समय-हल एकल अणु प्रोटीन प्रेरित फ्लोरेसेंस वृद्धि प्रोटीन में स्थानीय संरचनात्मक परिवर्तनों के प्रति संवेदनशील एक उपयोगी फ्लोरेसेंस स्पेक्ट्रोस्कोपिक निकटता सेंसर है। यहां हम दिखाते हैं कि इसका उपयोग α-सिन्यूक्लिन में स्थिर स्थानीय संरचनाओं को उजागर करने के लिए किया जा सकता है, जिसे अन्यथा लंबी दूरी के FRET शासक का उपयोग करके मापा जाता है तो इसे गोलाकार रूप से असंरचित और अस्थिर के रूप में जाना जाता है।
एकल जैव अणुओं और उनकी गतिशीलता के कई अनुरूपों को ट्रैक करने के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपिक शासकों का उपयोग करने से संरचनात्मक गतिशीलता और जीव विज्ञान में इसके योगदान की समझ में क्रांतिकारी बदलाव आया है। जबकि FRET आधारित शासक 3-10 एनएम रेंज में अंतर डाई दूरी पर रिपोर्ट, अन्य स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकों, जैसे प्रोटीन प्रेरित फ्लोरेसेंस एन्हांसमेंट (PIFE), एक डाई और कम 0-3 एनएम रेंज में एक प्रोटीन सतह के बीच निकटता पर रिपोर्ट । पसंद की विधि के बावजूद, एक समय में स्वतंत्र रूप से फैलाने वाले बायोमॉलिक्यूल्स को मापने में इसका उपयोग जैव अणुओं की अलग-अलग केंद्रीय-वितरित उप-आबादी उपज वाले प्रयोगात्मक पैरामीटर के हिस्टोग्राम को पुनः प्राप्त करता है, जहां प्रत्येक उप-आबादी या तो एक ही संरचना का प्रतिनिधित्व करती है जो मिलीसेकंड के भीतर अपरिवर्तित रही, या कई संरचनाएं जो मिलीसेकंड की तुलना में बहुत तेजी से इंटरकन्वर्ट करती हैं, और इसलिए एक औसत-उप-आबादी। एकल-अणु FRET में, जहां हिस्टोग्राम में रिपोर्ट किया गया पैरामीटर अंतर-डाई FRET दक्षता है, एक आंतरिक रूप से अव्यवस्थित प्रोटीन, जैसे बफर में α-सिन्यूक्लिन मोनोमर, पहले कई अनुरूपता के एक औसत-बाहर उप-आबादी को तेजी से प्रदर्शित करने के रूप में सूचित किया गया था। हालांकि ये पिछले निष्कर्ष FRET-आधारित शासक की 3-10 एनएम रेंज पर निर्भर करते हैं, हमने इस प्रोटीन को एकल-अणु PIFE का उपयोग करके परीक्षण में डालने की मांग की, जहां हम साइट-विशिष्ट sCy3-लेबल α-सिन्यूक्लिन प्रोटीन के फ्लोरेसेंस जीवनकाल को ट्रैक करते हैं। दिलचस्प बात यह है कि इस छोटी दूरी के स्पेक्ट्रोस्कोपिक प्रॉक्सिमिटी सेंसर का उपयोग करके, SCy3-लेबल α-सिन्यूक्लिन कई आजीवन उप-आबादी को अलग-अलग मतलब वाले जीवन काल के साथ प्रदर्शित करता है जो 10-100 एमएस में इंटरकनवर्ट करते हैं। इन परिणामों से पता चलता है कि जबकि α-सिन्यूक्लिन विश्व स्तर पर अस्त-व्यस्त हो सकता है, यह फिर भी स्थिर स्थानीय संरचनाओं प्राप्त करता है । संक्षेप में, इस काम में हम विभिन्न स्पेक्ट्रोस्कोपिक निकटता सेंसरों का उपयोग करने के लाभ को उजागर करते हैं जो एक समय में स्थानीय या वैश्विक संरचनात्मक परिवर्तनों को ट्रैक करते हैं।
पिछले दो दशकों में, एकल अणु फ्लोरेसेंस-आधारित विधियां जैव अणुओं को मापने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बन गई हैं1,2,यह जांच करते हुए कि विभिन्न जैव अणु मापदंड कैसे वितरित करते हैं और साथ ही वे उप-मिलीसेकंड संकल्प3, 4,5पर इन मापदंडों की विभिन्न उप-आबादी के बीच गतिशील रूप से कैसे आपस में छेड़छाड़ करते हैं। इन तकनीकों के मापदंडों में एफईआरटी मापन 6,7,फ्लोरेसेंस एनिसोट्रोपी8,9,फ्लोरेसेंस क्वांटम पैदावार औरजीवनकाल 10, 11में ऊर्जा हस्तांतरण दक्षता शामिल है, जो विभिन्न फ्लोरेसेंस शमन 12 या वृद्धि13 तंत्रों के एक समारोह के रूप में है। इन तंत्रों में से एक, जिसे प्रोटीन-प्रेरित फ्लोरेसेंस एन्हांसमेंट (पीईएफई)14 के रूप में जाना जाता है, फ्लोरोफोर के मुक्त आइसोमराइजेशन के लिए स्टेरिक बाधा के कार्य के रूप में फ्लोरेसेंस क्वांटम यील्ड और जीवनकाल की वृद्धि का परिचय देता है, जब उत्तेजित-राज्य में, डाई14,15, 16,17,18, 19, 19के आसपास प्रोटीन सतहों के कारण होता है। . FRET और PIFE दोनों को स्पेक्ट्रोस्कोपिक शासकों या निकटता सेंसर माना जाता है क्योंकि उनका मापा पैरामीटर सीधे माप के तहत लेबल वाले बायोमॉल्यूल के भीतर एक स्थानिक उपाय से जुड़ा हुआ है। जबकि FRET दक्षता 3-10 एनएम20की सीमा के भीतर रंगों की एक जोड़ी के बीच की दूरी से संबंधित है, PIFE पटरियों फ्लोरेसेंस क्वांटम पैदावार या डाई और 0-3 एनएम19की सीमा में पास के प्रोटीन की सतह के बीच की दूरी से संबंधित जीवन काल में बढ़ जाती है ।
एकल अणु FRET व्यापक रूप से कई अलग प्रोटीन प्रणालियों में संरचनात्मक अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए इस्तेमाल किया गया है, आंतरिक रूप से अस्त-व्यस्त प्रोटीन (IDPs)21,जैसे α-सिन्यूक्लिन (α-सिन)22सहित । α – सिन विभिन्न जैव अणुओं के लिए बाध्यकारी और विभिन्न परिस्थितियों में23 , 24,25, 26, 27,28,29,30के लिए बाध्यकारी होने के बाद आदेशित संरचनाएं बनासकतेहैं। हालांकि, जब अनबाउंड, α-सिन मोनोमर को उच्च अनुरूप विषमता की विशेषता है, जिसमें तेजी से इंटरकनवर्टिंग कॉन्फॉर्मेशन31,32है।
α – सिन की संरचना का अध्ययन पहले विभिन्न विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके किया गया है जो ऐसी अत्यधिक विषम और गतिशील प्रोटीन प्रणालियों 33 ,34, 35, 36 ,37,38,39की अनुरूप गतिशीलता की पहचान करने में मदद करते हैं। दिलचस्प है, बफर में α-सिन के एकल-अणु FRET (smFRET) मापों ने एक ही FRETजनसंख्या 39,40 की सूचना दी जो कॉन्फोकल स्पॉट के माध्यम से α-सिन के विशिष्ट प्रसार समय की तुलना में गतिशील रूप से कई बार तेजी से इंटरकनवर्टिंग के समय-औसत का परिणाम है (बार के रूप में तेजी से कुछ माइक्रोसेकंड और यहां तक कि तेजी से, ठेठ मिलीसेकंड प्रसार के सापेक्ष)400 41. हालांकि, 3-10 एनएम दूरी संवेदनशीलता के साथ एक FRET स्पेक्ट्रोस्कोपिक शासक का उपयोग करके कभी-कभी केवल α-सिन जैसे छोटे प्रोटीन में समग्र संरचनात्मक परिवर्तनों पर रिपोर्ट करता है। कम दूरी की संवेदनशीलता के साथ स्पेक्ट्रोस्कोपिक निकटता सेंसर का उपयोग करने वाले एकल-अणु मापों में स्थानीय संरचनाओं की गतिशीलता पर रिपोर्ट करने की क्षमता होती है। इसके साथ ही हम α-सिन के एकल-अणु PIFE माप करते हैं और फ्लोरेसेंस लाइफटाइम की विभिन्न उप-आबादी की पहचान करते हैं जो उन दोनों के बीच संक्रमण के साथ विभिन्न स्थानीय संरचनाओं के लिए मानचित्रण करते हैं, जो 100 एमएस के रूप में धीमी गति से होते हैं। यह काम एक समय में, बफर में और जब एसडीएस-आधारित झिल्ली को एक छोटी दूरी के एकल-अणु स्पेक्ट्रोस्कोपिक निकटता सेंसर के रूप में एसडी आधारित झिल्ली से बंधे होते हैं, तो स्वतंत्र रूप से फैलाने वाले α-सिन अणुओं के समय-हल किए गए एसएमपीआईएफ मापों को संक्षेप में प्रस्तुत करता है।
α – सिन और उसके अव्यवस्थित स्वरूप 33 , 35 ,36,37, 37 ,38की संरचनात्मक विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए व्यापक जैव रासायनिक और जैव भौतिक अध्ययन किए गए…
The authors have nothing to disclose.
पीटी-टी7 प्लाज्मिड एन्कोडिंग ए56सी α-सिन म्यूटेंट हमें डॉ आसफ ग्रुपी, डॉ डैन आमिर और डॉ एलिशा हास से वर्तमान के रूप में दिया गया था । इस कागज स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थानों (NIH, अनुदान R01 GM130942 एक उपवर्ण के रूप में ईएल के लिए), इसराइल विज्ञान फाउंडेशन (KillCorona के भीतर अनुदान 3565/20-कोरोनावायरस अनुसंधान कार्यक्रम पर अंकुश लगाने), Milner कोष और यरूशलेम के हिब्रू विश्वविद्यालय (स्टार्टअप फंड) द्वारा समर्थित किया गया था ।
Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Units | Merc | C7715 | cutoff: 100 kDa |
ammonium sulfate | Sigma-Aldrich | A4418 | |
BSA | Sigma-Aldrich | A9647 | |
cysteamine | Sigma-Aldrich | 30070 | |
dialysis bags – MEGA GeBaFlex-tube | Gene Bio-Application | MEGA320 | |
dithiothreitol (DTT) | Sigma-Aldrich | 43815 | |
ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | E5134 | |
Fast SeeBand staining solution | Gene Bio-Application | SB050 | |
Glycine | Sigma-Aldrich | 50046 | |
D-Glucose | Sigma-Aldrich | G7021 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | 54457 | |
HiTrap Desalting 5 mL | Sigma-Aldrich | GE17-1408 | |
6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid (TROLOX) | Sigma-Aldrich | 238813 | |
isopropyl β-d-1-thiogalactopyranoside (IPTG) | Sigma-Aldrich | I5502 | |
LB broth | Sigma-Aldrich | L3152 | |
Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | 63068 | |
MonoQ column | Sigma-Aldrich | 54807 | |
protein LoBind tube | Sigma-Aldrich | EP0030108094 | 0.5 mL |
Rinse a µ-slide 18 | Ibidi | 81816 | |
SDS | Sigma-Aldrich | 75746 | |
Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S2889 | |
Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S8045 | |
Sodium phosphate monobasic monohydrate | Sigma-Aldrich | 71507 | |
Sterile Cell spreaders, Drigalski spatulas | mini-plast | 815-004-05-001 | |
streptomycin sulfate | Sigma-Aldrich | S9137 | |
sulfo-Cy3 maleimide | abcam | ab146493 | |
Tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride (TCEP) | Sigma-Aldrich | 75259 | |
Tris-HCl | Sigma-Aldrich | 93363 | |
Tryptone | Sigma-Aldrich | T7293 | |
Yeast Extract | Sigma-Aldrich | Y1625 |