الترحيل الحراري على المستوى الميكروي

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
مبدأ تقنية MST: تُجرى تقنية MST في أنابيب شعرية دقيقة في محلول حر، مما يوفر ظروفًا قريبة من الظروف الطبيعية (بدون تثبيت في أي محلول منظم، حتى في السوائل الحيوية المعقدة) وجهازًا لا يحتاج إلى صيانة. عند إجراء تجربة MST، يُحدث ليزر الأشعة تحت الحمراء تدرجًا حراريًا مجهريًا، ويتم الكشف عن كل من TRIC والترحيل الحراري. يعتمد TRIC على البيئة الدقيقة للفلوروفور، والتي تتغير عادةً عند حدوث الارتباط. أما الترحيل الحراري، أي حركة الجزيء في التدرج الحراري، فيعتمد على ثلاثة معايير تتغير عادةً عند التفاعل. وبالتالي، تُرسم إشارة MST الكلية مقابل تركيز الليجاند للحصول على منحنى استجابة الجرعة، والذي يمكن من خلاله استنتاج ألفة الارتباط.

الترحيل الحراري المجهري ( MST ) تقنيةٌ لتحليل التفاعلات الفيزيائية الحيوية بين الجزيئات الحيوية . تعتمد هذه التقنية على رصد التغير في تألق الهدف الناتج عن تغير درجة الحرارة، كدالة لتركيز ربيطة غير متألقة. ويستند التغير الملحوظ في التألق إلى تأثيرين متميزين: أولهما، تغير شدة التألق المرتبط بدرجة الحرارة (TRIC) للمسبار المتألق، والذي يتأثر بتفاعلات الارتباط. وثانيهما، الترحيل الحراري، أي الحركة الموجهة للجسيمات في تدرج حراري مجهري . أي تغيير في البيئة الكيميائية الدقيقة للمسبار المتألق، بالإضافة إلى التغيرات في غلاف الترطيب للجزيئات الحيوية، يؤدي إلى تغير نسبي في التألق المرصود عند تطبيق تدرج حراري، ويمكن استخدام هذا التغير لتحديد قوة الارتباط . تتيح تقنية الترحيل الحراري المجهري قياس التفاعلات مباشرةً في المحلول دون الحاجة إلى تثبيت الجزيئات على سطح ما (تقنية لا تتطلب تثبيتًا).

التطبيقات

التقارب

المعاملات الديناميكية الحرارية

تم استخدام MST لتقدير المساهمات الإنثالبيّة والإنتروبية في التفاعلات الجزيئية الحيوية . [ 10 ]

معلومات إضافية

  • خاصية العينة (التجانس، التجميع، الاستقرار)
  • مواقع ارتباط متعددة، تعاونية

تكنولوجيا

تعتمد تقنية MST على الكشف الكمي عن تغيرات الفلورة في العينة عند تطبيق تغير في درجة الحرارة. يمكن أن تكون فلورة الجزيء المستهدف خارجية أو داخلية ( مثل الأحماض الأمينية العطرية )، وتتغير في تدرجات درجة الحرارة نتيجة لتأثيرين رئيسيين. أولهما هو تغير شدة الفلورة المرتبط بدرجة الحرارة (TRIC)، والذي يصف الخاصية الذاتية للفلوروفورات في تغيير شدة فلورتها تبعًا لدرجة الحرارة. ويتأثر مدى تغير شدة الفلورة بالبيئة الكيميائية للمسبار الفلوري، والتي قد تتغير أثناء عمليات الارتباط نتيجة لتغيرات في البنية أو قرب الروابط . [ 11 ] [ 12 ] أما ثانيهما، فتعتمد تقنية MST أيضًا على الحركة الموجهة للجزيئات على طول تدرجات درجة الحرارة، وهو تأثير يُعرف باسم الترحيل الحراري. يؤدي فرق درجة الحرارة المكاني ΔT إلى تغير في تركيز الجزيئات في منطقة درجة الحرارة المرتفعة، ويُقاس بمعامل سوريه S<sub> T</sub> : c <sub>hot</sub> /c <sub>cold </sub> = exp(-S<sub> T </sub>ΔT). [ 13 ] [ 14 ] يساهم كل من TRIC والترحيل الحراري في الإشارة المسجلة في قياسات MST بالطريقة التالية: ∂/∂T(cF) = c∂F/∂T + F∂c/∂T. يصف الحد الأول في هذه المعادلة c∂F/∂T تغير TRIC كتغير في شدة الفلورة (F) كدالة لدرجة الحرارة (T)، بينما يصف الحد الثاني F∂c/∂T الترحيل الحراري كتغير في تركيز الجسيمات (c) كدالة لدرجة الحرارة. يعتمد الترحيل الحراري على السطح البيني بين الجزيء والمذيب. في ظل ظروف محلول منظم ثابتة، يستكشف الترحيل الحراري حجم الجزيئات وشحنتها وإنتروبيا ذوبانها. تختلف ظاهرة الترحيل الحراري لجزيء A الموسوم بمادة فلورية اختلافًا كبيرًا عن ظاهرة الترحيل الحراري لمركب الجزيء-الهدف AT، وذلك بسبب اختلافات الحجم والشحنة وإنتروبيا الذوبان. ويُستخدم هذا الاختلاف في الترحيل الحراري للجزيء لتحديد كمية الارتباط في تجارب المعايرة في ظل ظروف محلول منظم ثابتة.

تُقاس الحركة الحرارية للجزيء الموسوم بالفلورة من خلال رصد توزيع الفلورة F داخل أنبوب شعري. يُولّد تدرج درجة الحرارة المجهري بواسطة ليزر الأشعة تحت الحمراء، الذي يُركّز داخل الأنبوب الشعري ويمتصه الماء بشدة. ترتفع درجة حرارة المحلول المائي في بقعة الليزر بمقدار ΔT = 1-10 كلفن. قبل تشغيل ليزر الأشعة تحت الحمراء، يُلاحظ توزيع متجانس للفلورة F ( بارد) داخل الأنبوب الشعري. عند تشغيل الليزر، يحدث تأثيران على نفس النطاق الزمني، يُسهمان في توزيع الفلورة الجديد F ( ساخن) . يُحدث الاسترخاء الحراري انخفاضًا في فلورة الصبغة يعتمد على الارتباط، وذلك بسبب استجابتها المحلية المعتمدة على البيئة لقفزة درجة الحرارة (TRIC). في الوقت نفسه، تتحرك الجزيئات عادةً من المنطقة الساخنة محليًا إلى المناطق الباردة الخارجية. ينخفض ​​التركيز المحلي للجزيئات في المنطقة الساخنة حتى يصل إلى توزيع ثابت.

بينما يحدد الانتشار الكتلي D حركية الاستنزاف، تحدد S<sub> T</sub> نسبة التركيز في حالة الاستقرار c <sub>hot</sub> /c <sub>cold </sub> = exp(-S<sub> T </sub>ΔT) ≈ 1-S<sub> T </sub>ΔT عند زيادة درجة الحرارة ΔT. يقيس التألق المعياري F<sub> norm</sub> = F <sub>hot</sub> /F <sub> cold</sub> بشكل أساسي نسبة التركيز هذه، بالإضافة إلى TRIC ∂F/∂T. في التقريب الخطي، نجد: F<sub> norm</sub> = 1 + (∂F/∂TS<sub> T</sub> )ΔT. نظرًا لخطية شدة التألق والاستنزاف الحراري، فإن التألق المعياري من الجزيء غير المرتبط F<sub> norm</sub> (A) والمركب المرتبط F<sub> norm</sub> (AT) يتراكبان خطيًا. باعتبار x نسبة الجزيئات المرتبطة بالأهداف، فإن إشارة التألق المتغيرة أثناء معايرة الهدف T تُعطى بالعلاقة: F<sub> norm</sub> = (1 - x) F<sub> norm</sub> (A) + x F<sub> norm </sub> (AT). [ 11 ]

تُستخلص معاملات الارتباط الكمية باستخدام تخفيف متسلسل لركيزة الارتباط. برسم منحنى F المعياري مقابل لوغاريتم التركيزات المختلفة لسلسلة التخفيف، نحصل على منحنى ارتباط سيني. يمكن مطابقة هذا المنحنى مباشرةً مع الحل غير الخطي لقانون فعل الكتلة ، ما ينتج عنه ثابت التفكك K<sub> D </sub>. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]

مراجع

  1. ↑ أسماري م، راتيح ر، الحازمي ح أ، الديب س (فبراير 2018). "الترحيل الحراري لتوصيف التفاعل الجزيئي الحيوي" ( ملف PDF) . طرق . 146 : 107-119 . doi : 10.1016/j.ymeth.2018.02.003 . PMID 29438829. S2CID 3374888 .  
  2. ↑ مولر إيه إم، بريتسبريكر دي، دور إس، باسكي بي، شوبرت تي، لانغست جي (2017). " الترحيل الحراري على المستوى الميكروي : طريقة سريعة ودقيقة لتحديد كمية تفاعلات البروتين مع الأحماض النووية في المحلول". الترحيل الحراري على المستوى الميكروي: طريقة سريعة ودقيقة لتحديد كمية تفاعلات البروتين مع الأحماض النووية في المحلول . طرق في البيولوجيا الجزيئية. المجلد 1654. الصفحات 151-164 . doi : 10.1007/978-1-4939-7231-9_10 . ISBN   978-1-4939-7230-2PMID 28986788​​ 
  3. ↑ فيلارسكي م، زيلنر ك، أرايا إ، فيلار-غاريا أ، ميركل ر، لانغست ج، نيميث أ (2015). " الخطاف AT الممتد هو نمط جديد لربط الحمض النووي الريبي" . بيولوجيا الحمض النووي الريبي . 12 (8): 864-76 . doi : 10.1080/15476286.2015.1060394 . PMC 4615771. PMID 26156556 .  
  4. 1 2 سايدل إس إيه، ديكمان بي إم، ليا دبليو إيه، فان دن بوجارت جي، جيرابيك-ويليمسن إم، لازيتش إيه، وآخرون . (2013). "يحدد الرحلان الحراري المجهري التفاعلات الجزيئية الحيوية في ظل ظروف صعبة سابقًا" . طُرق . 59 (3): 301-15 . دوى : 10.1016/j.ymeth.2012.12.005 . بمك 3644557 . بميد 23270813 .   
  5. ^ Seidel SA، Wienken CJ، Geissler S، Jerabek-Willemsen M، Duhr S، Reiter A، Trauner D، Braun D، Baaske P (2012). "الرحلان الحراري المجهري الخالي من الملصقات يميز المواقع وتقارب الارتباط بالبروتين" . أنجو. الكيمياء. كثافة العمليات. إد. الإنجليزية . 51 (42): 10656– 9. بيب كود : 2012ACIE...5110656S . دوى : 10.1002/anie.201204268 . بمك 3588113 . بميد 23001866 .  
  6. ↑ لينكه ب، أمانينغ ك، ماشبيرغر م، فالي ف، شتاير ف، باسكي ب، دور س، بريتسبريكر د، راك أ (أبريل 2016). " نهج فحص حراري آلي دقيق النطاق لاكتشاف المركبات الرائدة القائمة على التجزئة" . مجلة الفحص الجزيئي الحيوي . 21 (4): 414-421 . doi : 10.1177/1087057115618347 . PMC 4800460. PMID 26637553 .  
  7. ^ Jerabek-Willemsen M، Wienken CJ، Braun D، Baaske P، Duhr S (أغسطس 2011). "دراسات التفاعل الجزيئي باستخدام الرحلان الحراري المجهري" . تقنيات الفحص وتطوير الأدوية . 9 (4): 342–53 . دوى : 10.1089/adt.2011.0380 . بمك 3148787 . بميد 21812660 .  
  8. ↑ دايكمان، بي. إم.، وواتس، أ. (نوفمبر 2015). "تعديل الدهون لأحداث إشارات مستقبلات البروتين جي المقترنة المبكرة" . مجلة بيوكيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - الأغشية الحيوية . 1848 (11 الجزء أ): 2889-2897 . doi : 10.1016/j.bbamem.2015.08.004 . PMID 26275588 . 
  9. ^ فيلانوفا أو، ميتاج جيه ​​جيه، كيلي بي إم، ميلاني إس، داوسون كا، رادلر جو، فرانزيزي جي (ديسمبر 2016). "فهم حركية تكوين بروتين الجسيمات النانوية كورونا" . ايه سي اس نانو . 10 (12): 10842-10850 . دوى : 10.1021/acsnano.6b04858 . بمك 5391497 . بميد 28024351 .  
  10. ^ Jerabek-Willemsen M، André T، Wanner A، Roth HM، Duhr S، Baaske P، Breitsprecher D (2014). "الرحلان الحراري على نطاق صغير: تحليل التفاعل وما بعده" . مجلة التركيب الجزيئي . 1077 : 101– 113. بيب كود : 2014JMoSt1077..101J . دوى : 10.1016/j.molstruc.2014.03.009 .
  11. 1 2 باسكي بي، وينكن سي جيه، راينك بي، دوهر إس، براون دي (2010). “الرحلان الحراري البصري لقياس الاعتماد العازل لربط الأبتمر”. أنجو. الكيمياء. كثافة العمليات. إد. الإنجليزية . 49 (12): 1– 5. بيب كود : 2010ACIE...49.2238B . دوى : 10.1002/anie.200903998 . بميد 20186894 . 
  12. ^ جوبتا ايه جيه، دوهر إس، باسكي بي (2018). “الرحلان الحراري المجهري (MST)”. موسوعة الفيزياء الحيوية . ص 1 – 5. دوى : 10.1007/978-3-642-35943-9_10063-1 . رقم ISBN  9783642359439.
  13. ↑ دوهر إس، براون دي (2006). "لماذا تتحرك الجزيئات على طول تدرج درجة الحرارة؟" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 103 (52): 19678-82 . Bibcode : 2006PNAS..10319678D . doi : 10.1073 / pnas.0603873103 . PMC 1750914. PMID 17164337 .  
  14. ↑ رينيك، ب.، وينكن ، س. ج.، براون، د. (2010). "الترحيل الحراري للحمض النووي أحادي السلسلة". الترحيل الكهربائي . 31 (2): 279-286 . doi : 10.1002/elps.200900505 . PMID 20084627. S2CID 36614196 .  
  15. ^ Wienken CJ، Baaske P، Rothbauer U، Braun D، Duhr S (2010). "فحوصات ربط البروتين في السوائل البيولوجية باستخدام الرحلان الحراري المجهري" . نات كومون . 1 (7) 100. بيب كود : 2010NatCo...1..100W . دوى : 10.1038/ncomms1093 . بميد 20981028 . 
  16. ^ باسكي بي، وينكن سي، دوهر إس (2009). "Optisch erzeugte Thermophorese für die Bioanalytik" [ الرحلان الحراري المولد بصريًا للتحليل الحيوي ] (PDF) . بيوفوتونيك (باللغة الألمانية): 22-24 .
  17. ↑ وينكن سي جيه، باسكي بي، دوهر إس، براون دي (2011). "منحنيات الذوبان الحراري تحدد كميًا بنية واستقرار الحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين" . أبحاث الأحماض النووية . 39 (8): e52. doi : 10.1093/nar/gkr035 . PMC 3082908. PMID 21297115 .