in vitro転写trnaを用いた再構成無細胞タンパク質合成

再構成のためのタンパク質成分の調製

翻訳因子およびaaRSを含む大腸菌翻訳装置の成分は、前述のように調製された46。 RNaseP成分、M1RNA、およびC5タンパク質の調製も、前に記載されたように調製した29。 我々は、C5タンパク質のプロトコルを80%飽和硫酸アンモニウムで沈殿させ、バッファー A(50mM酢酸ナトリウムpH6.5、5mM EDTA、0.25M NaCl、および7mM2-メルカプトエタノール)に対して透析することによって溶解することによって変更した。 得られた沈殿を遠心分離により回収し、50mM HEPES-KOH pH7.6、100mM Nh4Cl、6M尿素、および10mMジチオトレイトール(DTT)を含む緩衝液Bに対して透析することによ C5タンパク質を含有する画分を、SDS−PAGEによって分析し、回収し、緩衝液D(5 0m M HEPES−KO H pH7.尿素、7mm2-メルカプトエタノール)を、次いで尿素を含まない緩衝液dに対してさらに透析する。 得られた溶液を、Amicon Ultra3kDa(#UFC8 0 0 3 2 4、Merck Millipore、USA)を使用して濃縮し、5 0%グリセロールを含有する尿素を含まない緩衝液Dに対して透析した。 精製されたC5タンパク質は-30℃で保存された。

ivttrnaの修飾酵素の調製

ivttrnaの修飾酵素は、以下のようにして調製した。 大腸菌a1 9ゲノムから、適切なプライマーを用いて、Tsab、Tsac、Tsad、Tsae、Trmd、Glya、Mnmc、Mnme、およびGidaの大腸菌遺伝子を増幅した(補足データ5)。 Tsac、Tsad、Tsae、Glya、Mnmc、Mnme、およびGidaのための増幅された遺伝子を、His−tag、SUMOタンパク質、および修飾酵素がタンデム的に配置された、小さなユビキチン様修飾(SUMO)タンパク質−融合 TsaBおよびTrmDの遺伝子は、His-tag融合タンパク質としてpet15bにクローニングされた。 全ての遺伝子をGibson assembly technique(#E2 6 1 1,New England Biolabs,USA)でクローニングした。 得られたプラスミドを大腸菌BL21(DE3)株に形質転換し、1L LB培地中で37℃で0.6〜1.0のOD660に成長させた。 過剰発現は、Tsab、Tsac、Tsad、Tsae、およびTrmdについては1m M、またはGlya、Mnmc、Mnme、およびGidaについては0.1m Mの最終濃度へのIPTGの添加によって誘導された。 37℃で3時間培養した後、細胞を回収した。 TsAb、Tsac、Tsae、Trmd、およびMnme過剰発現細胞を、4 0mLの溶解緩衝液(5 0m M Hepes−KO H、pH7.6、1M N H4Cl、1 0m M Mgcl2、および7m M2−メルカプトエタノール)中に再懸濁し、超音波処理によ 得られた溶解物を遠心分離し、上清を回収し、5mLの完全H I s−tag精製樹脂(#0 5 8 9 3 8 0 1 0 0 1、Roche、Switzerland)と1時間rotatorで混合した。 樹脂を溶解緩衝液100mLで洗浄し、次いでタンパク質を溶出緩衝液25mL(50mM Hepes-KOH、pH7.6、400mM KCl、10mM Mgcl2、400mMイミダゾール、および7mM2-メルカプトエタノール)で溶 TSABおよびTrmdを、Amicon Ultra3kDa(#UFC8 0 0 3 2 4、Merck Millipore、USA)によって濃縮し、次いでストック緩衝液(5 0m M Hepes−KO H、pH7)に対して透析した。6、5 0 0m M Kcl、1 0m M Mgcl2、7m M2−メルカプトエタノール、および3 0%グリセロール)。 Tsac、Tsae、およびMnmeについて、Ulp1(#1 2 5 8 8 0 1 8、Thermo Fischer Scientific、USA)を回収画分に加えて最終濃度2 3μ g/mlにして、Hisタグ付きSUMOタンパク質を除去した。 分画を切断緩衝液(50mM Hepes-KOH、pH7.6、100mM KCl、および7mM2-メルカプトエタノール)に対して一晩透析したが、切断緩衝液はMnmE調製のために500mM KClを含んでいた。 透析された試料を、rotatorを用いて5mlの完全H I s−tag精製樹脂と再び混合した。 次いで、修飾酵素を含むフロースルー画分を収集した。 回収された試料を、TsaeについてはAmicon Ultra3kDa、またはTsacおよびMnmeについてはAmicon Ultra1 0kDa(#UFC9 0 1 0 2 4、Merck Millipore、USA)によって濃縮した。 Glya調製のために、全ての緩衝液は1 0%グリセロールを含み、他の手順はMnme調製と同じであった。 TSADは、超音波処理後に不溶性であることが見出された。 したがって、タンパク質を4℃で2 0,4 0 0×gで4 5分間遠心分離することによってペレット化し、4%Triton X−1 0 0を補充した溶解緩衝液中に再懸濁した。 懸濁液を再び2 0,4 0 0×gで4 5分間遠心分離することによりペレット化した。 ペレットを6M尿素を補充した溶解緩衝液で溶解した。 他の手順は、すべての緩衝液が2M尿素を含有することを除いて、Mnme調製物と同じであった。 Mnmc調製では,HisタグSUMO蛋白質の除去までのすべてのステップはGlya調製と同じであった。 MnmcはHis-tag精製樹脂に非特異的に結合しているため,陰イオン交換クロマトグラフィーによる精製を選択した。 6、1 0 0m MのKcl、1 0m MのMgcl2、および7m Mの2−メルカプトエタノール)に対して透析し、次いでそれらを5mLのHitrap Q h pカラム(#1 7 1 1 5 4 0 1、GE H Ealthcare、USA)上に塗布した。 カラムを2 5mLのIEX緩衝液で洗浄し、次いで、Mnmcを、iex緩衝液中で1 0 0m M〜1M Kclのライナー勾配で溶出した。 Mnmcを含有する画分を、Amicon Ultra3 0kDa(#UFC9 0 3 0 2 4、Merck Millipore、USA)によって濃縮し、ストック緩衝液に対して透析し、液体窒素でフラッシュ凍結し、−8 0℃で保存した。各IVttRNAの遺伝子の調製(補足データ1)を、Xbai制限部位とBamhi制限部位との間のpGEMEX−1ベクター(#P2 2 1 1、Promega、USA)にクローニングした。</p><h3>IVttRNAの調製(補足データ1)を、Pgemex−1ベクター(#P2 2 1 1、Promega、USA) 得られたプラスミドを鋳型として、in vitro転写のためのDNA鋳型を、t7プロモータープライマーをフォワードプライマーとして、各iVTtRNAの適切な逆プライマーを用いてPCR増幅した(補足データ1)。 各逆プライマーは、余分なヌクレオチド28のテンプレート非依存性の添加を防ぐために、5’末端から第二のヌクレオチドで2′-メトキシ修飾を含んでいた。 生成物は、フェノール/クロロホルム/イソアミルアルコール(25:24:1)抽出によって精製され、エタノール沈殿に続いて、沈殿剤は水に溶解した。 Run-off transcription of precursor iVTtRNAs with 27 extra nucleotides introduced at the 5′-terminus (5′-GGGAGACCACAACGGTTTCCCTCTAGA-3′) was performed using the resultant DNA templates for 3 h at 37°C in 20 mL reaction mixtures containing 30 nM T7 RNA polymerase, 1 mM each ATP, GTP, CTP, and UTP, 40 mM HEPES-KOH pH 7.6, 20 mM MgCl2, 1.5 mM spermidine, 5 mM DTT, 20 μg PCR products, and 0.2 U/mL inorganic pyrophosphatase (#10108987001, Roche, Switzerland). C5タンパク質とM1RNAからなるRNase P成分は、その後、150nmで反応混合物に添加され、27余分なヌクレオチドの除去のために、反応は1時間37℃でインキュベー IVTTRNAsを含む試料を、1 0mlのHitrap Q HPカラム(#1 7 1 1 5 4 0 1、GE H Ealthcare、USA)上にロードし、Q緩衝液(2 0m M HEPES−KO H pH7. IVTTRNAsを、Q緩衝液中で2 0 0m Mから1M Kclまでの線状勾配で溶出した。 尿素-PAGEによって決定された標的ivttrnaを含む画分は、イソプロパノール沈殿によって回収され、沈殿したivttrnaを水に溶解し、使用するまで-80℃で保存された。 私達は私達が要求のプラスミドのすべてを共有してもいいことに注意します。

iVTtRNAの修飾

T6A37修飾を、50mM Hepes-KOH、pH7を含む反応混合物中で行った。6, 300 mM KCl, 20 mM MgCl2, 5 mM DTT, 50 mM NaHCO3, 1 μM CaCl2, 1 mM ATP, 1 mM Thr, 5 μM TsaC, 5 μM TsaB, 5 μM TsaD, 5 μM TsaE, 4 A260 unit/mL tRNAIleGAU or tRNAAsnGUU or tRNAPheGAA. m1G37 modification was performed in the reaction mixture containing 50 mM Hepes-KOH, pH 7.6, 200 mM KCl, 10 mM MgCl2, 36.4 μM S-adenosyl methionine (SAM), 1.5 μM TrmD, 10 A260 unit/mL tRNAProGGG or tRNAPheGAA. mnm5U34 was performed in the reaction mixture containing 50 mM Hepes-KOH, pH 7.6, 150 mM KCl, 12.5 mM MgCl2, 5 mM DTT, 500 μM FAD, 1 mM tetrahydrofolate, 4 mM GTP, 2.5 mM NADH, 0.1単位/μ l組換えRnアーゼ阻害剤(#2 3 1 3A、Takara、Japan)、1 0μ M Glya、3μ M Gida、3μ M Mnme、2.5μ M Mnmc、6A2 6 0単位/ml trNAgluuucまたはtrNAglucuc。 37℃で2時間t6a37とm1g37修飾または4時間mnm5u34修飾のためのインキュベーションの後、trnaはクロロホルム/イソアミルアルコール(10:1)抽出に続いて酸性フェノール抽出で処理し、イソプロパノール沈殿によって回収した。 沈殿したtRNAを水に溶解し、−8 0℃で保存した。 Mnm5u34修飾のために、反応は再び回収されたtRNAを用いて行われた。 それらは、酸性フェノール抽出に続いてクロロホルム/イソアミルアルコール(10:1)抽出で処理され、マイクロスピンG-25カラム(#27532501、GEヘルスケア、米国)によって脱塩され、イ 修飾効率を定量化するために、1mM Thrの代わりに57.1μ M Thrを使用し、TsaDを含まない混合物をT6A37修飾の対照として使用した。tRNAを沈殿させたtRNAを水に溶解し、-80℃で保存した。 36.4μ Mのs−アデノシル−メチオニンを使用し、Trmdのない混合物をM1G修飾の対照として使用し、Gidaのない混合物をMNM5U3 4修飾の対照として使用した。 3 7℃で培養した後、アリコート(1 0μ L)を回収し、Whatman2 5m m GF/Cフィルターディスク(#1 8 2 2−0 2 5、GE H Ealthcare、USA)上で発見した。 フィルターディスクを1 0%TCAで2回洗浄し、次いでエタノールで洗浄し、続いて液体シンチレーションカウンターによる放射能の測定を行った。 Mnm5u修飾の定量のために、tRNAを上記のように精製し、次いで0.02A260単位を代わりにフィルターディスク上に発見した。

アミノアシル化

アミノアシル化実験は、以前の報告に従って行われた47。 6、1 5m M Mgcl2、4 0m M Kcl、1m M DTT、4m M ATP、1単位/μ L組換えRnアーゼ阻害剤(#2 3 1 3A、Takara、Japan)、各アミノ酸に対応する5 0nMまたは1. メチル化を測定するために、0.6μ m Metと3.4μ m cold L-メチオニンの混合物を代わりに使用した。 Cysは、50mM DTTでシスチンを37℃で15分間還元することによって得られた。 天然のtRNA混合物を使用した場合、代わりに4 0個のA2 6 0単位/ml tRNA混合物(#1 0 1 0 9 5 4 1 0 0 1、Sigma−Aldrich、USA)を添加した。trna混合物を使用した場合、4 0個のA2 6 0単位/ml tRNA混合物(#1 0 1 0 9 5 4 1 0 0 1、Sigma−Aldrich、USA)を添加した。 3 7℃で3 0分間インキュベーションした後、アリコート(8μ L)を取り出し、Whatman2 5m m GF/Cフィルターディスク(#1 8 2 2−0 2 5、GE H Ealthcare、USA)上に発見した。 フィルターディスクを1 0%TCAで2回洗浄し、次いでエタノールで洗浄し、続いて液体シンチレーションカウンターによる放射能の測定を行った。

PUREシステムによるオクタペプチド合成

オクタペプチドをコードするDNAテンプレートを、T7プロモーター配列とリボソーム結合部位(Shine-Dalgarno配列)をテンプ 増幅されたDNA鋳型を、Qiaquick PCR purification kit(#2 8 1 0 4,QIAGEN,Germany)を用いて精製した。 オクタペプチド合成反応には50mM HEPES-KOH pH7が含まれていた。6、100mMグルタミン酸カリウム、13mM酢酸マグネシウム、2mMスペルミジン、1mM DTT、2mM ATP、2mM GTP、1mM UTP、1mM CTP、20mmクレアチンリン酸、10μ g/mL10-ホルミル-5,6,7,8-テトラヒドロ葉酸酸、0.2μ Mリボソーム、4nM DNAテンプレート、翻訳因子および酵素を含むタンパク質性純粋な系成分、アミノ酸、およびtRNA。 タンパク質性の純粋な系成分の濃度は、以前のプロトコール46に記載されていたとおりであった。 我々は、すべての20aaRSsは関係なく、DNAテンプレートとテストコドンの、この実験に含まれていたことに注意してくださ 試験コドンに依存するアミノ酸の組成および濃度は、補足データ2に記載されている。 IVTtrNAsの組成は鋳型に依存し、反応は、試験IVTtrNAsの存在下または非存在下で、基礎IVTtrNAs(補足データ2)を用いて実施した(補足データ2)。 各IVttRNAの濃度を6μ Mに固定した。 天然のtRNA混合物を使用した場合、代わりに5 6個のA2 6 0単位/mL t RNA混合物(#1 0 1 0 9 5 4 1 0 0 1、Sigma−Aldrich、USA)を添加した。 反応を3 7℃で6 0分間実施し、アリコートを取り出し、Whatman3M M濾紙(#1 8 2 2−0 2 5、GE H Ealthcare、USA)上に点眼し、1 0%TCA中で9 0℃で3 0分間煮沸してアミノアシル−Rnaを脱酸させた。 10%TCA不溶性画分中の放射能は、液体シンチレーションカウンターで測定した。0キット(#PF2 0 1,Genefrontier Corporation,Japan)を用いて、溶液i中のtRNA混合物(Buffer mix)を用いないでタンパク質合成実験を行った。 0を追加しました。2μ MのMET、DHFRまたはsFGFP発現のための4nMのPCR増幅DNAテンプレート(補足データ3)、および特定量のIVttRNA混合物または天然のtRNA混合物。 反応は30または37℃で12時間行い、合成されたタンパク質を分析した。合成されたタンパク質の分析

合成されたDHFRおよび放射性Metを含むsfGFPを15%SDS-PAGEで分析し、bas-5000bio-imaging analyzer(GE Healthcare、USA)を用いてゲル画像を可視化した。 Stepone qRT−PCRシステム(#4 3 7 6 3 7 3,Applied Biosystems,USA)を使用して3分ごとにSFGFP蛍光を測定することにより、sfgfp発現の経時分析を行った。 反応混合物中で合成されたSFGFPの蛍光画像は、LAS−4 0 0 0装置(GE H Ealthcare、USA)を用いて得た。 合成されたDHFRの活性は、前に記載されたように測定した4 4。 反応混合物(2mL)は、50mM MES-KOH pH7.0、25mM TRIS-HCl pH7.0、25mMエタノールアミン、100mM NaCl、10mM2-メルカプトエタノール、0を含有した。1m MのEDTA、1 0 0μ Mのジヒドロ葉酸、および1 0μ Lのアリコートの純粋な反応混合物を、3 7℃で1 5分間インキュベートした。 次に、最終濃度2 0 0μ mになるように2 0m MのNADPHを添加し、3 4 0nmでの吸光度の低下を、V−5 5 0分光光度計(Jasco,Japan)で1 0分間にわたって測定した。 DHFRの一つの単位は、1μ molのジヒドロ葉酸を1分間で37℃で処理するために必要な酵素の量として定義された。

合成されたタンパク質のLC-MS分析

dhfrをその末端にFLAG配列を持つ(補足データ3)PUREfrex2で合成した。溶液i(緩衝液混合物)中のtRNA混合物を含まないキット(#PF2 0 1、Genefrontier Corporation、Japan)。 さらに、そのC末端にFLAG配列でタグ付けされたDHFRのための4nM PCR増幅DNA鋳型(補足データ3)および特定量のIVttRNA混合物または天然のtRNA混合物を添加した。 合成されたDHFRを、抗FLAG M2磁気ビーズ(#M8 8 2 3、Sigma−Aldrich、USA)で精製した。 反応混合物のアリコート(5 5μ l)を、FLAG洗浄緩衝液(5 0m M Hepes−KO H、pH7)2 4 5μ lと混合した。ビーズをFLAG洗浄緩衝液2 1 0μ lで洗浄した後、Mg(Oac)2を含まない緩衝液(2 1 0μ lおよび1 8 0μ l)で2回洗浄した。 次いで、DHFRを、Mg(Oa c)2を含まないFLAG洗浄緩衝液5 0μ lで溶出したが、1時間穏やかに混合した後、1 0 0μ g/mlの3XFLAGペプチド(#F4 7 9 9、Sigma−aldrich、USA)を補充した。 濃密なPTS緩衝液(1 0 0m Mデオキシコール酸ナトリウム、1 0 0m M N−ラウロイルサルコシネートナトリウム、および5 0 0m M N H4HCO3)4μ lを、溶出試料4 0μ lに添加した。 それらは10mM TCEPで37℃で30分間還元され、20mMヨードアセトアミドで37℃で30分間アルキル化され、20mM Cysで急冷された。 各反応溶液を2つの部分に分割した。 1つを、1 0ng/μ lのLys−C(#9 0 0 5 1、Thermo Fisher Scientific、USA)および1 0ng/μ lのトリプシン(#9 0 0 5 7、Thermo Fisher Scientific、USA)によって、3 7℃で一晩消化した。 他のものを、1 0ng/μ lのAsp−N(#9 0 0 5 3、Thermo Fisher Scientific、USA)により、3 7℃で一晩消化した。 消化後、1 0%トリフルオロ酢酸(TFA)を1%の最終濃度に添加し、反応溶液を1 5,0 0 0×gで5分間遠心分離して、界面活性剤を沈殿させた。 上清を自己調製したステージチップ49を用いて脱塩し、SpeedVacで乾燥させた。 LC−MS分析は、nanosprayイオン源(Nanospray Flex、Thermo Fisher Scientific、USA)およびnano−LCシステム(Ultimate3 0 0 0、Thermo Fisher Scientific、USA)を装備したOrbitrap質量分析計(LTQ Orbitrap Velos Pro、Thermo Fisher Scientific、USA)を用いて行った。 乾燥したペプチド混合物を5%アセトニトリルおよび0.1%TFAを含む溶液に溶解し、各試料をナノLCシステムに適用した。 ペプチドをtrapカラムを用いて濃縮した(#1 6 4 5 3 5,0.0 7 5×2 0mm、3μ m、Acclaim Pepmap1 0 0C1 8、Thermo Fisher Scientific、USA)を用いて分離し、次いで、ナノキャピラリーカラム(#NTCC)を用いて分離した。-360/100-3-153, 0.1 × 150 1%ギ酸)および勾配(5分間5%B、4 5分間5〜4 5%B、1分間4 5〜9 0%B、4分間9 0%B)を有する2つの移動相A(0.1%ギ酸)およびB(アセトニトリルおよび0.1%ギ酸)を用いて、5 0 0nl/分 溶出は、MS(正モード、200〜1500m/zの走査範囲、60,000FWHM分解能)に直接エレクトロスプレー(2.2kV)された50。

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