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或DNA折叠稳定立体折叠是在抗肿瘤或抗病毒的药物的发展感兴趣的目标。在HIV-1的情况下,所涉及的病毒活性的调节病毒蛋白识别几种核酸。核衣壳蛋白NCp7(NC)是一种关键蛋白调节病毒复制过程中的几个过程。数控实际上是分子伴侣的不稳定的RNA和DNA及促进其退火的二级结构。 NC的失活是一种新的方法和抗HIV治疗的一个有趣的目标。 N 个 ucleocapsid 一个 nnealing- M ediatedËlectrophoresis(NAME)法的开发是为了找出分子能抑制RNA和DNA折叠热力学稳定的三维构象,如TAR的发夹结构和艾滋病CTAR元素的熔化和退火,由HIV-1的核衣壳蛋白。新的检测采用要么重新combinant或合成的蛋白质,以及寡核苷酸没有他们以前的标签的需要。结果的分析是通过标准的聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE),随后通过常规的核酸染色来实现。报道在这项工作中的协议描述了如何执行与全长蛋白质或其截短形式缺少基本的N-末端结构域的名称测定中,两个主管核酸分子伴侣,以及如何通过评估的NC伴侣活性的抑制线程嵌入。此外,名称可以在两种不同的模式来执行的,有用的,以获得指示所识别的NC抑制剂的作用的推定机理。
人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)的核衣壳蛋白NCp7(NC)]是紧密基因组RNA的成熟的感染性病毒相关联的小,碱性蛋白,演奏作为反转录过程中的辅因子在病毒复制中的关键作用,基因组的识别,和包装。1-3数控充当核酸分子伴侣催化稳定的核酸结构的不稳定和互补序列的退火。其核酸聚集活性主要存在于该11个氨基酸的N-末端结构域,而双工不稳定活动已经映射到其锌指结构(12-55肽)4的带正电荷的蛋白降低退火反应的静电屏障和增加的这两个独立的互补序列走到一起的速度。
折叠稳定的构象核酸要求NC的伴侣活动facilitatË其退火5,这是在逆转录,其中NC是在链转移事件是至关重要的特别重要的:在所述负链转移, 负链 DNA的停止 ,只是retrotranscribed,必须转 移并退火到互补序列中的R区在RNA基因组的3'末端的模板。6虽然热力学上是有利地,该反应并不广泛在没有数控的发生是由于反式激活响应区 (TAR)RNA的稳定结构在R区域的存在,必须被关联到它的DNA复制(CTAR DNA)。7,带有特征茎环构象CTAR和TAR是,事实上,高度结构化的区域。数控蛋白质变性这些发夹,并促进负链通过增加分子间退火的互补的核酸链之间的速率传输。 TAR和CTAR数控退火机制已经彻底调查,并去刻划在几个研究论文TAR退火法和所提出的方案中描述了极高的评价。8-11汇总,数控动摇的稳定的RNA如TAR-RNA的二级结构,动摇其互补序列,CTAR-DNA的二级结构和促进的RNA / DNA的通向TAR / CTAR异源双链体的形成10,11的退火反应。其结果是,HIV复制过程中的链转移步骤是有利的。12
数控是为新的抗病毒剂,因为诱导朝数控小分子的潜在的干扰将导致减少的病毒基因组的逆转录作为妥协的NC活动的结果的发展的一个有吸引力的目标。2,13这种方法能最终导致成功的抗HIV药物的开发。在筛选数控的过程抑制剂14,我们开发依靠公知的特性的测定10,11核衣壳有效地破坏和退火互补的寡核苷酸。我们把它叫做ñucleocapsid一个 nnealing- M ediatedËlectrophoresis(NAME)检测。 NAME测定使用数控介导的互补核酸稳定地结构化的副本之间的退火,在我们的情况下,对应于与它的互补DNA序列(CTAR),得到混合的TAR / CTAR异源一TAR-RNA序列的顶端部分的寡核苷酸的。在数控存在焦油/ CTAR退火反应的分析可以通过天然聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)进行调查。
此协议说明如何执行名称测定快速退火在室温下寡核苷酸折叠在稳定的发夹结构,如何分析实验的反应和可能的故障诊断的结果。核酸的放射性标记不请求,并且检测系统,效对寡核苷酸的频带可以通过常规染色的方法进行。的测定法中,其采用任一重组全长蛋白或NC的截短的合成版本,允许螺纹嵌入抑制NC,证实与强结合到RNA和DNA的活性的鉴定。14
NAME是一个测定,它允许快速评估的HIV-1,在搜索的新的抗HIV药物的有趣靶的核衣壳蛋白的分子伴侣活性的抑制。数控退火快,并在室温的核酸,其稳定的折叠,否则将需要的热变性,在高温度,随后小心退火。所述测定法可以与任一全长NC或与截断(12-55)的NC来执行:在两种情况下,两个核酸(RNA和其互补DNA复制)正在迅速退火。这与文献观察与截短的NC肽一致:退火由CTAR的杆,随后通过其互补心尖循环,这是一个薄弱的NC结合位点相互作用的有效熔化开始,随着TAR心尖环的互补序列,通过几个不稳定的中间体,以扩展混合退火结束了。21
NC是一个非常稳定的PROTEIN和一些问题,而可能发生在执行NAME。这是非常重要的但添加新鲜制备的SDS凝胶加样缓冲液用于使反应停止:如果这是不实现的,该凝胶不会显示该核酸频带在正确的位置上。事实上,NC是核酸结合蛋白,从而正确地可视化的TAR / CTAR异源通过凝胶电泳SDS必须存在于凝胶上样缓冲液使蛋白质变性并从它的紧配合物与核酸释放出来。这也是该实验的可能的故障, 即转移带的凝胶运行期间的形成。这种效果是特别明显,当全长的NC被采用,如在图2中 ,并且被链接到的高碱性的N-末端尾部的存在下,具有上的核酸的强聚集效应。
的终端基本尾部的存在使得在退火反应更难以被抑制,因为显示中的n 图3使用化合物1,一个代表性的螺纹嵌入, 即嵌入剂,是稳定的CTAR TAR和茎-环结构特别有效。事实上,这种类型的相互作用与核酸时凸起和循环中断的双螺旋的连续性,从而允许更简单的螺纹的大体积取代基成碱基对是有利的。 TAR和CTAR由这些核酸结合剂稳定化之前由所增加的两个寡核苷酸的熔融温度的测定分析。14此外,增加的熔化温度与由HIV-1的NC催化退火的抑制相关,导致异源TAR / CTAR的减小形成和指示线程嵌入剂是一类有趣的粘合剂用于RNA的动态结构,如TAR元件14
作用的机制调用这些COMPOunds可以通过执行在不同替代格式的名称测定法来进一步证实, 如图4:在嵌入剂的情况下,退火异源的抑制增强当药物孵育与两折叠的寡核苷酸。具有不同的作用机制,如在NC蛋白的直接结合剂作用的化合物,就不太受不同预培养模式。在这两种方法,因此可用于筛选化合物文库数控抑制剂的识别名试验进行的,并且还同时搜索针对NC抗HIV药物评估阳性命中的动作的推定机理。显然,声称对确定NC抑制剂的作用的具体机制的时候使用单独这些技术是不够的,需要有其他合适的生化检测,以维持工作的前提。14
最后,它必须在名称使用高度强调纯化的酶,无论是重组的或合成的,得到由所述测试化合物的“ 体外 ”抑制数控宝贵信息。这是“力量和弱点”的测定:NAME能很好地配合虚拟筛选和分子模拟方法在药物研究计划的预备步骤,从而能够快速构建和分析构效关系,并最终重定向的合成和药物设计。然而,如用在HIV药物开发项目其它生化测定法,名称将不给于推定的抑制剂在病毒感染的细胞的影响的信息。
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 |