose perles5,6,10. Due à l’interaction exceptionnellement forte entre la biotine et la streptavidine, protéines immobilisées sur des billes de streptavidine ont été élués dans des conditions dénaturantes par ébullition en SDS et analysées par coloration à l’argent et la spectrométrie de masse. Bien que cette approche simple a identifié un certain nombre de composants de la snRNP U7, il a donné des échantillons relativement grossières, souvent contaminées par un grand nombre de protéines de fond non spécifique lié à la streptavidine perles, potentiellement masquant certaines composantes du les machines de traitement et d’empêcher leur détection sur argent souillé gels5,6,10. Ce qui est important, cette approche empêche également toute étude fonctionnelle avec le matériel isolé et sa purification plus poussée à l’homogénéité des méthodes supplémentaires.
Un certain nombre de modifications ont été proposé au fil du temps d’aborder le caractère pratiquement irréversible de l’interaction de la streptavidine/biotine, avec la plupart d’entre eux étant conçu soit affaiblir l’interaction ou fournir un bras chimiquement clivables entretoise dans la biotine-contenant les réactifs11,12. L’inconvénient de ces modifications était qu’ils réduisent significativement l’efficacité de la méthode et/ou des conditions non physiologiques souvent requises lors de l’étape d’élution, compromettre l’intégrité ou l’activité des protéines purifiées.
Nous décrivons ici une approche différente pour résoudre le problème inhérent de la stratégie de streptavidine/biotine en utilisant RNA substrats dans lequel biotine est covalente à la 5′ mettre fin via une photo-clivables 1-(2-nitrophényl) portion d’éthyle qui est sensible à la longue vague UV13,14. Nous avons testé cette approche pour la purification de la machinerie de traitement limitante U7 dépendant de drosophile et mammifères nucléaire extrait15. Après une courte incubation de biotine contenant de l’ARN pré-messager histone et l’éditeur de liens clivables-photo avec un extrait nucléaire, les complexes de traitement assemblé sont immobilisés sur des billes de streptavidine, lavés et doucement libérés dans la solution en natif se forment par exposition à une lumière ~ 360 nm UV. La méthode UV-élution est très efficace, rapide et simple, ce qui donne une quantité suffisante de la snRNP U7 pour visualiser ses composantes par sliver coloration d’aussi peu que 100 µL de l’ extrait15. Le matériel UV-élué est exempt de protéines de fond et approprié pour l’analyse directe par spectrométrie de masse, des étapes de purification supplémentaire et des essais enzymatiques. La même méthode peut être adoptée pour la purification des autres complexes ARN/protéines qui nécessitent des sites de fixation de RNA relativement courtes. Biotine et l’éditeur de liens clivables-photo peuvent également être par covalence fixés à single – et ADN bicaténaire, potentiellement étendre la méthode d’élution UV pour la purification de divers complexes ADN/protéine.
Synthèse chimique des substrats de RNA contenant par covalence attaché biotine et l’éditeur de liens photo-clivables pratique qu’avec les séquences qui ne dépassent pas 65 ~ nucléotides, plus coûteuse et inefficace pour les séquences significativement plus longues. Pour résoudre ce problème, nous avons développé également une autre approche qui convient à des objectifs contraignants RNA beaucoup plus longues. Dans cette approche, l’ARN de n’importe quelle séquence de longueur et de nucléotide est généré en vitro par transcription T7 ou SP6 et recuite à un court oligonucléotide complémentaire qui contient de la biotine et l’éditeur de liens photo-clivables à l’extrémité 5′ (trans configuration). Le duplex qui en résulte est ensuite utilisé pour purifier les protéines de liaison individuelle ou complexes macromoléculaires streptavidine perles suivant le même protocole décrit pour les substrats de RNA contenant photo-clivables biotine attaché de façon covalente (CEI configuration). Avec cette modification, la biotine photo-clivables peut être utilisée en conjonction avec in vitro généré transcriptions, contenant des centaines de nucléotides, d’étendre la méthode d’élution UV pour la purification d’une large gamme d’ARN/protéines.
Protocol
Representative Results
Discussion
La méthode décrite ici est simple et outre incorporant un linker photo-clivables et l’étape d’élution UV ne diffère pas des méthodes couramment utilisées qui tirent parti de la très forte interaction entre la biotine et la streptavidine. L’étape d’élution UV est très efficace, généralement libérant plus de 75 % de l’ARN immobilisée et protéines de streptavidine beads, laissant derrière elle un fond important de protéines qui se lient non spécifiquement aux talons associées. En éliminant cet…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions nos collègues et collaborateurs pour leur contribution à nos travaux. Cette étude a été financée par les NIH accorder GM 29832.
Materials
| Streptavidin-Agarose | Sigma | S1638-5ML | |
| High-intensity, long-wave UV lamp | Cole-Parmer | UX-97600-00 | |
| Replacement bulb | Cole-Parmer | UX-97600-19 | 100 Watts Mercury H44GS-100M bulb emitting 366 nm UV light (Sylvania) |
| RNAs and oligonucleotides containing biotin and photo-cleavable linker in cis | Dharmacon (Lafayette, CO) or Integrated DNA Technologies, Inc. (Coralville, IA) | Requst a quote in Dharmacon | |
| Beckman GH 3.8 swing bucket rotor | Beckman | ||
| RiboMAX Large Scale RNA Production Systems (T7 polymerase) | Promega | P1300 | |
| RiboMAX Large Scale RNA Production Systems (SP6 polymerase) | Promega | P1280 | |
| Pierce Silver Stain Kit | ThermoFisher Scientific | 24612 |
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