موقع محدد ليسين أسيتيل الهستونات لإعادة تشكيل النوكليوسوم باستخدام توسيع الشفرة الوراثية في الإشريكية القولونية
Summary
هنا نقدم طريقة للتعبير عن بروتينات الهستون الأسيتية باستخدام توسيع الشفرة الوراثية وتجميع النيوكليوسومات المعاد تشكيلها في المختبر.
Abstract
يمكن التعبير بسهولة عن بروتينات الهستون الأسيتية في الإشريكية القولونية ترميز متحولة، Nε-أسيتيل ليسين (AcK) محددة ميتانوساركينا مازي بيروليسين tRNA-synthetase (MmAcKRS1) ورنا cognate (tRNAPyl)لتجميع الرتابات المعاد تشكيلها مع الهستونات المحددة الموقع. MmAcKRS1 و TRNAPyl تسليم ACK في موقع طفرة العنبر في مرنا من اختيار أثناء الترجمة في الإشريكية القولونية. وقد استخدمت هذه التقنية على نطاق واسع لدمج AcK في مواقع ال ليسين H3. يمكن أيضا أن تتطور بسهولة بيروليسيل-TRNA synthetase (PylRS) لدمج الأحماض الأمينية غير الكانانية الأخرى (ncAAs) لتعديل البروتين محددة الموقع أو وظيفية. هنا نحن بالتفصيل طريقة لدمج AcK باستخدام نظام MmAcKRS1 في H3 الهستون ودمج البروتينات H3 أسيتيلاتيد في mononucleosomes المعاد تشكيلها. يمكن استخدام أحاديات النوكليوسومات المعاد تشكيلها في المقايسات الكيميائية الحيوية والملزمة ، وتحديد الهيكل ، وأكثر من ذلك. يعد الحصول على النويدات أحادية النواة المعدلة أمرا حاسما لتصميم التجارب المتعلقة باكتشاف تفاعلات جديدة وفهم علم الوراثة اللاجينية.
Introduction
لقد استخدمنا PylRS و TRNAPyl لتجميع وتجميع mononucleosomes المعاد تشكيلها مع الهستونات الأسيتيlated الموقع محددة. وقد ثبت PylRS لا تقدر بثمن كأداة لتوسيع الشفرة الوراثية لإنتاج البروتينات مع تعديلات ما بعد التحويل (PTMs) وتطورت وراثيا لدمج حوالي 200 ncAAs مختلفة. PylRS يدمج في وقف الكهرمان codon، وإزالة المنافسة من الأحماض الأمينية الأخرى أثناء الترجمة. تم اكتشاف PylRS لأول مرة في archaea الميثانوجينية ، ومنذ ذلك الحين تم استخدامه في البيولوجيا الكيميائية لدمج مجموعات كيميائية تفاعلية جديدة في البروتينات1،2.
تم تطوير MmAcKRS1 من ميتانوساركينا مازي PylRS وكثيرا ما تستخدم في مختبرنا لتركيب البروتينات الأسيتيلاتيد3،4،5،6. MmAcKRS1 يسلم AcK في موقع طفرة العنبر في مرنا من اختيار أثناء الترجمة في الإشريكية القولونية. وقد استخدمت هذه التقنية سابقا لدمج ACK في K4، K9، K14، K18، K23، K27، K36، K56، K64، و K79 هيستون H3 مواقع ليسين لدراسة نشاط سيرتوين 1، 2، 6، و 7 على mononucleosomes أسيتيلاتيد4،5،6. هنا نحن بالتفصيل هذه الطريقة للتعبير عن الهستونات أسيتيلاتيد وإعادة تشكيل النيوكليوسومات الأسيتيlated.
Protocol
Representative Results
Discussion
من الضروري اتباع هذا البروتوكول بكل التفاصيل أثناء التجربة. النوى ليست مستقرة جدا والكثير من التجربة والخطأ قد ذهب إلى تحديد هذا البروتوكول. من المهم إزالة الرواسب في كل خطوة (أو كلما لوحظ) لأن الجسيمات يمكن أن تتداخل بسهولة مع عمليات التجميع. دائما احتفظ بعينات الهستون على الثلج إذا تم تخ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونود أن نشكر الدكتور ويسلي وانغ على إرساء الأساس لهذا البروتوكول وإرشاده القيم. وقد تم دعم هذا العمل جزئيا من قبل المعاهد الوطنية للصحة (المنح R01GM127575 وR01GM121584) ومؤسسة ويلش (منحة 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 |
References
- 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).
