This protocol describes NAME, an assay that allows the rapid identification of molecules able to inhibit in vitro the chaperone activities of HIV-1 nucleocapsid protein.
RNA o DNA piegato in stabile ripiegamento tridimensionale sono interessanti bersagli per lo sviluppo di antitumorali o antivirali. In caso di HIV-1, proteine virali coinvolte nella regolazione dell'attività virus riconoscono numerosi acidi nucleici. La proteina nucleocapsidica NCp7 (NC) è una proteina chiave che regola diversi processi durante la replicazione del virus. NC è infatti un chaperone destabilizzare le strutture secondarie di RNA e DNA e facilitando la loro ricottura. L'inattivazione di NC è un nuovo approccio e un target interessante per la terapia anti-HIV. Il N ucleocapsid A nnealing- M ediated E lectrophoresis (NAME) test è stato sviluppato per identificare molecole in grado di inibire la fusione e ricottura di RNA e DNA ripiegato in conformazioni tridimensionali termodinamicamente stabili, come le strutture di tornanti TAR ed elementi CTAR di HIV, per la proteina del nucleocapside di HIV-1. Il nuovo test utilizza sia il rericombinante o la proteina sintetica, e oligonucleotidi senza la necessità della loro etichettatura precedente. L'analisi dei risultati è ottenuta mediante elettroforesi su gel di poliacrilammide standard (PAGE) seguita da convenzionale colorazione acido nucleico. Il protocollo riportato in questo lavoro descrive come eseguire il test NAME con la proteina full-length o la sua versione troncata privo del dominio N-terminale di base, sia competente come acidi nucleici accompagnatori, e come valutare l'inibizione dell'attività chaperone NC da un threading intercalante. Inoltre, NAME può essere eseguita in due modi differenti, utile per ottenere indicazioni sul meccanismo putativo di azione degli inibitori NC identificati.
La proteina nucleocapsidica NCp7 (NC) del virus dell'immunodeficienza umana di tipo 1 (HIV-1) è un piccolo, proteina basica che è strettamente associata a RNA genomico del virus infettivo maturo, giocando un ruolo fondamentale nella replicazione del virus come cofattore durante la trascrizione inversa , riconoscimento genoma, e l'imballaggio. 1-3 NC funge da chaperon acido nucleico che catalizza la destabilizzazione strutture stabili acidi nucleici e la ricottura di sequenze complementari. La sua attività di acido nucleico aggregazione risiede principalmente nei 11 aminoacidi dominio N-terminale, mentre il duplex destabilizzare l'attività è stato mappato le proprie strutture delle dita di zinco (12-55 peptide). 4 La proteina carica positiva abbassa la barriera elettrostatica della reazione di ricottura e aumenta la velocità con cui due sequenze complementari distinte si uniscono.
Gli acidi nucleici piegato in conformazione stabile richiedono le attività chaperone di NC per agevolarnee loro ricottura 5 Ciò è particolarmente importante in trascrizione inversa, dove NC è critica in eventi di trasferimento filo:. nel trasferimento meno strand, fermata DNA strand meno, solo retrotrascritto, deve essere trasferito e ricotto ad una sequenza complementare nella regione R alla 'fine del genoma RNA 3 modello. 6 Sebbene termodinamicamente favorita, questa reazione non si verifica ampiamente in assenza di NC per la presenza della struttura stabile dell'attivazione trans regione sensibile (TAR) RNA nelle regioni R, che deve essere associato alla sua copia di DNA (CTAR DNA). 7 regioni CTAR e TAR sono, infatti, altamente strutturato con una caratteristica conformazione stem-loop. Proteine NC denatura questi tornanti, e promuove minus-strand trasferimento aumentando il tasso di ricottura intermolecolare tra i filamenti complementari di acidi nucleici. Il meccanismo di NC ricottura del TAR e CTAR è stato oggetto di studi approfonditi e dedescritto come TAR ricottura test in diversi articoli di ricerca e lo schema proposto è rappresentato in ottime recensioni. 8-11 Riassumendo, NC destabilizza la struttura secondaria di RNA stabile come TAR-RNA, destabilizza la struttura secondaria della sua sequenza complementare, CTAR-DNA , e promuove la reazione ricottura di RNA / DNA che porta al TAR / CTAR formazione heteroduplex. 10,11 Come risultato, il passo strand transfer durante la replicazione dell'HIV è favorita. 12
NC è un bersaglio attraente per lo sviluppo di nuovi agenti antivirali in quanto l'interferenza potenziale indotta da piccole molecole verso NC comporterebbe una riduzione della trascrizione inversa del genoma virale come conseguenza di un'attività NC compromessa. 2,13 Questo approccio potrebbe in ultima analisi, portare allo sviluppo di farmaci anti-HIV di successo. Nel corso di uno screening per NC inibitori 14 abbiamo sviluppato un saggio basandosi sulle proprietà ben notedi nucleocapside di destabilizzare in modo efficiente e ricottura oligonucleotidi complementari. 10,11 abbiamo chiamato N ucleocapsid A nnealing- M ediated E lectrophoresis (NAME) test. Assay NAME utilizza NC per mediare la ricottura tra le copie stabilmente strutturati di acidi nucleici complementari, nel nostro caso del oligonucleotide corrispondente alla parte apicale di una sequenza TAR-RNA con la sua sequenza di DNA complementare (CTAR) a dare il TAR ibrida / CTAR heteroduplex . L'analisi del TAR / CTAR reazione ricottura in presenza di NC può essere indagata mediante elettroforesi su gel di poliacrilammide nativo (PAGE).
Questo protocollo illustra come eseguire il saggio NAME per ricottura rapidamente a temperatura ambiente oligonucleotidi piegate in strutture stabili forcella, come analizzare i risultati della reazione e possibili guasti dell'esperimento. Etichettatura radioattivo dell'acido nucleico non è richiesto, e detectisu bande oligonucleotide può essere eseguita con metodi convenzionali di colorazione. Il dosaggio, che impiega sia il ricombinante proteina intera o una versione troncata sintetica di NC, permette di identificare intercalanti filettatura inibenti NC, un'attività mostrato correlazione con forte legame al DNA e RNA. 14
NAME è un metodo che consente di determinare velocemente la inibizione dell'attività chaperone della proteina del nucleocapside di HIV-1, un target interessanti nella ricerca di nuovi farmaci anti-HIV. NC annealing veloce ea temperatura ambiente acidi nucleici cui pieghevole stabile altrimenti richiederebbero denaturazione termica ad alta temperatura seguito da un'attenta ricottura. L'analisi può essere eseguita sia con full-length NC o con l'troncato (12-55) NC: in entrambi i casi i due acidi nucleici (RNA e la sua copia di DNA complementare) vengono ricotti rapidamente. Questo è coerente con l'osservazione letteratura con il peptide troncato NC: ricottura viene avviata dallo scioglimento efficace dello stelo di CTAR seguita dalla interazione del suo ciclo apicale complementare, che è un sito di legame debole NC, con la sequenza complementare di TAR anello apicale, finendo attraverso diversi intermediari instabili ibrido ricotto esteso. 21
NC è un prot molto stabileein e pochi problemi mentre possono verificarsi l'esecuzione di NAME. E 'molto importante comunque aggiungere SDS appena fatte nel caricamento Gel Buffer utilizzato per arrestare la reazione: se ciò non viene raggiunto, il gel non mostrerà le bande di acido nucleico nelle posizioni corrette. Infatti, NC è una proteina legante acido nucleico, in modo che per visualizzare correttamente TAR / CTAR heteroduplex mediante elettroforesi su gel SDS deve essere presente nel gel Loading Buffer per denaturare la proteina e rilasciarlo dal suo complesso stretto con gli acidi nucleici. Questo è anche una possibile risoluzione dell'esperimento, cioè la formazione di bande spostato durante la corsa gel. Questo effetto è particolarmente evidente quando il full-length NC è stato impiegato, come in Figura 2, ed è collegato alla presenza della coda N-terminale fortemente basico, con un forte effetto aggregante sugli acidi nucleici.
La presenza della coda terminale di base rende la reazione ricottura più difficile essere inibita, come esposizionen in figura 3 con compound 1, una filettatura intercalante rappresentante, vale a dire un intercalante particolarmente efficace a stabilizzare le strutture stem-loop di TAR e di CTAR. Infatti, questo tipo di interazione con gli acidi nucleici è favorita quando rigonfiamenti e loop interrompono la continuità doppia elica, consentendo un più facile filettatura dei sostituenti ingombranti nelle coppie di basi. Stabilizzazione del TAR e CTAR da questi legante di acidi nucleici è stato precedentemente analizzato dalla determinazione dell'aumento della temperatura di fusione dei due oligonucleotidi. 14 Inoltre, l'aumento della temperatura di fusione correla con l'inibizione della ricottura catalizzata da HIV-1 NC, portando alla formazione ridotta del heteroduplex TAR / CTAR e indicando che intercalanti filettare sono un'interessante classe di leganti per strutture dinamiche di RNA, come l'elemento TAR. 14
Il meccanismo d'azione invocato per queste compounds può essere ulteriormente convalidati eseguendo il test NAME in diversi formati alternativi, come mostrato in figura 4: in caso di intercalanti inibizione della heteroduplex ricotto è aumentata quando il farmaco viene incubato con le due oligo piegate. Composti che agiscono con diversi meccanismi d'azione, quali leganti diretti della proteina NC, sarebbero meno colpiti dal modo preincubazione diverso. Test NAME eseguita in due metodi quindi potrebbe essere utilizzati per lo screening librerie di composti per l'identificazione di inibitori NC, e anche per valutare il meccanismo putativo di azione dei risultati positivi durante la ricerca di farmaci anti-HIV mirati a NC. Chiaramente, l'uso di queste tecniche solo quando rivendicate per uno specifico meccanismo di azione degli inibitori NC identificati non è sufficiente, e altri saggi biochimici idonei sono necessari per sostenere l'ipotesi di lavoro. 14
Infine, va sottolineato che il NOME utilizza altamenteenzimi purificati, sia ricombinanti o sintetici, dando preziose informazioni sulla inibizione "in vitro" di NC dai composti testati. Questa è la "forza e debolezza" del test: nome può ben integrare screening virtuale e modellazione molecolare approcci nelle fasi preliminari di programmi di scoperta della droga, che consente di costruire rapidamente e analizzare le relazioni struttura-attività e, infine, riorientare la sintesi e droga design. Tuttavia, come altri saggi biochimici utilizzati in progetti di sviluppo di farmaci in HIV, NAME non darà informazioni sugli effetti degli inibitori putativi nelle cellule infettate da virus.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by Ministero degli Affari Esteri (MAE, DRPG, Unità per la cooperazione scientifica e tecnologica, Grant: PGR Italy-USA) and by MIUR, Progetti di Ricerca di Interesse Nazionale (Grant: 2010W2KM5L_006).
Name of Material/Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
cTAR, 29-mer DNA oligo. Desalted. HPLC purified. | Metabion International AG | Store the stock solution at -20 °C | |
TAR, 29-mer RNA oligo. Desalted. HPLC purified. | Metabion International AG | Store the stock aliquot at -80 °C | |
(12-55)NC peptide | EspiKem srl | Store the stock solution at -20 °C | |
1.5 mL tubes | Eppendorf | 0030 120 086 | Autoclave before use |
0.5 mL tubes | Eppendorf | 0030 121 023 | Autoclave before use |
Biosphere Filter Tips 0.1-10 µL | Sarstedt | 701,130,210 | |
Biosphere Filter Tips 2-20 µL | Sarstedt | 70,760,213 | |
Biosphere Filter Tips 200 µL | Sarstedt | 70,760,213 | |
Syringe Filter 0,22 µm | Biosigma srl | 51,798 | |
Ethanol | Carlo Erba | 414631 | |
Sodium Dodecyl Sulfate | Sigma-Aldrich | 71725-50G | |
Dimethyl Sulfoxide | Sigma-Aldrich | D8418-1L | |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | 71376-1KG | |
Boric Acid | Sigma-Aldrich | B0252-2.5KG | |
Ethylenediaminetetraacetic Acid | Sigma-Aldrich | E5134-500G | |
Magnesium Perchlorate | Sigma-Aldrich | 222283-100G | Store the 1M solution at -20°C |
Glycerol | Sigma-Aldrich | 49770-1L | |
Bromophenol Blue | GE Healthcare Life Sciences | 17-1329-01 | |
N,N,N′,N′-Tetramethylethylenediamine | Sigma-Aldrich | T9281-100ML | |
Ammonium Persulfate | Sigma-Aldrich | A7460-500G | Prepare the 10% solution freshly before use |
Acrylamide-bis ready-to-use solution 40% (19:1) | Merck Millipore | 1006401000 | Polyacrylamide is highly neurotoxic: wear gloves during the gel casting |
Tris ultrapure | Applichem | A1086,1000 | |
DEPC-treated water | Ambion | AM9922 | |
Centrifuge 5415R | Eppendorf | 22,621,408 | |
NanoDrop 1000 spectrometer | Thermo Scientific | ||
UV-VIS spectrometer Lambda 20 | Perkin Elmer | ||
Protean II xi Cell | Bio-Rad | 165-1803 | |
PowerPac Basic Power Supply | Bio-Rad | 164-5050 | |
SybrGreen II RNA Gel Staining | Lonza | 50523 | Make the 1/10000 dilution in TBE 1X. Store it in the dark at 4°C for two weeks |
Geliance 600 Imaging System | Perkin Elmer |