의 적용<em> 체외</emDPS 단백질의 스트레스 중재 속성을 시각화> DNA 보호 분석
Summary
굶주린 세포 (DPS)에서 DNA-결합 단백질은 세균의 스트레스를 퇴치에 중요한 역할을한다. 이 문서의 정화에 대해 설명합니다<em> E. 대장균</em> 공격력과에 대한 프로토콜<em> 체외에서</em> 분석은 활성 산소에 의해 분해로부터 DNA의 DPS – 중재 보호를 시연.
Abstract
산화 스트레스는 유산소 생활의 피할 수없는 부산물이다. 산소 분자 지상파 신진 대사를 위해 필수적이며,뿐만 아니라 살아있는 유기체 내의 많은 손상 반응에 참여합니다. 삶에 대한 또 다른 중요한 화합물이다 호기성 대사와 철의 결합은 펜톤 화학을 통해 래디 칼을 생산하고 세포 구성 요소를 분해하기 위해 충분하다. DNA 수리 멀리 사소한에서 그대로 DNA 저하, 틀림없이 세포 내 활성 산소를 포함하는 가장 유해한 프로세스입니다. 이 문서에서 제시된 분석은 급진적 인 매개 DNA 손상에 대한 분자와 효소의 효과를 측정하고 시각화하는 정량 기법을 제공합니다.
DNA 보호 분석은 단백질이나 화학 물질의 보호 속성의 체외 특성화, 간단한 빠르고 강력한 도구입니다. 그것은 손상 산화 반응에 DNA를 노출하고 그 화합물의 농도를 다양하게 추가 포함. 화합물의 농도의 함수로 DNA 손상의 감소 또는 증가는 다음 겔 전기 영동을 사용하여 시각화합니다. 이 문서에서 우리는 굶주린 세포 (DPS)에서 DNA-결합 단백질의 보호 특성을 측정하여 DNA 보호 분석의 기법을 보여줍니다. 공격력이 강력하게 환경 스트레스에 대처하기 위해 300 개 이상의 박테리아에 의해 이용되는 미니 페리틴입니다. 여기에서 우리는 DPS 정화 프로토콜과 DPS에 의해 DNA의 보호를 평가하기위한 최적의 분석 조건을 제시한다.
Introduction
호기성 생물은 끊임없이 자신의 DNA뿐만 아니라 다른 중요한 생물학적 거대 분자를 손상시킬 수있는 반응성 산소 종으로 주장해야합니다. 산화 손상의 독성을 중화하는 하나의 강력한 도구 굶주린 세포 (DPS)에서 DNA 결합 단백질이다. 굶주린 E.에서 1992 년 발견 이후 대장균 문화 1, 공격력이 박테리아와 archaebacteria 2의 300 개 이상의 종에서 발견되었습니다. 정지 단계 동안 초당 엄청난 상향 조절은 E의 가장 높은 표현 핵 양체 – 관련 단백질을 만든다 기아 상태 3, 4 이하 대장균. 또한, DPS는 기아, 높은 철 농도, 자외선 노출, 열 충격 및 산화 스트레스 5, 6을 (를) 포함하여 많은 다양한 스트레스 동안 세균의 생존과 DNA의 무결성을 모두 보존하기 위해 표시되었습니다.
12 단량체, w의 안정적인 호모 중합체 복합에 구조적, DPS는 자기 동료의 hich은 구형 빈 껍질로 조립합니다. ~ 4.5 nm의 넓은 내부 구멍은 작은 분자 (7)의 통과를 허용 모공을 통해 용매를 외부에 액세스 할 수 있습니다, 그것은 철 8과 같은 광물 금속을 격리 할 수 있습니다. DPS의 보호 효과가 아닌 특정 DNA 바인딩 1, ferroxidase 활동 및 철 저장 8 등의 여러 가지 생화학 적 활동에서 파생됩니다.
DPS의 유익한 생화학 활동의 자세한 연구는 먼저 정화가 필요합니다. DPS는뿐만 아니라 다른 단백질 분리뿐만 아니라, 바인드 된 DNA 7에서해야하므로 초당 정화는 정교한 절차입니다. 우리 최적의 정화 과정은 두 이온 교환 컬럼과 황산 암모늄 침전 단계로 구성된, 많은 일반적인 기술을 사용합니다. 고도로 집중된 공격력이 낮은 소금 조건에서 용액 침전 수있는 여러 버퍼 교환이 필요합니다. 일단 DPS 단백질은 정제 된, 그것은 직접 ferroxidase 활동 8, DNA-결합 양론 9, 철 결합 10의 메커니즘을 측정 분석에 적용 할 수 있습니다. 정제 DPS는 다른 잠재적 인 응용 프로그램이 있습니다. DPS의 안정 중공 구형 구조는 단백질 캐비티 내부 11 소수성 입자를 저장하기위한 발판으로 사용되어 반응 챔버 소설 자성 나노 입자에게 12 합성하는 것 같이.
활성 산소로 인한 손상을 중재하는 초당 공격력의 보호 능력은 명확해야하며 직접 DNA 보호 분석 13, 14을 사용하여 설명 할 수 있습니다. 철 펜튼 화학을 통해 H 2 O 2 분해를 촉진 할 때 체외 과정에서이, 라디칼이 생성됩니다. 이러한 활성 산소를 직접 반응에서 DNA 선물을 손상하고 완전하게 높은 농도를 저하시킬 수 있습니다. 두 가지 주요 DPS 활동은 직접 Fent의 효과를 방해 할 수 두에 매개 급진적 인 생산. DPS는 프로세스에 사용할 수있는 과산화수소를 소모 광물을 촉매 철의 농도를 낮춘다. 또한, DNA에 바인딩 초당 잠재적으로 유리기 손상으로부터 물리적으로 보호하고 덜 반응 표면적이 작은 볼륨으로 그것을 응축 수 있습니다. 이 두 속성의 조합은 잘 보호 DPS 활동을 측정하는 목적에 적합한 DNA 보호 분석을합니다.
DNA 보호 분석은 매우 다재다능하고 DPS 특성을 넘어 다양한 애플리케이션에 사용될 수 있습니다. 유리기 손상은 세포의 스트레스의 일반적인 형태이고, 많은 다른 단백질과 화학 물질을 중화하는 데 사용됩니다. 유리기 손상에 대한 마커로 DNA의 무결성을 사용하여 분석의 일반적인 원칙은 거의 모든 라디칼 생산 반응 또는 방해를 에이전트와 함께 사용할 수 있습니다. 다른 사람의 사이에서, 분석은 성공적으로 항산화 특성을 결정하는 데 사용되었습니다K.의 수산기 손상 중재 16 요산의 효과를 특성화하고, 모피 전사 조절 단백질 17의 기능에 새로운 통찰력을 얻기 위해 식품 산업 15에 사용의 paniculata 압축을 풉니 다.
발표 논문에서 분석의 다양한 사용에도 불구하고, 우리는 처음으로 많은 연구자에 대한 불필요 힘든 프로세스에 대한 분석을 설정하게되는 많은 최적화 및 문제 해결 단계가 필수 였을 것으로 나타났습니다. 우리는이 문서에서 제시 프로토콜 항목이 장벽을 제거하는 것을 목표로하고있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 문서에 설명 된대로 공격력의 정화 과정은 매우 강력합니다. 순도는 지속적으로 (> 99 %) 고하고있다, 다른 단백질 보이는 밴드로 SDS-PAGE 젤에 표시되지 않습니다. DPS의 매우 높은 농도로 배양 할 때 부분적으로 DNA의 분해에 의해 입증 그럼에도 불구하고, 정제 된 DPS의 일부 일괄 처리, 핵산의 활동이 나타납니다. 이것은 우리가 정화를 통해 제거 할 수 없었던 낮은 농도에서 높은 활성 DNases의 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 미카엘라 데 마르티노, 윌프레드 R. 하겐, 유용한 토론 Kourosh Honarmand Ebrahimi에 감사합니다. 이 작품은 기술의 델프트 대학에서 기금을 시작으로 지원되었다.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number |
| BL21(DE3)pLysS competent cells | Promega | L1195 |
| pET-17b DNA | EMD-Millipore | 69663-3 |
| LB broth powder | Sigma-Aldrich | L3022 |
| Ampicillin sodium salt | Sigma-Aldrich | A0166 |
| Chloramphenicol | Sigma-Aldrich | C0378 |
| IPTG | Sigma-Aldrich | I6758 |
| HEPES | BDH | 441476L |
| Potassium hydroxide | Merck | 105033 |
| Sodium chloride | VWR | 443824T |
| EDTA | Sigma-Aldrich | E9884 |
| Protease Inhibitor Cocktail Set III | EMD-Millipore | 539134 |
| DEAE-Sepharose | Sigma-Aldrich | DFF100 |
| Ammonium sulphate | Sigma-Aldrich | A4418 |
| PD-10 Desalting Columns | GE Healthcare LS | 17-0851-01 |
| SP-Sepharose | Sigma-Aldrich | S1799 |
| Amicon Ultra Centr. Filter (10K MWCO) | Millipore | UFC901024 |
| Ferrous Sulphate heptahydrate | Sigma-Aldrich | F8048 |
| Hydrogen peroxide solution | Sigma-Aldrich | 216763 |
| MOPS | Calbiochem | 475898 |
| SDS solution | Bio-Rad | 161-0418 |
| Ethidium bromide | Sigma-Aldrich | E1510 |
| Equipment | Company | Model |
| Static incubator | Hettich | INE500 |
| Shaking Incubator | New Brunswick Sc. | Inova 44 |
| Cooled centrifuge | Beckman Coulter | Avanti J-E |
| Table-top centrifuge | Eppendorf | 5424 |
| Cell disrupter | Constant Systems Ltd. | TS2/40/AA/AA |
| FPLC Purifier | General Electric | AKTA |
| Airtight vials | Cole-Parmer | EW-08918-85 |
| Syringe needles | BD | 305128 |
| Pipettes | Eppendorf | Z683779-1EA, Z683795-1EA |
References
- Almiron, M., Link, A. J., Furlong, D., Kolter, R. A novel DNA-binding protein with regulatory and protective roles in starved Escherichia coli. Genes Dev. 6, 2646-2654 (1992).
- Chiancone, E., Ceci, P. The multifaceted capacity of Dps proteins to combat bacterial stress conditions: Detoxification of iron and hydrogen peroxide and DNA binding. Biochimica et biophysica acta. 1800 (8), 798-805 (2010).
- Ali Azam, T., Iwata, A., Nishimura, A., Ueda, S., Ishihama, A. Growth phase-dependent variation in protein composition of the Escherichia coli nucleoid. J. Bacteriol. 181 (20), 6361-6370 (1999).
- Grainger, D. C., Goldberg, M. D., Lee, D. J., Busby, S. J. Selective repression by Fis and H-NS at the Escherichia coli dps promoter. Molecular Microbiology. 68 (6), 1366-1377 (2008).
- Martinez, A., Kolter, R. Protection of DNA during oxidative stress by the nonspecific DNA-binding protein Dps. J. Bacteriol. 179 (16), 5188-5194 (1997).
- Nair, S., Finkel, S. E. Dps protects cells against multiple stresses during stationary phase. J. Bacteriol. 186 (13), 4192-4198 (2004).
- Grant, R. A., Filman, D. J., Finkel, S. E., Kolter, R., Hogle, J. M. The crystal structure of Dps, a ferritin homolog that binds and protects DNA. Nat. Struct. Biol. 5 (4), 294-303 (1998).
- Zhao, G., Ceci, P., et al. Iron and hydrogen peroxide detoxification properties of DNA-binding protein from starved cells. A ferritin-like DNA-binding protein of Escherichia coli. J. Biol. Chem. 277 (31), 27689-27696 (2002).
- Ceci, P., Cellai, S., et al. DNA condensation and self-aggregation of Escherichia coli Dps are coupled phenomena related to the properties of the N-terminus. Nucleic Acids Res. 32 (19), 5935-5944 (2004).
- Ilari, A., Ceci, P., Ferrari, D., Rossi, G. L., Chiancone, E. Iron incorporation into Escherichia coli Dps gives rise to a ferritin-like microcrystalline core. J. Biol. Chem. 277 (40), 37619-37623 (2002).
- Swift, J., Wehbi, W. A., et al. Design of functional ferritin-like proteins with hydrophobic cavities. Journal of the American Chemical Society. 128 (20), 6611-6619 (2006).
- Ceci, P., Chiancone, E., et al. Synthesis of iron oxide nanoparticles in Listeria innocua Dps (DNA-binding protein from starved cells): a study with the wild-type protein and a catalytic centre mutant. 화학. 16 (2), 709-717 (2010).
- Ceci, P., Ilari, A., Falvo, E., Chiancone, E. The Dps protein of Agrobacterium tumefaciens does not bind to DNA but protects it toward oxidative cleavage: x-ray crystal structure, iron binding, and hydroxyl-radical scavenging properties. The Journal of Biological Chemistry. 278 (22), 20319-20326 (2003).
- Su, M., Cavallo, S., Stefanini, S., Chiancone, E., Chasteen, N. D. The so-called Listeria innocua ferritin is a Dps protein. Iron incorporation, detoxification, and DNA protection properties. 생화학. 44 (15), 5572-5578 (2005).
- Kumar, M. Protective effects of Koelreuteria paniculata Laxm. on oxidative stress and hydrogen peroxide-induced DNA damage. Phytopharmacology. 1 (5), 177-189 (2011).
- Stinefelt, B., Leonard, S. S., Blemings, K. P., Shi, X., Klandorf, H. Free radical scavenging, DNA protection, and inhibition of lipid peroxidation mediated by uric acid. Annals of Clinical and Laboratory Science. 35 (1), 37-45 (2005).
- Lopez-Gomollon, S., Sevilla, E., Bes, M. T., Peleato, M. L., Fillat, M. F. New insights into the role of Fur proteins: FurB (All2473) from Anabaena protects DNA and increases cell survival under oxidative stress. The Biochemical Journal. 418 (1), 201-207 (2009).
- Ebrahimi, K. H., Hagedoorn, P. L., Hagen, W. R. Inhibition and stimulation of formation of the ferroxidase center and the iron core in Pyrococcus furiosus ferritin. Journal of Biological Inorganic Chemistry. 15 (8), 1243-1253 (2010).
- Smith, F. E., Herbert, J., Gaudin, J., Hennessy, D. J., Reid, G. R. Serum iron determination using ferene triazine. Clinical Biochemistry. 17 (5), 306-310 (1984).
