Migliorare il tasso di successo di cristallizzazione della proteina da Random Microseed Matrix Screening
Summary
Qui si descrive un metodo generale per lo screening matrice microseed casuale. Questa tecnica è indicata per aumentare in modo significativo il tasso di successo di cristallizzazione della proteina esperimenti di screening, ridurre la necessità di ottimizzazione, e di fornire un approvvigionamento affidabile di cristalli per la raccolta di dati ed esperimenti ligando-ammollo.
Abstract
Lo screening matrice microseed casuale (RMM) è una tecnica di cristallizzazione della proteina in cui cristalli di semi vengono aggiunti agli schermi casuali. Aumentando la probabilità che i cristalli crescono nella zona metastabile del diagramma di fase di una proteina, contatti supplementari cristallizzazione si ottengono spesso, la qualità dei cristalli prodotti può essere aumentata, e una buona scorta di cristalli per esperimenti di raccolta dati e da bagno sono forniti. Qui si descrive un metodo generale per RMM che possono essere applicati a entrambi seduti goccia o appesi esperimenti di diffusione di vapori goccia, stabiliti a mano o utilizzando la robotica di manipolazione dei liquidi, in formato vassoio 24-ben 96 pozzetti o.
Introduction
Dalla sua domanda iniziale da Perutz, Kendrew e collaboratori nel determinare le strutture di emoglobina e mioglobina, ai moderni ad alto rendimento condotte automatizzati di genomica strutturale consorzi, macromolecolare cristallografia a raggi X ci ha offerto uno scorcio strutturale senza precedenti nel mondo della proteina . Questa tecnica rimane il metodo sperimentale più ampiamente applicabile che permette la visualizzazione diretta della struttura delle proteine a atomico, o vicino risoluzione atomica (cioè nell'intervallo 1-3 Å). Un prerequisito per diffrazione di raggi X da applicare a una proteina è che deve prima essere cristallizzato, ed è questa fase del processo che resta il solo grande fattore limitante nella determinazione della struttura con metodi di diffrazione 1, 2. Nonostante i significativi progressi nella nostra comprensione del processo di cristallizzazione delle proteine, e notevoli miglioramenti nella qualità e disponibilità di schermi di cristallizzazione,vassoi e tecnologie correlate, resta impossibile prevedere in modo affidabile la probabilità di successo di cristallizzazione 3. Metodi biochimici e biofisici possono essere applicati per valutare se una proteina di interesse display caratteristiche favorevoli per la nucleazione e la crescita di cristallo, cioè è ben piegato, omogenea, monodisperse, ecc, tuttavia, queste intuizioni in alcun modo fornire un predittore definitiva di cristallizzazione propensione.
Seeding è stato a lungo preteso di essere un metodo praticabile per migliorare il numero, le dimensioni e la qualità dei cristalli esistenti o di materiale cristallino 4-7. Questo approccio si basa sul presupposto che una condizione che supporta cristallo nucleazione può non essere ottimale per la successiva crescita di cristalli e viceversa. Trasferendo materiale nucleate da una condizione all'altra, si può tentare di disaccoppiare efficacemente questi processi, dando così l'accesso al nuovo, ancora inesplorate spazio cristallizzazione,e di conseguenza aumentare il tasso di successo di un esperimento di screening. Metodi stabiliti sono stati documentati per (i) macroseeding, il trasferimento di un singolo cristallo in toto da una condizione all'altra 8, (ii) realizzato semina, il trasferimento di materiale nucleati, generalmente ottenuta mediante l'applicazione di pressione direzionale utilizzando ad esempio baffo di un gatto alla superficie di un cristallo esistente, seguita da successivo passaggio del baffo attraverso una nuova cristallizzazione goccia 9, e (iii) microseeding "classico", il trasferimento di cristallo "semi", generati dalla raccolta schiacciato cristalli (o cristallina materiale), in condizioni analoghe a quelle che hanno dato i semi 10. In particolare tutti e tre questi metodi sono molto tempo e poco scalabile, certamente in confronto a ciò che è realizzabile con le moderne di gestione dei liquidi robotica cristallizzazione. Questi fattori hanno contribuito, in qualche modo, almeno, alla percezione che le sementiing è un metodo di essere visitato solo quando altri metodi non sono riusciti a dare i suoi frutti.
Microseeding matrice casuale (RMM) è una innovazione metodologica recente che combina i vantaggi di microseeding tradizionale con quelle di screening ad alto rendimento e scalabilità 11-13. Questo approccio si basa sulla generazione di un archivio di sementi, prodotti a partire da materiale cristallino nucleate, che può essere frazionato in / su ciascun sub-well/coverslip all'interno di uno schermo di cristallizzazione 96-condizione standard. Questo metodo è applicabile sia seduto o appendere esperimenti di diffusione di vapori goccia, stabiliti a mano o utilizzando la robotica di manipolazione dei liquidi, in formato vassoio 96-ben 24 pozzetti o. RMM è stato dimostrato sperimentalmente per aumentare significativamente il tasso di successo di cristallizzazione, e produrre cristalli di una maggiore qualità e quantità 11, 13, 14 di diffrazione, e rappresenta uno strumento innovativo nell'arsenale dei cristallografi 'di approcci in ongoing sforzo verso il successo cristallizzazione. Qui si descrive un metodo generale per RMM e fornire dati di esempio che illustrano l'efficacia di questa tecnica.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo articolo abbiamo descritto un metodo generale per lo screening RMM la cristallizzazione della proteina. Abbiamo dimostrato con due proteine di prova di un aumento significativo nel tasso di successo di cristallizzazione con questo metodo. Analisi di diffrazione con radiazione di sincrotrone di un sottoinsieme di cristalli generati utilizzando RMM e metodi non RMM rivelato piccola variazione nella qualità di diffrazione tra i cristalli coltivati utilizzando entrambi i metodi, anche se gli autori pr…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato finanziato in parte dalla BBSRC (BB/1006478/1). PRR è il destinatario di un Royal Society University Research Fellowship.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| MRC 96 well crystallization trays | Molecular Dimensions Ltd | MD11-00-100 | Non-UV compatible, for screens established by robot |
| ClearView sealing sheets | Molecular Dimensions Ltd | MD6-01S | |
| Hen egg white lyzozyme | Sigma-Aldrich | L6876 | ~95% purity |
| Bovine liver catylase | Sigma-Aldrich | C9322 | >95% purity |
| Xylanase | Hampton Research | HR7-104 | |
| Thaumatin from Thaumatococcus daniellii | Sigma-Aldrich | T7630 | |
| Thermolysin from Bacillus thermoproteolyticus rokko | Sigma-Aldrich | P1512 | |
| JCSG-plus HT-96 screen | Molecular Dimensions Ltd | MD1-40 | For screens established by robot |
| PACT premier HT-96 screen | Molecular Dimensions Ltd | MD1-36 | For screens established by robot |
| Morpheus HT-96 screen | Molecular Dimensions Ltd | MD1-47 | For screens established by robot |
| Crystal Phoenix liquid handling system | Art Robbins Instruments | 602-0001-10 | |
| Seed bead kit | Hampton Research | HR2-320 | |
| Binocular stereo microscope | Leica | M165C | |
| Scalpel blades | Sigma-Aldrich | S2646-100EA | |
| ErgoOne 0.1-2.5 μl pipette | Starlab | S7100-0125 | |
| ErgoOne 2-20 μl pipette | Starlab | S7100-0221 | |
| ErgoOne 100-1000 μl pipette | Starlab | S7100-1000 | |
| JCSG-plus screen | Molecular Dimensions Ltd | MD1-37 | For screens established by hand |
| PACT premier screen | Molecular Dimensions Ltd | MD1-29 | For screens established by hand |
| Morpheus screen | Molecular Dimensions Ltd | MD1-46 | For screens established by hand |
| Tweezers | Sigma-Aldrich | T5415-1EA | |
| CrystalClene coverslips 18 mm | Molecular Dimensions Ltd | MD4-17 | |
| 2 ml glass Pasteur pipettes | Sigma-Aldrich | Z722669 | |
| Vortex mixer | Fisher Scientific | 02-215-360 | |
| 24 well XRL crystallization tray | Molecular Dimensions Limited | MD3-11 | For screens established by hand |
| 30% (w/v) PEG 8000, 0.2 M ammonium sulfate, 0.1 M sodium cacodylate pH 6.5 | |||
| 20% (w/v) PEG 8000, 0.2 M magnesium acetate, 0.1 M sodium cacodylate pH 6.5 | |||
| 20% (w/v) PEG 6000, 100 mM citric acid pH 5.0 |
Riferimenti
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