We present an approach for visualizing fluorescent protein DNA binding peptide (FP-DBP)-stained large DNA molecules tethered on the polyethylene glycol (PEG) and avidin-coated glass surface and stretched with microfluidic shear flows.
Large DNA molecules tethered on the functionalized glass surface have been utilized in polymer physics and biochemistry particularly for investigating interactions between DNA and its binding proteins. Here, we report a method that uses fluorescent microscopy for visualizing large DNA molecules tethered on the surface. First, glass coverslips are biotinylated and passivated by coating with biotinylated polyethylene glycol, which specifically binds biotinylated DNA via avidin protein linkers and significantly reduces undesirable binding from non-specific interactions of proteins or DNA molecules on the surface. Second, the DNA molecules are biotinylated by two different methods depending on their terminals. The blunt ended DNA is tagged with biotinylated dUTP at its 3′ hydroxyl terminus, by terminal transferase, while the sticky ended DNA is hybridized with biotinylated complimentary oligonucleotides by DNA ligase. Finally, a microfluidic shear flow makes single DNA molecules stretch to their full contour lengths after being stained with fluorescent protein-DNA binding peptide (FP-DBP).
Visualisatie van grote DNA-moleculen gebonden op glas of kraal oppervlakken is gebruikt voor het onderzoeken van DNA-eiwit interacties, eiwit dynamica van DNA-substraat, 1,2 en polymeerfysica. 3,4 Een platform voor single-tethered grote DNA-moleculen heeft een paar verschillende voordelen ten opzichte van andere DNA immobilisatie werkwijzen. 5 Ten eerste, een groot DNA-molecuul gebonden aan het oppervlak een natuurlijke willekeurige coil conformatie zonder shear flow die cruciaal voor een DNA bindend eiwit aan zijn bindingsplaats herkennen. Ten tweede is het zeer gemakkelijk om de chemische omgeving rond DNA moleculen veranderen van een reeks enzymatische reacties in een stromingskamer. Ten derde, een microfluïde afschuifstroming induceert DNA moleculaire uitstrekt tot 100% van de volledige contour lengte, die zeer moeilijk te bereiken alternatieve DNA elongatie zal zoals oppervlakte immobilisatie 6 en nanokanaal opsluiting. 7 Een volledig stretched DNA molecuul ook positie-informatie voor de controle enzymatische bewegingen op de genomische kaart kan zijn.
Toch is de DNA-tethering aanpak heeft een kritische tekortkoming in de intercalerende kleurstof zoals YOYO-1 in het algemeen veroorzaakt tethered DNA-moleculen gemakkelijk om gebroken te worden door middel van fluorescentie excitatie licht. In het algemeen grote DNA moleculen te worden gemerkt met een fluorescente kleurstof voor visualisatie onder een fluorescentiemicroscoop. Daartoe YOYO-1 of andere TOTO series kleurstoffen worden vooral omdat deze kleurstoffen alleen fluoresceren wanneer ze dubbelstrengs DNA intercaleren. 8 is echter bekend dat bis-intercalerende kleurstof veroorzaakt licht geïnduceerde DNA foto-splitsing omdat intercalatie van de fluoroforen. 9 verder fluorescerend gekleurd DNA-moleculen gebonden aan het oppervlak zijn kwetsbaarder omdat shear flows uitoefenen brekende krachten op vrij bewegen DNA moleculen. Daarom hebben wij FP-DBP als nieuw DNA-eiwit kleuring kleurstof voor het afbeelden van grote DNA-moleculen gebonden aan het oppervlak. Het voordeel van FP-DBP is dat het geen foto-splitsing van de DNA-moleculen waaraan het bindt veroorzaakt. 10 Bovendien FP-DBP niet de contour lengte van DNA verhogen, terwijl bis-intercalerende kleurstoffen verhogen de contourlengte ongeveer 33%.
Deze video methode introduceert de experimentele aanpak voor tethering grote DNA-moleculen aan een PEG-biotine oppervlak. Figuur 1 toont verschillende benaderingen van aanbinden DNA met stompe uiteinden en sticky ends. Aldus kan deze kleuring worden toegepast op elk soort DNA-molecuul. Figuur 2 toont een schematische weergave van de stromingskamer samenstelling die kan worden gecontroleerd door een spuitpomp om dwarskracht stromen DNA-moleculen strekken en chemische en enzym plaatsen genereren oplossingen. Figuur 3 toont microfoto van volledig gestrekt DNA-moleculen gebonden aan het PEGylated oppervlak 11 en gekleurd met FP-DBP.
Hier presenteren we een platform voor het visualiseren van lange DNA-moleculen gebiotinyleerd voor het verankeren op oppervlakken. We hebben een aanpak voor het DNA-moleculen gebonden aan een avidine eiwit gecoate oppervlak met gebiotinyleerd runderserumalbumine. 6 In de eerdere benadering gemeld, vonden we een cruciale kwestie van DNA foto-splitsing veroorzaakt door bis-intercalatie kleurstoffen die DNA-moleculen vlekken vastgebonden op de oppervlak. Aangezien deze voortdurend opgewonden fluoroforen hebben e…
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by the Sogang University Research Grant of 201410036.
1. DNA Biotinylation | |||
1.1) Biotinylation of blunt-end DNA using Terminal Transferase (TdT) | |||
Terminal Transferase | New England Biolabs | M0315S | Provided with 10x reaction buffer, 2.5 mM Cobalt chloride |
Biotin-11-dUTP | Invitrogen | R0081 | Biotin-ddNTP is also available |
T4GT7 Phage DNA | Nippon Gene | 318-03971 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma-Aldrich | E6758 | EDTA |
1.2) Biotinylation of sticky end DNA Using DNA Ligase | |||
T4 DNA Ligase | New England Biolabs | M0202S | Provided with 10x reaction buffer |
Lambda Phage DNA | Bioneer | D-2510 | Also available at New England Biolabs |
2. Functionalized Surface Derivatization | |||
2.1) Piranha Cleaning | |||
Coverslip | Marienfeld-Superior | 0101050 | 22×22 mm, No. 1 Thickness |
Teflon rack | Custom Fabrication | ||
PTFE Thread Seal Tape | Han Yang Chemical Co. Ltd. | 3032292 | Teflon™ tape |
Sulferic acid | Jin Chemical Co. Ltd. | S280823 | H2SO4, 95 % Purity |
Hydrogen peroxide | Jin Chemical Co. Ltd. | H290423 | H2O2, 35 % in water |
Sonicator | Daihan Scientific Co. Ltd. | WUC-A02H | Table-top Ultrasonic Cleaner |
2.2) Aminosilanization on Glass Surface | |||
N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl] ethylenediamine |
Sigma-Aldrich | 104884 | |
Glacial Acetic Acid | Duksan Chemicals | 414 | 99 % Purity |
Methyl Alcohol | Jin Chemical Co. Ltd. | M300318 | 99.9 % Purity |
Polypropylene Container | Qorpak | PLC-04907 | |
Ethyl Alcohol | Jin Chemical Co. Ltd. | A300202 | 99.9 % Purity |
2.3) PEGylation of the coverslip | |||
Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich | S5761 | |
Syringe Filter | Sartorius | 16534———-K | |
Biotin-PEG-SC | Laysan Bio | Biotin-PEG-SC-5000 | |
mPEG-SVG | Laysan Bio | MPEG-SVA-5000 | |
Acetone | Jin Chemical Co. Ltd. | A300129 | 99 % Purity |
Microscope Slides | Marienfeld-Superior | 1000612 | ~76x26x1 mm |
3. Assembling a Flow Chamber | |||
Acrylic Support | Custom Fabrication | ||
Double-sided Tape | 3M | Transparent type | |
Quick-dry Epoxy | 3M | ||
Polyethylene Tubing | Cole-Parmer | 06417-11, 06417-21 | |
Gas Tight 250 µl Syringe | Hamilton | 81165 | |
Syringe Pump | New Era Pump Systems Inc. | NE-1000 | |
4. Sample Loading into Flow Chamber | |||
Neutravidin | Thermo Scientific | 31000 | |
Tris base | Sigma-Aldrich | T1503-5KG | Trizma base |
Microscope | Olympus | IX70 | |
EMCCD Camera | Q Imaging | Rolera EM-C2 | |
Solid-state Laser (488 nm) | Oxxius | LBX488 | |
Alconox | Alconox Inc. |