Site-Specifically 생성 하는 손쉬운 프로토콜 Acetylated 대장균 에서 단백질
Summary
유전자 코드 확장 acetylation 단백질을 포함 한 생물 학적 과정의 넓은 범위를 공부 하는 강력한 도구 역할을 합니다. 여기 균질 생성 하기 위한이 기술을 악용 하는 손쉬운 프로토콜 acetylated 단백질 대장균 세포에 특정 사이트에 설명 합니다.
Abstract
포스트 번역 상 수정 단백질의 특정 위치에서 발생 하는 다양 한 세포질 프로세스에서에서 중요 한 역할을 보여왔다. 그 중, 가역 lysine acetylation 생활의 모든 영역에서 가장 넓게 분배 된 중 하나입니다. 수많은 acetylome 질량 분석 기반 연구를 수행 하는 있지만 더이 상 상속 acetylation 대상의 제한 되었습니다. 가능한 이유 하나 대부분 클래식 생 화 확 적인 방법에 의해 원하는 위치에 순전히 acetylated 단백질을 생성 하기 어렵습니다. 이 문제를 해결 하려면 유전자 코드 확장 기술 cotranslational 설립을 직접 설계 pyrrolysyl-tRNA 합성 변종, Methanosarcinaceae 종에서 그것의 동족 tRNA의 쌍을 사용 하 여 적용 된 관심사의 단백질에 특정 사이트에 acetyllysine의. Histone acetylation의 연구에서 첫 번째 응용 프로그램, 후이 이렇게 다양 한 단백질에 acetylation 연구 촉진 했다. 이 작품에서는, 우리는 호스트 모델 박테리아 대장균 을 사용 하 여 site-specifically acetylated 단백질을 생산 하는 손쉬운 프로토콜을 증명 하고있다. Malate 효소는이 작품에서 데모 예제로 사용 되었습니다.
Introduction
포스트 번역 상 수정 (PTMs) 단백질의 번역 과정 후 발생 하 고 공유 추가 기능 그룹에서 발생 하는 아미노산 잔류물, 유전자를 포함 하 여 거의 모든 생물 학적 과정에 중요 한 역할을 재생을 전사, 스트레스 반응, 세포 분화, 및 물질 대사1,2,3 날짜 하려면, 약 400 독특한 PTMs 확인된4되었습니다. 게놈과는 프로테옴의 intricacy는 단백질 PTMs로 대부분 증폭 단백질 활동 및 지역화, 고 단백질, 핵 산, 지질, 및 공동 인자5등 다른 분자와 상호 작용에 영향을 미칠.
단백질 acetylation 지난 2 년간6,7,,89,10,11,12PTMs 연구의 최전선에 왔다. Lysine acetylation 처음 발견 되었다 히스톤에 이상의 50 년 전13,14은 잘 조사 되어, 80 개 이상의 녹음 방송 요인, 레 귤 레이 터, 및 다양 한 단백질15에 알려져 있다 16,17. 단백질 acetylation에 대 한 연구 뿐만 아니라, 규제 메커니즘의 깊은 이해를 제공 하지만 다양 한 역 기능 acetylation18,19, 로 인 한 질병에 대 한 치료 가이드 20 , 21 , 22 , 23. lysine acetylation 진핵생물에서 발생 하지만 최근 연구는 단백질 acetylation 또한 세균 생리학, chemotaxis, 내 산 성, 활성화 및 안정화를 포함 하 여 주요 역할 재생 믿어 pathogenicity 섬과 다른 독성 단백질24,25,26,27,,2829관련.
Lysine acetylation 화학적 특성을 일반적으로 사용 되는 방법은 사이트 지시 된 mutagenesis 사용 하는. 글루타민은 비슷한 크기와 극성 때문에 acetyllysine의 모방으로 사용 됩니다. 아르기닌은 생리 적인 조건 하에서 그것의 긍정적인 요금을 유지 하지만 acetylated 수 없습니다 비 acetylated lysine 모방으로 활용 됩니다. 그러나, 두 모방 하지 진짜 isosteres 이며 항상 예상된 결과30를 생성 하지 않습니다. 가장 엄격한 접근은 어렵거나 lysine acetylation 자연7,11의 낮은 산출할 인해 가장 고전적인 방법에 대 한 특정 리 진 잔류물에 균질 acetylated 단백질을 생성 하는 것입니다. 이 문제는 설계 pyrrolysyl-tRNA 합성을 사용 하 여 유전자 코드 확장 전략에 의해 unraveled 되었습니다 tRNA 충전 Methanosarcinaceae 종에서 벗어나 acetyllysine와Pyl 활용 호스트 변환 기계는 UAG를 억제 하는 mRNA에 codon를 중지 하 고 대상 단백질31의 설계 위치에 acetyllysine의 지휘. 최근에, 우리는 향상 된 EF-부 엉-바인딩 tRNA32 와 업그레이드 된 acetyllysyl-tRNA 합성33이 시스템을 최적화 했습니다. 또한, 우리는 malate 효소34 와 tyrosyl-tRNA 합성35의 acetylation 연구에서이 향상 된 통합 시스템을 적용 했습니다. 여기, 우리가 우리가 광범위 하 게 실증 사례로 공부 malate 효소 (MDH)를 사용 하 여 생화학 식별 분자 클로닝에서 순전히 acetylated 단백질을 생성 하기 위한 프로토콜을 보여 줍니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
비정규 아미노산 (ncAAs)의 유전 결합 ncAA 청구 tRNA에 의해 할당 된 codon, 주로는 황색 정지 codon UAG36,37,38,39의 억제에 기반 해당 anticodon 포함 하. UAG codon 릴리스 요소-1 (RF1) 박테리아에 의해 인식 된다로 알려져 있다 그리고 그것은 또한 억제할 수 있습니다 의해 정식 아미노산 (cAAs)로 청구 하는 호스트에?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NIH (AI119813), 아칸소 대학에서에서 시작 및 아칸소 생명과학 연구소에서 수상에 의해 지원 되었다.
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 |
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