Сайт Конкретные лизин ацетиляции гистонов для нуклеосомы Восстановление с использованием генетического расширения кода в Escherichia coli
Summary
Здесь мы представляем метод выражения ацетилированных белков гистона с помощью расширения генетического кода и собираем восстановленные нуклеосомы в пробирке.
Abstract
Ацетилированные белки гистона могут быть легко выражены в Escherichia coli кодирования мутанта, Nε-ацетил-лизин (AcK)-специфический Метаносарчина Мази пирролизин тРНК-синтезаз (MmAcKRS1) и его cognate tRNA (tRNAPyl) для сборки восстановленных мононуклеом с сайта конкретных ацетилированных гистонов. MmAcKRS1 и tRNAPyl доставляют AcK на место мутации янтаря в мРНК выбора во время перевода в Escherichia coli. Этот метод широко используется для включения AcK на участках лизина H3. Пирролизил-тРНА синтезаз (PylRS) также может быть легко развивались для включения других неканонических аминокислот (ncAAs) для сайта конкретной модификации белка или функционализации. Здесь мы подробно метод для включения AcK с использованием системы MmAcKRS1 в гистон H3 и интегрировать ацетилированные белки H3 в восстановленных мононуклеозом. Ацетилированные восстановленные мононуклеосомы могут быть использованы в биохимических и связывающих анализах, определении структуры и многое другое. Получение модифицированных мононуклеом имеет решающее значение для разработки экспериментов, связанных с открытием новых взаимодействий и пониманием эпигенетики.
Introduction
Мы использовали PylRS и tRNAPyl для синтеза и сборки восстановленных мононуклеосом с конкретными ацетилированными гистонами. PylRS оказался бесценным в качестве инструмента расширения генетического кода для производства белков с пост-трансляционными модификациями (PTMs) и был генетически эволюционировал, чтобы включить около 200 различных ncAAs. PylRS включает в себя на янтарной остановке кодон, устраняя конкуренцию с другими аминокислотами во время перевода. PylRS был впервые обнаружен в метамфетаминовых археев, и с тех пор был использован в химической биологии для включения новых реактивных химическихгрупп в белки 1,2.
MmAcKRS1 был создан из метаносаркина mazei PylRS и часто используется в нашей лаборатории для синтеза ацетилированныхбелков 3,4,5,6. MmAcKRS1 поставляет AcK на место мутации янтаря в мРНК выбора во время перевода в Escherichia coli. Этот метод ранее был использован для включения AcK на K4, K9, K14, K18, K23, K27, K36, K56, K64, и K79 histone H3 лизин сайтов для изучения деятельности Sirtuin 1, 2, 6, и 7 на ацетилированных мононуклеозом4,5,6. Здесь мы подробно этот метод, чтобы выразить ацетилированные гистоны и восстановить ацетилированные нуклеосомы.
Protocol
Representative Results
Discussion
Важно следовать этому протоколу во всех деталях во время эксперимента. Нуклеосомы не очень стабильны, и при определении этого протокола было допущено много проб и ошибок. Это ключ к удалению осадков на каждом шагу (или при наблюдении), потому что частицы могут легко вмешиваться в процес?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы поблагодарить д-ра Уэсли Вана за то, что он заложил основу для этого протокола и его ценного наставничества. Эта работа была частично поддержана Национальными институтами здравоохранения (Grants R01GM127575 и R01GM121584) и Фондом Уэлча (Grant A-1715).
Materials
| 0.5 M TE Buffer | NA | NA | 0.5 M NaCl, 20 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.8 |
| 1 M TE Buffer | NA | NA | 1 M NaCl, 20 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.8 |
| 100x TE Buffer | NA | NA | |
| 2 M TE Buffer | NA | NA | 2 M NaCl, 20 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.8 |
| 20 mM TE Buffer | NA | NA | 20 mM NaCl, 20 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 7.8 |
| 6 M GuHCl | 6M guanidinium chloride, 20 mM Tris, 500 mM NaCl, pH 8.0 | ||
| Acetyllysine | |||
| Column Wash Buffer | NA | NA | 6 M urea, 500 mM NaCl, 20 mM Tris, 20 mM imidazole pH 7.8 |
| Elution Buffer | NA | NA | |
| Fisherbrand Variable-Flow Chemical Transfer Pump | Fischer Scientific | 15-077-67 | |
| His-TEV protease | |||
| Histone Lysis Buffer | NA | NA | 60 mM Tris, 100 mM NaCl, 0.5% Triton-X100 (v/v), 1 mM PMSF pH 8.0 |
| Ni-NTA Resin | 6 M urea, 500 mM NaCl, 20 mM Tris, 250 mM imidazole, pH 7.8 | ||
| PCR Clean-Up Kit | Epoch Life Sicences | 2360050 | |
| Pellet Wash Buffer | NA | NA | 60 mM Tris, 100 mM NaCl, pH 8.0 |
| petDUET-His-SUMO-TEV-H4 | |||
| petDUET-His-TEV-H2A | |||
| petDUET-His-TEV-H2B | |||
| petDUET-His-TEV-H3 | |||
| pEVOL-AckRS | Addgene | 137976 | |
| pGEM-3z/601 | Addgene | 26656 | |
| Storage Buffer | NA | NA | 20 mM NaCl, 20 mM Tris, 20 mM NaCl, 1 mM EDTA, 20% glycerol, pH 7.8 |
| Thermocycler |
Riferimenti
- Srinivasan, G., James, C. M., Krzycki, J. A. Pyrrolysine encoded by UAG in Archaea: Charging of a UAG-Decoding specialized tRNA. Science. 296 (5572), 1459-1462 (2002).
- Wan, W., Tharp, J. M., Liu, W. R. Pyrrolysyl-tRNA synthetase: an ordinary enzyme but an outstanding genetic code expansion tool. Biochimica Et Biophysica Acta. 1844 (6), 1059-1070 (2014).
- Umehara, T., et al. N-Acetyl lysyl-tRNA synthetases evolved by a CcdB-based selection possess N-acetyl lysine specificity in vitro and in vivo. FEBS Letters. 586 (6), 729-733 (2012).
- Hsu, W. W., Wu, B., Liu, W. R. Sirtuins 1 and 2 are universal histone deacetylases. ACS Chemical Biology. 11 (3), 792-799 (2016).
- Wang, W. W., Zeng, Y., Wu, B., Deiters, A., Liu, W. R. A chemical biology approach to reveal Sirt6-targeted histone H3 sites in nucleosomes. ACS Chemical Biology. 11 (7), 1973-1981 (2016).
- Wang, W. W., et al. A click chemistry approach reveals the chromatin-dependent histone H3K36 deacylase nature of SIRT7. Journal of the American Chemical Society. 141 (6), 2462-2473 (2019).
- Liu, H., Naismith, J. H. An efficient one-step site-directed deletion, insertion, single and multiple-site plasmid mutagenesis protocol. BMC Biotechnology. 8 (1), 91 (2008).
- Young, T. S., Ahmad, I., Yin, J. A., Schultz, P. G. An enhanced system for unnatural amino acid mutagenesis in E. coli. Journal of Molecular Biology. 395 (2), 361-374 (2010).
- Gallego-Jara, J., Écija Conesa, A., de Diego Puente, T., Lozano Terol, G., Cánovas Díaz, M. Characterization of CobB kinetics and inhibition by nicotinamide. PLoS One. 12 (12), 0189689 (2017).
- Lowary, P. T., Widom, J. New DNA sequence rules for high affinity binding to histone octamer and sequence-directed nucleosome positioning. Journal of Molecular Biology. 276 (1), 19-42 (1998).
- Zhao, B., et al. The molecular basis of tight nuclear tethering and inactivation of cGAS. Nature. 587 (7835), 673-677 (2020).
- Burdette, D. L., Vance, R. E. STING and the innate immune response to nucleic acids in the cytosol. Nature Immunology. 14 (1), 19-26 (2013).
- Barber, G. N. Innate immune DNA sensing pathways: STING, AIMII and the regulation of interferon production and inflammatory responses. Current Opinion in Immunology. 23 (1), 10-20 (2011).
- Ablasser, A., et al. cGAS produces a 2′-5′-linked cyclic dinucleotide second messenger that activates STING. Nature. 498 (7454), 380-384 (2013).
- Gao, P., et al. Cyclic [G(2′,5′)pA(3′,5′)p] is the metazoan second messenger produced by DNA-activated cyclic GMP-AMP synthase. Cell. 153 (5), 1094-1107 (2013).
- Zhao, B., et al. A conserved PLPLRT/SD motif of STING mediates the recruitment and activation of TBK1. Nature. 569 (7758), 718-722 (2019).
