بروتوكول سهلة لتوليد بروتينات سيتيسبيسيفيكالي أسيتيلاتيد في الإشريكيّة القولونية

Summary

التوسع في الشفرة الجينية بمثابة أداة قوية لدراسة طائفة واسعة من العمليات البيولوجية، بما في ذلك أسيتيليشن البروتين. هنا نظهر بروتوكول سهلة لاستغلال هذه التقنية لتوليد البلوتينيوم أسيتيلاتيد البروتينات في مواقع معينة في خلايا الإشريكيّة القولونية .

Abstract

بوستترانسلاشونال التعديلات التي تحدث في مواقع محددة من البروتينات قد ثبت أن تلعب أدواراً هامة في مجموعة متنوعة من العمليات الخلوية. فيما بينها، أسيتيليشن يسين عكسها واحد لتوزيعها على نطاق واسع في جميع مجالات الحياة. على الرغم من أن تم إجراء العديد من الدراسات أسيتيلومي الجماعي القائم على قياس الطيف الكتلي، كذلك وصف هذه الأهداف acetylation المفترضة كانت محدودة. أحد الأسباب المحتملة هو أن من الصعب لتوليد بروتينات أسيتيلاتيد بحتة في المواقف المطلوبة بمعظم النهج البيوكيميائية الكلاسيكية. للتغلب على هذا التحدي، تم تطبيق تقنية توسيع الشفرة الجينية لاستخدام الزوج من متغير سينثاتيز المهندسة بيروليسيل-الحمض الريبي النووي النقال، والمشابهة لها الحمض الريبي النووي النقال من أنواع ميثانوسارسيناسيي ، وتوجيه إدماج كوترانسلاشونال من أسيتيليسيني في موقع محدد في بروتين الفائدة. بعد التطبيق الأول في الدراسة من acetylation هستون، سهلت هذا النهج acetylation دراسات بشأن مجموعة متنوعة من البروتينات. في هذا العمل، أثبتنا بروتوكول السطحية لإنتاج البروتينات سيتيسبيسيفيكالي أسيتيلاتيد باستخدام نموذج بكتيريا الإشريكيّة القولونية كالمضيف. مالات نازعة كمثال مظاهرة في هذا العمل.

Introduction

تعديلات بوستترانسلاشونال (بتمس) من البروتينات التي تحدث بعد عملية الترجمة، وتنشأ عن إضافة المجموعات الوظيفية التساهمية لمخلفات الأحماض الأمينية، تضطلع بأدوار هامة في تقريبا جميع العمليات البيولوجية، بما في ذلك الجينات النسخ واستجابة الإجهاد والتمايز الخلوي والتمثيل الغذائي^1،،من²³. وحتى الآن، حوالي 400 مميزة قد بتمس المحددة⁴. المعضلة من الجينوم والبروتين يتم تضخيمه إلى حد كبير من قبل بتمس البروتين، كما أنها تنظم نشاط البروتين والتعريب، وتؤثر على التفاعل مع جزيئات أخرى مثل البروتينات والأحماض النووية والدهون والعوامل المساعدة⁵.

وقد أسيتيليشن البروتين في طليعة الدراسات بتمس في آخر عقدين^6،،من^{78،9،10،11،12}. أسيتيليشن يسين كان أول من اكتشف في هيستونيس منذ أكثر من 50 عاماً^13،14، قد تم التدقيق جيدا، ومن المعروف أن توجد في أكثر من 80 من عوامل النسخ، والمنظمين، ومختلف البروتينات^{15، ،}من ¹⁶¹⁷. دراسات في أسيتيليشن البروتين قد وفر لنا فهما أعمق لآلياتها التنظيمية، بل يسترشد أيضا علاجات لعدد من الأمراض الناجمة عن اختلال أسيتيليشن^{18،19، 20 , 21 , 22 , 23}-وكان يعتقد أن acetylation يسين يحدث فقط في حقيقيات النوى، ولكن الدراسات التي أجريت مؤخرا أظهرت أن acetylation البروتين كما تلعب أدواراً رئيسية في فسيولوجيا البكتيريا، بما في ذلك إنزيمية ومقاومة الأحماض والتنشيط وتحقيق الاستقرار في جزر الإمراضية وضراوة الأخرى المتعلقة بالبروتينات^24،25،،من^2627،،من²⁸²⁹.

باستخدام طريقة شائعة المتحلل تميز acetylation يسين الطفرات الموجهة من الموقع. الجلوتامين كتقليد أسيتيليسيني بسبب حجمها وقطبية مماثلة. ويستخدم ارجينين كتقليد يسين غير أسيتيلاتيد، نظراً لأنه يحتفظ تهمة إيجابية في ظل الظروف الفسيولوجية ولكن لا يمكن أن يكون أسيتيلاتيد. ومع ذلك، كلا يقلد ليست إيسوستيريس حقيقية ولا تسفر دائماً عن النتائج المتوقعة³⁰. النهج الأكثر صرامة لتوليد بروتينات أسيتيلاتيد البلوتينيوم في المخلفات يسين محددة، التي من الصعب أو المستحيل على الأساليب الأكثر كلاسيكية بسبب ستويتشيوميتري منخفض من acetylation يسين في الطبيعة^7،11. وقد تم متدهور هذا التحدي في استراتيجية التوسع في الشفرة الجينية، التي توظف هندسة بيروليسيل-الحمض الريبي النووي النقال سينثاتيز البديل من الأنواع ميثانوسارسيناسيي لشحن الحمض الريبي النووي النقال^{برونتوسوروس} مع أسيتيليسيني، يستخدم المضيف الآلات متعدية لقمع الفريق الاستشاري وقف كودون في مرناً، ويوجه إدماج أسيتيليسيني في موقف مصممة ل البروتين المستهدف³¹. في الآونة الأخيرة، ونحن الأمثل هذا النظام مع الإنكليزية والفرنسية-تو-ملزمة الحمض الريبي النووي النقال تحسين³² ورفع مستوى أسيتيليسيل-الحمض الريبي النووي النقال سينثاتيز³³. وعلاوة على ذلك، نحن طبقت هذا النظام إدماج تعزيز الدراسات acetylation مالات نازعة³⁴ وتيروسيل-الحمض الريبي النووي النقال سينثاتيز³⁵. هنا، علينا أن نظهر البروتوكول من أجل توليد بروتينات أسيتيلاتيد بحتة من الاستنساخ الجزيئي لتحديد الهوية الكيميائية الحيوية باستخدام نازعة مالات (MDH)، الذي درسناه على نطاق واسع كمثال تتضح.

Protocol

1-موقع الموجه الطفرات الجينات المستهدفة ملاحظة: يتم التعبير عن MDH تحت T7 المروج في ناقل ثنائي بنزوفيوران متعدد الكلور-1 مع مصدر CloDF13 وعدد نسخة من 20 إلى 4034. إدخال كودون وقف العنبر في موقف 140 في الجينات بالاشعال (الأمام التمهيدي: جتجتتاتجاكعلامة</str…

Representative Results

عائد البروتين MDH أسيتيلاتيد كان 15 ملغ في الثقافة 1 لتر، بينما من البرية من نوع MDH 31 ملغ في الثقافة 1 لتر. تم تحليل البروتينات المنقاة من الحزب الديمقراطي الصربي صفحة كما هو مبين في الشكل 1. MDH البرية من نوع كمراقبة إيجابية34. البروتين تنقيته من الخ?…

Discussion

ويستند إدراج الوراثية للأحماض الأمينية نونكانونيكال (ncAAs) قمع كودون المعينة، معظمهم إيقاف العنبر كودون الفريق الاستشاري^{36،37،38،39}، بالحمض الريبي النووي النقال المشحون نكا تحتوي على أنتيكودون المقابلة. وكما هو معروف، كو…

Materials

Bradford protein assay	Bio-Rad	5000006	Protein concentration
4x Laemmli Sample Buffer	Bio-Rad	1610747	SDS sample buffer
Coomassie G-250 Stain	Bio-Rad	1610786	SDS-PAGE gel staining
4-20% SDS-PAGE ready gel	Bio-Rad	4561093	Protein determination
Ac-K-100 (HRP Conjugate)	Cell Signaling	6952	Antibody
IPTG	CHEM-IMPEX	194	Expression inducer
Nε-Acetyl-L-lysine	CHEM-IMPEX	5364	Noncanonical amino acid
PD-10 desalting column	GE Healthcare	17085101	Desalting
Q5 Site-Directed Mutagenesis Kit	NEB	E0554	Introducing the stop codon
BL21 (DE3) cells	NEB	C2527	Expressing strain
QIAprep Spin Miniprep Kit	QIAGEN	27106	Extracting plasmids
Ni-NTA resin	QIAGEN	30210	Affinity purification resin
nicotinamide	Sigma-Aldrich	N3376	Deacetylase inhibitor
β-Mercaptoethanol	Sigma-Aldrich	M6250	Reducing agent
BugBuster Protein Extraction Reagent	Sigma-Aldrich	70584	Breaking cells
Benzonase nuclease	Sigma-Aldrich	E1014	DNase
ECL Western Blotting Substrate	ThermoFisher	32106	Chemiluminescence
Premixed LB Broth	VWR	97064	Cell growth medium
Bovine serum albumin	VWR	97061-416	western blots blocking