في هذه المقالة، نحن وصف بروتوكولات تحديد التعبير وتنقية وبلورة وبنية البروتين المجال الطرفي ن من مستقبلات ريانوديني من فراشة diamondback (إكسيلوستيلا بلوتيلا).
قد تم تطوير مبيدات حشرية قوية وفعالة تستهدف مستقبلات ريانوديني الحشرات (ريرس) من اهتمام كبير في مجال السيطرة على الآفات الزراعية. حتى الآن، العديد من مبيدات الحشرات دياميدي تستهدف مكافحة الآفات قد تم تسويقها ريرس، التي تدر الدخل السنوي 2 بیلیون دولار أمريكي. ولكن فهم طريقة عمل المبيدات الحشرية استهداف RyR محدودة بسبب الافتقار إلى المعلومات الهيكلية المتعلقة بالحشرات RyR. هذا بدوره يحد من فهم التنمية لمقاومة المبيدات الحشرية في الآفات. العثة diamondback (DBM) هو آفة مدمرة تدمير المحاصيل الصليبية في العالم، الذي ذكر أيضا تبدي مقاومة للمبيدات الحشرية دياميدي. ولذلك، أنها ذات أهمية عملية كبيرة لتطوير المبيدات الحشرية رواية استهداف RyR ديسيبل، تستهدف خصوصا منطقة مختلفة من موقع الربط دياميدي التقليدية. نقدم هنا، بروتوكولا لوصف المجال الطرفي ن من RyR من ديسيبل هيكلياً. بنية بلورية الأشعة السينية تم حلها عن طريق الاستبدال الجزيئي بدقة من 2.84، الذي يوضح فكرة قابلة لطي بيتا-البرسيم والحلزون ألفا ترافقه. هذا البروتوكول يمكن تكييفها للتعبير، وتنقية وتوصيف الهيكلية للبروتينات أو المجالات الأخرى بشكل عام.
مستقبلات ريانوديني (ريرس) هي قنوات أيون محددة، والتوسط تخلل Ca2 + الأيونات عبر الأغشية شبكية الشبكة (SR) في خلايا العضلات. ولذلك، أنها تلعب دوراً مهما في اقتران عملية انكماش الإثارة. في شكله الوظيفي، تجمع RyR هومو تيترامير مع كتلة جزيئية من > 2 نجمة داود الحمراء، مع كل وحدة فرعية تتألف من بقايا الأحماض الأمينية ~ 5000. في الثدييات، هناك ثلاثة إيسوفورمس: RyR1-نوع الهيكل العظمى والعضلات وعضلة القلب نوع RyR2-وأعربت عن أوبيكويتوسلي في أنسجة مختلفة1-RyR3.
في الحشرات هناك نوع واحد فقط من RyR، التي يعبر عنها في أنسجة العضلات والجهاز العصبي2. RyR الحشرات أكثر مماثلة للثدييات RyR2 مع هوية تسلسل من حوالي 47%3. تم تطوير مبيدات الحشرات دياميدي استهداف RyR قشريات الجناح و Coleoptera وتسويقها من قبل شركات كبرى مثل باير (فلوبيندياميدي)، دوبون (تشلورانترانيليبرولي) وسينجينتا (سيانترانيليبرولي). منذ إطلاقها مؤخرا نسبيا، أصبحت المبيدات الحشرية دياميدي واحدة من الفئة الأسرع نمواً من المبيدات الحشرية. حاليا، تجاوزت المبيعات من هذه المبيدات الحشرية ثلاثة سنوياً 2 بیلیون دولار أمريكي بمعدل نمو بلغ أكثر من 50% منذ 2009 (أجرانوفا).
وأفادت الدراسات الأخيرة وضع المقاومة في الحشرات بعد بضعة أجيال من استخدام هذه المبيدات الحشرية4،،من56،،من78. المقاومة الطفرات في المجال ترانسميمبراني من ريرس من العثة diamondback (ديسيبل)، إكسيلوستيلا بلوتيلا (G4946E، I4790M) والمواقف المقابلة في نافقة أوراق الحمضيات الطماطم, توتا absoluta (G4903E، I4746M) تبين أن المنطقة قد يكون متورطا في ربط المبيد الحشري دياميدي كما هو معروف في هذه المنطقة أن تكون حاسمة بالنسبة النابضة للقناة4،،من89. على الرغم من بحوث مستفيضة في هذا المجال، لا تزال الآليات الجزيئية الدقيقة للمبيدات الحشرية دياميدي بعيدة المنال. وعلاوة على ذلك، من غير الواضح ما إذا كانت تؤثر الطفرات المقاومة على التفاعلات مع دياميديس اللوستيريكالي مباشرة أو غير مباشرة.
وأفادت الدراسات السابقة بنية المجالات RyR العديد من أنواع الثدييات، وهيكل كامل طول RyR1 الثدييات و RyR2 بعلم البلورات بالأشعة السينية والميكروسكوب الإلكتروني cryo، على التوالي10،11، 12،13،،من1415،16،17،،من1819،20،21 . ولكن حتى الآن، لا يوجد هيكل الحشرات RyR لم يبلغ، التي تحظر لنا من فهم تعقيدات الجزيئية لوظيفة مستقبلات فضلا عن الآليات الجزيئية لعمل المبيدات الحشرية والتنمية لمقاومة المبيدات الحشرية.
في هذه المخطوطة، نقدم بروتوكول معمم لتوصيف الهيكلي الطرفي ن β-البرسيم المجال من مستقبلات ريانوديني من العثة diamondback، الآفات مدمرة إصابة المحاصيل الصليبية في العالم22. تم تصميم بنية وفقا لأرنب المنشورة RyR1 NTD كريستال هياكل23،24والبرد-م النماذج الهيكلية16،17،،من1819، 20 , 21-هذا هو هيكل عالي الاستبانة الأولى ذكرت للحشرات RyR، الذي يكشف عن إليه لقناة النابضة ويقدم نموذجا هاما لتطوير المبيدات الحشرية إبلاغها باستخدام المخدرات على أساس هيكل تصميم. لتوضيح الهيكل، استخدمنا علم البلورات بالأشعة السينية، الذي يعتبر بمثابة ‘المعيار الذهبي’ لتصميم هيكل البروتين في القرب من القرار الذري. على الرغم من أن عملية تبلور يمكن التنبؤ بها وكثيفة العمالة، وهذا البروتوكول خطوة بخطوة ستساعد الباحثين التعبير عن وتنقية وتوصيف مجالات أخرى من الحشرات RyR أو غيرها من البروتينات بشكل عام.
في هذه الورقة، ونحن تصف الإجراء الذي ريكومبينانتلي إكسبريس وتنقية وبلورة وتحديد هيكل ديسيبل RyR NTD. للتبلور، شرط حاسم للحصول على البروتينات مع الذوبان العالية والنقاء والتجانس. لدينا بروتوكول، اخترنا أن استخدام ناقلات الحيوانات الأليفة-28 ألف-جرارات كما أنه يحتوي على علامة هيكساهيستيديني …
The authors have nothing to disclose.
تمويل هذه البحوث المقدمة: الوطنية مفتاح البحث وبرنامج التنمية للصين (2017YFD0201400, 2017YFD0201403) والوطنية طبيعة مؤسسة العلوم الصينية (31320103922، 31230061) وبرنامج “المشروع للبحوث الأساسية الوطنية” (973) الصين (2015CB856500, 2015CB856504). ونحن ممتنون للموظفين بشأن بيمليني BL17U1 في شانغهاي الإشعاع السنكروتروني مرفق (سرف).
pET-28a-HMT vector | This modified pET vector contains a hexahistidine tag, an MBP fusion protein and a TEV protease cleavage site at the N-terminus (Lobo and Van Petegem, 2009) | ||
E. coli BL21 (DE3) strain | Novagen | 69450-3CN | |
HisTrapHP column (5 mL) | GE Healthcare | 45-000-325 | |
Amylose resin column | New England Biolabs | E8021S | |
Q Sepharose high-performance column | GE Healthcare | 17-1154-01 | |
Amicon concentrators (10 kDa MWCO) | Millipore | UFC901008 | |
Superdex 200 26/600 gel-filtration column | GE Healthcare | 28-9893-36 | |
Automated liquid handling robotic system | Art Robbins Instruments | Gryphon | |
96 Well CrystalQuick | Greiner bio-one | 82050-494 | |
Uni-Puck | Molecular Dimensions | MD7-601 | |
Mounted CryoLoop – 20 micron | Hampton Research | HR4-955 | |
CryoWand | Molecular Dimensions | MD7-411 | |
Puck dewar loading tool | Molecular Dimensions | MD7-607 | |
Nano drop | Thermo Scientific | NanoDrop One | |
Crystal incubator | Molecular Dimensions | MD5-605 | |
X-Ray diffractor | Rigaku | FRX | |
PCR machine | Eppendorf | Nexus GX2 | |
Plasmid mini-prep kit | Qiagen | 27104 | |
Gel extraction kit | Qiagen | 28704 | |
SspI restriction endonuclease | NEB | R0132S | |
T4 DNA polymerase | Novagen | 2868713 | |
Kanamycin | Scientific Chemical | 25389940 | |
IPTG | Genview | 367931 | |
HEPES | Genview | 7365459 | |
β-mercaptoethanol | Genview | 60242 | |
Centrifuge | Thermo Scientific | Sorvall LYNX 6000 | |
Sonnicator | Scientz | II-D | |
Protein purification system | GE Healthcare | Akta Pure | |
Light microscope | Nikon | SMZ745 | |
IzIt crystal dye | Hampton Research | HR4-710 | |
Electrophoresis unit | Bio-Rad | 1658005EDU | |
Shaker Incubator | Zhicheng | ZWYR-D2401 | |
Index crystal screen | Hampton Research | HR2-144 | |
Structure crystal screen | Molecular Dimensions | MD1-01 | |
ProPlex crystal screen | Molecular Dimensions | MD1-38 | |
PACT premier crystal screen | Molecular Dimensions | MD1-29 | |
JCSG-plus crystal screen | Molecular Dimensions | MD1-37 |