利甘德分析(DRaCALA)的微分径向毛细管作用可用于使用ORFeome库识别生物体的小配体结合蛋白。
在过去的十年里,细菌生理学中对小信号分子的理解取得了巨大的进步。特别是,在模型生物体中系统地识别和研究了几个核苷酸衍生的二次信使(NSM)的目标蛋白质。这些成就主要归功于一些新技术的发展,包括捕获复合技术和配体检测(DRaCALA)的微分径向毛细管作用,这些技术被用来系统地识别这些小分子的目标蛋白质。本文描述了使用NSM,瓜诺辛五角星和四磷酸盐(p)pppGpp,作为DRACALA技术的例子和视频演示。使用DRaCALA,在模型有机体 Escherichia大肠杆菌 K-12中发现了20种已知蛋白质中的9种,以及12种新靶蛋白(p)pppGpp,显示了这种测定的力量。原则上,DRACALA可用于研究可标有放射性同位素或荧光染料的小配体。这里讨论了 DRACALA 的关键步骤、优点和缺点,以便进一步应用此技术。
细菌使用几个小信号分子来适应不断变化的环境1,2。例如,自动诱导剂,N-乙酰异丙胺乳酮及其改良的寡肽,调解细胞间细菌之间的交流,以协调人群行为,这种现象被称为法定人数感应2。另一组小信号分子是NSM,包括广泛研究的环状腺苷单磷酸盐(cAMP)、环二聚氨酸、环状二磷酸盐(环二磷酸盐)和瓜诺辛五磷酸盐和四磷酸盐(p)pppGpp1。细菌产生这些NSM作为对各种不同压力条件的反应。一旦产生,这些分子结合到他们的目标蛋白质,并调节几个不同的生理和代谢途径,以应付遇到的压力,提高细菌的生存能力。因此,识别目标蛋白是破译这些小分子分子功能的必然前提。
在过去的十年里,对这些小信号分子的了解激增,这主要是因为一些技术创新揭示了这些小分子的目标蛋白质。其中包括捕获复合技术3,4,5,和配体检测(DRaCALA)6的微分径向毛细管作用,本文将讨论。
DRaCALA 由文森特·李和同事于 2011年 6 月发明,它部署了硝基纤维素膜的能力,以微分隔离无蛋白质和蛋白质结合的配体。蛋白质等分子不能扩散到亚硝基纤维素膜上,而小配体(如NSM)能够扩散。通过将NSM(例如ppGpp)与要测试的蛋白质混合,并在膜上发现它们,可以预期两种情况(图1):如果(p)ppppp与蛋白质结合,放射性标签(p)pppGpp将由蛋白质保留在点的中心,并且不会向外扩散,从而给出一个强烈的小点(即, 强烈的放射性信号)在磷构体下。然而,如果(p)pppGpp不与蛋白质结合,它将自由向外扩散,产生一个具有均匀背景放射性信号的大点。
此外,如果蛋白质存在足够的量,DRACALA可以检测小分子和整个细胞解剖中未纯化蛋白质之间的相互作用。这种简单性允许使用 DRACALA 使用 ORFeome 表达库快速识别蛋白质靶点。事实上,使用 DRaCALA 系统地识别了 cAMP7、环形二安培8、环形二聚氰化物9、10和 (p) pppGpp 11、12、13 的目标蛋白质。本视频文章以 (p) ppGpp 为例,演示和描述成功进行 DRACALA 筛查的关键步骤和考虑因素。值得注意的是,强烈建议在执行 DRACALA 之前,结合本文阅读对 DRACALA14进行更详尽的描述。
图1:德拉卡拉(A)示意图分析原理。有关详细信息,请参阅文本。(B) 约束分数的量化和计算。有关详细信息,请参阅文本。简言之,DRaCALA 点将通过绘制两个圆圈来分析,这些圆圈将整个点和内部暗点(即由于测试蛋白质的结合而保留的 (p)pPpGpp)。特定的结合信号是减去非特定背景信号(按A1×计算(S 2-S 1)/(A2-A1)后内圈(S1)的放射性信号。结合分数是除以总放射性信号 (S2) 的特定绑定信号。缩写: Dracala = 利甘德分析的差速径向毛细管操作;(p) ppgpp = 瓜诺辛五角星和四磷酸盐;RT = 室温。请单击此处查看此图的较大版本。
进行 DRACALA 筛查的关键步骤之一是获得良好的全细胞解解。首先,测试的蛋白质应大量和可溶性地生产。其次,细胞的裂解应完成,裂解剂的粘度必须极小。酶的加入和三个冷冻-解冻周期的使用往往足以完全解冻细胞。然而,释放的染色体DNA使溶质粘稠,并产生高背景结合信号,导致误报如图3B,C所示。为了减轻这种情况,可以使用来自S.马塞森的Dnase 1?…
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到向YAZ提供的NNF项目赠款(NNF19OC0058331)以及根据玛丽·斯考多夫斯卡-居里赠款协议(No 801199)向MLS提供的欧洲联盟地平线2020研究和创新方案的支持。
32P-α-GTP | Perkinelmer | BLU006X250UC | |
96 x pin tool | V&P Scientific | VP 404 | 96 Bolt Replicator, on 9 mm centers, 4.2 mm Bolt Diameter, 24 mm long |
96-well V-bottom microtiter plate | Sterilin | MIC9004 | Sterilin Microplate V Well 611V96 |
Agar | OXOID – Thermo Fisher | LP0011 | Agar no. 1 |
ASKA collection strain | NBRP, SHIGEN, JAPAN | Ref: DNA Research, Volume 12, Issue 5, 2005, Pages 291–299. https://doi.org/10.1093/dnares/dsi012 | |
Benzonase | SIGMA | E1014-25KU | genetically engineered endonuclease from Serratia marcescens |
Bradford Protein Assay Dye | Bio-Rad | 5000006 | Reagent Concentrate |
DMSO | SIGMA | D8418 | ≥99.9% |
DNase 1 | SIGMA | DN25-1G | |
gel filtration10x300 column | GE Healthcare | 28990944 | contains 20% ethanol as preservative |
Glycerol | PanReac AppliChem | 122329.1214 | Glycerol 87% for analysis |
Hypercassette | Amersham | RPN 11647 | 20 x 40 cm |
Imidazole | SIGMA | 56750 | puriss. p.a., ≥ 99.5% (GC) |
IP Storage Phosphor Screen | FUJIFILM | 28956474 | BAS-MS 2040 20x 40 cm |
Isopropyl β-d-1-thiogalactopyranoside (IPTG) | SIGMA | I6758 | Isopropyl β-D-thiogalactoside |
Lysogeny Broth (LB) | Invitrogen – Thermo Fisher | 12795027 | Miller's LB Broth Base |
Lysozyme | SIGMA | L4949 | from chicken egg white; BioUltra, lyophilized powder, ≥98% |
MgCl2 (Magnesium chloride) | SIGMA | 208337 | |
MilliQ water | ultrapure water | ||
multichannel pipette | Thermo Scientific | 4661110 | F1 – Clip Tip; 1-10 ul, 8 x channels |
NaCl | VWR Chemicals | 27810 | AnalaR NORMAPUR, ACS, Reag. Ph. Eur. |
Ni-NTA Agarose | Qiagen | 30230 | |
Nitrocellulose Blotting Membrane | Amersham Protran | 10600003 | Premium 0.45 um 300 mm x 4 m |
PBS | OXOID – Thermo Fisher | BR0014G | Phosphate buffered saline (Dulbecco A), Tablets |
PEG3350 (Polyethylene glycol 3350) | SIGMA | 202444 | |
phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) | SIGMA | 93482 | Phenylmethanesulfonyl fluoride solution – 0.1 M in ethanol (T) |
Phosphor-imager | GE Healthcare | 28955809 | Typhoon FLA-7000 Phosphor-imager |
Pipette Tips, filtered | Thermo Scientific | 94410040 | ClipTip 12.5 μl nonsterile |
Poly-Prep Chromatography column | Bio-Rad | 7311550 | polypropylene chromatography column |
Protease inhibitor Mini | Pierce | A32955 | Tablets, EDTA-free |
screw cap tube | Thermo Scientific | 3488 | Microcentifuge Tubes, 2.0 ml with screw cap, nonsterile |
SLS 96-deep Well plates | Greiner | 780285 | MASTERBLOCK, 2 ML, PP, V-Bottom, Natural |
spin column | Millipore | UFC500396 | Amicon Ultra -0.5 ml Centrifugal Filters |
Thermomixer | Eppendorf | 5382000015 | Thermomixer C |
TLC plate (PEI-cellulose F TLC plates) | Merck Millipore | 105579 | DC PEI-cellulose F (20 x 20 cm) |
Tris | SIGMA | BP152 | Tris Base for Molecular Biology |
Tween 20 | SIGMA | P1379 | viscous non-ionic detergent |
β-mercaptoethanol | SIGMA | M3148 | 99% (GC/titration) |