概要

大コイルドコイル含有タンパク質の結晶化を導くためにウェットとドライラボテクニックを組み合わせます

Published: January 06, 2017
doi:

概要

We describe a framework incorporating straightforward biochemical and computational analysis to guide the characterization and crystallization of large coiled-coil domains. This framework can be adapted for globular proteins or extended to incorporate a variety of high-throughput techniques.

Abstract

Obtaining crystals for structure determination can be a difficult and time consuming proposition for any protein. Coiled-coil proteins and domains are found throughout nature, however, because of their physical properties and tendency to aggregate, they are traditionally viewed as being especially difficult to crystallize. Here, we utilize a variety of quick and simple techniques designed to identify a series of possible domain boundaries for a given coiled-coil protein, and then quickly characterize the behavior of these proteins in solution. With the addition of a strongly fluorescent tag (mRuby2), protein characterization is simple and straightforward. The target protein can be readily visualized under normal lighting and can be quantified with the use of an appropriate imager. The goal is to quickly identify candidates that can be removed from the crystallization pipeline because they are unlikely to succeed, affording more time for the best candidates and fewer funds expended on proteins that do not produce crystals. This process can be iterated to incorporate information gained from initial screening efforts, can be adapted for high-throughput expression and purification procedures, and is augmented by robotic screening for crystallization.

Introduction

X線結晶学を介した構造の決意は、現代生物学のあらゆる分野への根本的な貢献をしてきました。生活とどのように彼らは様々な状況下で互いに対話をサポートする巨大分子の原子ビューを提供します。私たちは、病気を引き起こすメカニズムを理解することを可能にし、合理的疾患を治療するための薬を設計する機会を提供します。結晶学は長い高分子構造を決定するための支配的な実験的手法となっており、現在の構造データベース(www.rcsb.org)の89.3パーセントを占めています。この技術は、非常に高解像度のための潜在的な、サイズの広い範囲、比較的容易なデータ収集、および高分子は、溶媒だけでなく、リガンドと相互作用する方法を視覚化する機会を巨大分子を可視化する機能など、多くの利点があります。

組換えタンパク質発現1,2における数多くの技術の向上にもかかわらず、PURification 3、及びこれらのシステム4、結晶過程における単一の最大の障害物を生成するために使用される分子生物学、回折品質結晶を成長させる能力が残りますこれは、大規模なコイルドコイルドメインを含むタンパク質のために特に当てはまるてきました。すべてのアミノ酸の5%ほどが、この非常に共通の構造的特徴7作り、コイルドコイル内で5,6を発見 、まだこれらのタンパク質は、多くの場合、より多くの困難を精製し、結晶化さ球状タンパク質よりも8-10されていると推定されています。これはさらに、コイルドコイルドメインは、多くの場合、したがって、正しく多くの場合、結晶化のために有害である非構造化またはフレキシブル配列の包含を回避することが重要であり、これらのドメインの境界を予測する、より大きなタンパク質のコンテキスト内で見出されるという事実によって悪化します。

ここでは、Webベースの計算を組み合わせた概念フレームワークは、エクスペリと分析を提示構造研究、そしてどのように準備し、結晶化の試行の前に、タンパク質サンプルを特徴づけるためのタンパク質断片(複数可)を選択する方法:ベンチからリットルのデータは、結晶学的プロセスの初期段階を含むを通じてガイドのユーザーを支援します。私たちは、大規模なコイルドコイルドメインを含む二つのタンパク質に我々の分析に焦点を当てる、マッシュルーム(SHRM)とRhoキナーゼ(ロック)。両者がコイルドコイルドメインを含み、生物学的に関連する複合体11-16を形成すること知られているように、これらのタンパク質を選択しました。マッシュルームとRhoキナーゼ(ロック)は、それぞれ構造的に17-20特徴づけられているそのうちの多くの部分をコイルドコイルの〜200および680残基を含むことが予想されています。ここに記載された方法は、迅速に結晶化やすいであろうコイルドコイル含有タンパク質のフラグメントを同定するための合理化されたワークフローを提供し、しかし、記載された技術は、簡単にほとんどのタンパク質またはタンパク質複合体のために適合さまたは高スループットapproaを組み込むように修正することができますCHESとして利用できます。最後に、これらの方法は、一般的に安価であり、ほぼすべての経験レベルでユーザが実行することができます。

Protocol

注:概念フレームワークまたはワークフローの図を参考のため、図1に記載されています。計算または配列に基づく予測、タンパク質の発現および精製、生化学的特徴、および結晶化:プロトコルは、4つの段階に分けることができます。図示の実施例は、マッシュルームSD2ドメインおよび/またはマッシュルーム・ロック複合体を分析するが、任意のタンパク質と共に…

Representative Results

本システムで利用するワークフローを示す図で、図1に示されており、三つの主要な段階を含みます。配列のコンピューター分析は、関心のコイルドコイルタンパク質のドメイン境界についての仮説を開発するために利用されます。 Shrm2 SD2ドメインの注釈付きの分析の例を図2に示されています。この図では、目標はマッシュルームがSD2と呼ば…

Discussion

ここで説明するプロトコルは、ユーザーが自分の結晶化を促進するために大規模なコイルドコイルタンパク質内ドメインの境界を識別するのに役立つように設計されています。プロトコルは、潜在的なドメイン境界の系列を生成する計算予測と他のソースからのデータの様々な全体的な組み込みに依存しています。これらは、迅速かつ安価であり、さらにこれらの初期の仮説を絞り込むため?…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by grant NIH R01 GM097204 (APV and JDH). Funding for JHM was supplied by an HHMI Undergraduate Research Summer Fellowship.

Materials

BL21(DE3) Rosetta Emd Millipore 70954-3
BL21(DE3) Star ThermoFisher Scientific C601003
BL21(DE3) Codon Plus Agilent Technologies 230245
Lysozyme Spectrum Chemical Mfg Corp L3008-5GM
Ni-NTA resin Life Technologies 25216
SubtilisinA Spectrum Chemical Mfg Corp S1211-10ML
24 well Cryschem Plate Hampton research HR3-160
INTELLI-PLATE  96: Art Robbins Instruments 102-0001-03
PEG 3350 Hampton research HR2-591
PEG 8000 Hampton research HR2-515
PEG 400 Hampton research HR2-603
PEG 4000 Hampton research HR2-605
pcDNA3.1-Clover-mRuby2 Addgene 49089
Overnight Express Autoinduction System 1 Emd Millipore 71300
Lysogeny Broth powder ThermoFisher Scientific 12795027 

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記事を引用
Zalewski, J. K., Heber, S., Mo, J. H., O’Conor, K., Hildebrand, J. D., VanDemark, A. P. Combining Wet and Dry Lab Techniques to Guide the Crystallization of Large Coiled-coil Containing Proteins. J. Vis. Exp. (119), e54886, doi:10.3791/54886 (2017).

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