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RNA 중합효소와의 전사 인자 (TFs)의 상호 작용은 일반적으로 풀다운 검정을 사용하여 연구됩니다. 우리는 클라미다이얼 RNA 폴리머라제와 GrgA의 상호 작용을 특성화하기 위해 생체층 간섭측정기(BLI) 기술을 적용합니다. 풀다운 분석과 비교하여 BLI는 실시간 연결 및 해리를 감지하고 더 높은 감도를 제공하며 정량적입니다.
전사 인자 (TF)는 RNA 폴리머라제, 다른 TF 및 / 또는 템플릿 DNA와 상호 작용하여 유전자 발현을 조절하는 단백질입니다. GrgA는 의무적인 세포내 세균성 병원체 클라미디아에서 특별히 발견되는 새로운 전사 활성제이다. 친화성 구슬을 이용한 단백질 풀다운 분석제는 GrgA가 발달 단계에서 제품이 차별화적으로 요구되는 유전자에 대한 프로모터의 다른 세트를 인식하는 두 가지 σ 인자, 즉 σ66 및 σ28을결합한다는 것을 밝혀냈습니다. 우리는 BLI를 사용하여 상호 작용을 확인하고 더 특성화했습니다. BLI는 풀다운에 비해 몇 가지 장점을 보여줍니다: 1) 결합 파트너 간의 실시간 연관 및 해리를 드러내고, 2) 정량적 운동 파라미터를 생성하고, 3) 풀다운 분석이 종종 검출하지 못하는 바인딩을 검출할 수 있다. 이러한 특성은 클라미디아에서유전자 발현 조절에서 GrgA의 생리적 역할을 추론할 수 있게 해주었으며, 가능한 상세한 상호작용 메커니즘을 가능하게 한다. 우리는 이 상대적으로 저렴한 기술이 전사 및 기타 생물학적 과정을 연구하는 데 매우 유용할 수 있다고 생각합니다.
DNA를 템플릿으로 사용하여 RNA 분자를 생성하는 전사는 유전자 발현의 첫 번째 단계입니다. 세균성 RNA 합성은 표적 프로모터1,2에RNA 중합효소(RNAP) 홀로효소의 결합에 따라 시작된다. RNAP 홀로효소(RNAPholo)는 프로모터 서열을 인식하기 위해 요구되는 다중 서브유닛 촉매 코어(RNAPcore) 및 σ 인자로 구성된다. 전사 활성제 및 억압자, 집합적으로 TFs라고 불리는, RNAPcore, σ 인자 및/또는 DNA의 결합 분대를 통해 유전자 발현을 조절합니다. 유기체에 따라, 그 게놈의 상당 부분은 생리적 필요 및 환경 단서3에 응하여전사를 조절하는 TFs에 전념될 수 있다.
클라미디아는 인간과 동물의 다양한 질병에 대한 책임이 있는 의무적인 세포내세균입니다 4, 5,6,7,8. 예를 들면, 클라미디아 trachomatis는 틀림없이 세계적인 인간에 있는 제 1 의 성병전달병원체이고,몇몇 저개발 국가에서 실명의 주요한 원인 4,5. 클라미디아는 초등체(EB) 및 망상체(RB) 9라고 불리는 두 개의 교대세포 형태를 특징으로하는 독특한 발달 주기를 가지고 있다. 반면, EB는 세포 외 환경에서 생존 할 수 있지만, 그들은 증식 할 수 없습니다. EBs는 내분비증을 통해 숙주 세포를 입력하고 접종 후 시간 이내에 숙주 세포질에서 더 큰 RBs로 분화합니다. 더 이상 전염성이 없는, RBs는 이진 분열을 통해 증식합니다. 약 20 시간, 그(것)들은 30-70 시간의 주위에 호스트 세포를 종료하는 EBs로 다시 분화하기 시작합니다.
클라미다이얼 발달 주기의 진행은 전사에 의해 조절된다. 거의 1,000개의 클라미다이얼 유전자의 과반수가 RBs가 활발하게 복제되는 중주기 동안 발현되는 반면, 소수의 유전자만이 EB를 숙주 세포로 입력한 직후에 전사되어 렙스내로의 EBs, 및 또 다른 작은 유전자 세트는 BBs10,11로의 RBs의 분화를 가능하게 하기 위하여 전사되거나 점점 전사된다.
클라미다이얼 게놈은 세 가지 σ 인자, 즉 σ66,σ28 및 σ54를인코딩합니다. σ66은 대장균 및 기타 박테리아의 하우스키핑 σ70과 동등한 것으로, 초기 및 중간 주기 유전자뿐만 아니라 일부 후기 유전자의 프로모터를 인식하는 역할을 하는 반면 σ28 및 σ54는 필요합니다. 특정 후기 유전자의 전사. 여러 유전자는 σ 66-의존성 프로모터 및 σ28-의존성프로모터(12)를 모두 운반하는 것으로 알려져 있다.
복잡한 발달 주기에도 불구하고 클라미디아13에서소수의 F만 발견되었습니다. GrgA(이전에는 C. 트라코마티스 세로바르 D 및 CTL0766에서 C. 트라코마티스 혈청Var D 및 CTL0766에서 가상 단백질 CT504로 주석을 주석화) 클라미디아-특이적TF는 처음에 σ 66-의존성 유전자(14)의 활성제로 인식되었다. 친화성 풀다운 검사는 GrgA가 σ66 및 DNA를 결합시킴으로써 그들의 전사를 활성화한다는 것을 입증했다. 흥미롭게도, 나중에 GrgA가 σ28과병동침을 가하고, σ28-의존적프로모터로부터 의 전사를 시험관내15로활성화한다는 것을 나중에 발견되었다. GrgA가 σ66 및 σ28에대해 유사하거나 상이한 친화력을 가지고 있는지 여부를 조사하기 위해, 우리는 BLI를 사용하는 데 의존했다. BLI 어설슬보에 따르면 GrgA는 σ 28보다 30배 더 높은친화도에서 σ66과 상호 작용하는 것으로 나타났으며, 이는 GrgA가 σ 66-의존적 전사 및 σ28-의존적전사에서 차등 역할을 할 수 있음을 시사합니다. 15.
BLI는 바이오센서의 끝부분에 있는 고정화 단백질 층으로부터 반사되는 백색광의 간섭 패턴을 검출하고 이를 내부기준층(16)의 것과 비교한다. BLI는 이러한 두 가지 간섭 패턴을 분석하여 바이오센서의 팁에 결합된 단백질의 양에 대한 귀중하고 실시간 정보를 제공할 수 있습니다. 바이오센서의 팁에 고정되는 단백질은 리간드라고 하며, 일반적으로 NTA 또는 관련 입자에 대한 친화도를 가지는 일반적인 항체 또는 에피토프 태그(예를 들어, 폴리-His-또는 비오틴 태그)의 도움으로 고정화된다. 스트렙타비딘)을 바이오센서 의 끝에. 분석물로 불리는 이차 단백질의 결합은 바이오센서의 끝에 있는 리간드가 바이오센서의 불투명도에 변화를 일으켜 간섭 패턴의 변화를 초래합니다. 분석물의 상이한 농도에 걸쳐 반복될 때, BLI는 질적뿐만 아니라 리간드와 분석액(16)사이의 친화성에 대한 정량적 정보를 제공할 수 있다.
우리의 지식의 베스트에, 우리는 전사15에있는 단백질 단백질 상호 작용을 특성화하기 위하여 BLI를 채택한 첫번째이었습니다. 본 공보에서는 σ 28-바인딩에 대해 이전에 요구되었던GrgA 프래그먼트가 실제로 바인딩을 중재한다는 것을 보여 줍니다. 이 원고는 BLI 분석의 단계, 그리고 BLI 그래프의 생성및 결합 역학의 파라미터에 초점을 맞추고 있습니다. 리간드 및 타말수의 생산 (및 정제)을위한 방법은 여기에서 다루지 않습니다.
1. 단백질의 준비
2. 바이오 센서 수화 및 분석 설정
3. 바이오 센서에 리간드의 하중
4. 추가 리간드를 씻어내다
5. 리간드에 대한 어설션 의 협회
6. 리간드에서 의한 해화의 해리
7. 다른 농도와 상호 작용을 반복
8. 소프트웨어를 사용하여 데이터 분석
BLI 검소사를 통해, 우리는 이전에 GrgA 15의 28 아미노산 중간 영역(잔류물 138-165)에 의존하여GrgA와 σ28의 결합을 확립하였다. 이에 따라, N-말기 그의 태그 전체 길이 GrgA (NH-GrgA)에 비해, GrgA 삭제 구조부족이 지역 (NH-GrgAΔ138-165) 감소 협회 비율과 증가 해리 율을 했다, 전체의 3 백만 배 손실로 이어지는 선호도(표1). 여기서, 우리는 이러한 중간 영역이 GrgA 단백질의 나머지 부재에서 σ28을 직접 결합한다는 것을 입증한다. 이러한 실험에서, N-말단히 태그(NH-GrgA138-165)로 태그된 중간 영역은 리간드로서 사용되었고, 이는 Ni-NTA 바이오센서의 끝에먼저 고정되었다(도 1A). 바이오센서에서 언바운드 NH-GrgA138-165를 세척한 후,σ28의첨가 후, 분석물 σ(28)와의 실시간 연관이 기록되었다. 마지막으로, 실시간 해리는 세척 후 기록되었다. 리간드 결합 전에 30s를 시작하고 세척 시작 후 2분 후에 끝나는 3개의 상이한 해석물 농도를 가진 실험의 기록은 도 1A에도시되어 있다. 리간드-분석물 상호 작용을 더 잘 시각화하기 위해 리간드를 추가하기 전에 데이터를 제거하고 기준선을 0으로 재설정하여 도 1B를도출합니다.
Σ28을 가진 NH-GrgA138-165 단편의 상호작용을 위한 운동 파라미터의 값은 표1에 제시되어 있다. NH-GrgA X σ28 상호작용과 비교하여, NH-GrgA138-165 X σ28 상호작용은 ka에서 통계적으로 유의한 60% 감소를 보였으며, kd에서 통계적으로 유의한 64% 증가를 나타냈다. , K D에서매우 통계적으로 유의한 3.5 배 증가. 이러한 변화는 NH-GrgA에 비해, NH-GrgA138-165 결합 σ28이 더 느리게, σ28에서 더 빨리 해리되고, σ28과의전반적인 친화도감소를 갖는다는 것을 보여준다. 따라서 GrgA에서 잔기 138-165는 σ28을 결합하지만 전체 길이 GrgA에 비해 친화도가 감소한다.
도 1: GrgA의 28아미노산 중간 영역은 시험관내에서 σ28을 결합한다.
(A) 4단계로 기록된 광 간섭 패턴의 실시간 변화: (i) NH-GrgA138-165(리간드)를 Ni-NTA 바이오센서에 결합, (ii) 세척, (iii) NS-σ28(Analyte)의 결합을 고정화된 것으로 NH-GrgA-138-165 (리간드), 및 (iv) 후속 세척. (B) (A) 및 기준선 의 초기 두 단계에서 값의 제거 후 리간드- 어액 화자 연관 및 해리의 향상된 시각화. 패널 B는 Desai 외, 201815에서수정됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
리간드 | N | ka | kd | KD | 참조 | |||||||||||
1/Ms | % 제어 | 1/s | % 제어 | M | % 제어 | |||||||||||
NH-그라우트가 | 8개 | (1.5 ± 1.7) x 104 | 100개 | (2.8 ± 0.8) x 10-3 | 100개 | (2.2 ± 0.3) x 10-7 | 100개 | Desai 외, 2018 | ||||||||
NH-GrgAΔ138-165 | 2개 | (5.6 ± 0.1) x 103 | 37세 | (4.1 ± 0.3) x 102 | 1.5 x 107 | (6.9 ± 4.5) x 10-2 | 3.1 x 108 | Desai 외, 2018 | ||||||||
p=0.125 | p&0.002 | p&0.001 | ||||||||||||||
NH-GrgA138-165 | 3개 | (6.0 ± 1.0) x 103 | 40 | (4.6 ± 0.4) x 10-3 | 164세 | (7.7 ± 0.3) x 10-7 | 350개 | 이 연구는 | ||||||||
p=0.074 | p=0.006 | p&0.001 |
표 1: GrgA의 돌연변이체는, 단지 아미노산 잔기 138-165를 함유하고, Σ28을 결합하여 전체 길이 GrgA에 비해 낮은 친화도에도 불구하고.
BLI 공화학은 Ni-NTA 바이오센서를 사용하여 리간드로 그의 태그가 붙은 전신 GrgA 또는 결실 돌연변이체를 사용하여 수행되었고, 정제된 스트렙 태그σ28을 매말물질로서 수행하였다. 기록 그래프는 그림1에 나와 있습니다. 운동 파라미터의 값(평균 ±표준 편차)은 관련소프트웨어(17)와함께 생성되었다. k a(결속속도 상수)는 A 및 B. k d(해리속도 상수)의 1 몰 용액에서 s당 형성된 복합체의 수로서 정의되며 초당 붕괴되는 복합체의 수로서 정의된다. K (주) D(해리평상수)는 리간드 결합 부위의 50%가 타액에 의해 점유되는 농도로 정의되며, kd는 ka로 나눈다. n, 실험 반복 횟수. p 값은 2 꼬리 학생의 t 시험을 사용하여 계산되었습니다. NH-GrgA 및 NH-GrgAΔ138-165에 대한 운동 매개변수는 Desai et al., 201815에서나였습니다.
단백질 단백질 상호 작용은 전사 및 기타 생물학적 과정의 조절에 매우 중요합니다. 그(것)들은 풀다운 assays를 통해 일반적으로 공부됩니다. 풀다운 분석은 상대적으로 수행하기 쉽지만 양이 적고 약하지만 생물학적으로 의미있는 상호 작용을 감지하지 못할 수 있습니다. 이에 비해, 리간드와 어말레이트 사이의 실시간 연관 및 해리를 검출함으로써 BLI는 협회 및 해리속도 상수뿐만 아니라 전반적인 친화성을 제공한다.
풀다운 어세이에 비해 BLI 어세이스는 더 높은 감도를 제공합니다. 예를 들어, GrgA-σ28 상호 작용은 BLI에 의해 분석물의 낮은 nM 농도로 검출되지만 풀다운 분석 (게시되지 않은 데이터)에 의해 검출되지 않습니다. 풀다운과 는 달리 BLI는 감도에 크게 영향을 미칠 수 있는 검출 항체에 의존하지 않습니다.
더 중요한 것은, BLI 분석은 단백질 사이 상호 작용에 기계론적인 통찰력을 제공할 수 있는 반면, 풀다운 분석은 할 수 없습니다. 이는 σ28과 상이한 GrgA 구문의 상호작용에 의해 예시된다. NH-GrgA에 비해, NH-GrgAΔ138-165 및 NH-GrgA138-165는 결합 σ28에서ka에서 60%의 손실만을 겪습니다. 이러한 사실 인정은 GrgA가 N-말단 64 잔기가 결여된 것을 보여주는 우리의 이전 BLI 데이터와 일치하며, 이는 GrgA의 N-말단 서열이 σ28 결합에 기여한다는 것을 시사한다. NH-GrgAΔ138-165 및 NH-GrgA138-165는 결합 σ28에서유사한 k 값을 가지지만, 전자는 후자보다 91,000배 높은 k d를 가수있다. 이러한 결과는 138-165의 결합이 GrgA의 구조적 변화를 유발하여 복합체를 크게 안정화한다는 것을 나타냅니다.
BLI보다 더 긴 역사를 가진, 표면 플라스몬 공명(SPR)은 또한 실시간 단백질-단백질 상호작용18,19를정량화할 수 있다. BLI의 감도는 SPR20보다낮은 것으로 생각되지만, 전자는 현재 비용 효율성에서 후자를 능가합니다. 예를 들어, SPR 바이오 센서의 비용은 BLI 바이오 센서보다 훨씬 높습니다.
SPR의 기본 원리의 특성으로 인해 단백질을 둘러싼 미디어의 미세 유체학적 특성에 크게 영향을 받습니다. 따라서, 일부 SPR 기기와 관련된 실험은 최적의 완충 조건21,22,23,24를보장하기 위해 연구자의 부분에 상당한 지각을 필요로한다. 한편, 현재 BLI 계측기는 매우 제한된 온도 제어 범위(25)를 특징으로 하며, 따라서 주어진 상호작용에 대해 열역학적 파라미터(예: 엔탈피 및 깁스 자유 에너지)를 결정하기에 적합하지 않습니다.
글리세롤, 일반적으로 사용되는 저온 보호제, BLI와 호환되지 않습니다, 광범위한 화학 적 호환성에도 불구하고. 따라서, 리간드에서 글리세롤을 제거하고 투석에 의해 어게인하는 것이 중요합니다. 생성된 글리세롤이 없는 단백질은 4°C에 보관되어야 하며, 이는 증가된 불안정성 및 부정확한 운동 파라미터로 이어질 수 있습니다. BLI 분석은 투석 직후에 수행되는 것이 좋습니다, 특히 일치하지 않는 운동 매개 변수가 다른 시간에서 얻어지는 경우에. BLI 측정이 완료되어야 하는 정확한 시간 프레임은 단백질마다 다르며 농도에 의해 영향을 받습니다.
SPR과 마찬가지로 BLI는 소분자스크리닝(26)에사용되어 왔다. 새로운 BLI 기기가 스크리닝을 위한 높은 처리량 옵션을 제공한다는 점을 고려할 때, 우리는 BLI가 단백질-단백질 상호 작용을 용이하게 하거나 방해하는 소분자의 식별 및 특성화에 매우 유용해질 수 있다고 생각합니다.
저자는 공개 할 것이 없다.
이 작품은 건강의 국가 학회 (보조금 # AI122034 및 AI140167)와 뉴저지 건강 재단 (보조금 # PC 20-18)에 의해 지원되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
BLItz machine | ForteBio | 45-5000 | |
Dialysis tubing cellulose membrane | MilliporeSigma | D9652 | |
Dip and Read Ni-NTA biosensor tray | ForteBio | 18-5101 | Ready-to-use Ni-NTA biosensors for poly-His-tagged Proteins |
Drop holder | ForteBio | 45-5004 | |
PCR tubes (0.2 mL) | Thomas Scientific | CLS6571 | |
Microcentrifuge tubes (black) | Thermo Fisher Scientific | 03-391-166 | |
Kimwipes | Thermo Fisher Scientific | 06-666A | |
DTT | Thermo Fisher Scientific | R0861 | |
EDTA | MilliporeSigma | E6758 | |
MgCl2 | MilliporeSigma | M8266 | |
NaCl | MilliporeSigma | S9888 | |
Tris-HCl | GoldBio | T095100 |
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