FCS 단일 분자 분석기는 IGDB 팀에게 엑실란 중합화 역학을 밝히는 데 도움을 준다

자일란은 세포질 다음으로 식물 세포벽에서 두 번째로 풍부한 폴리사카라이드이며 세포벽 무결성, 기계적 강도 및 바이오매스 저항성을 유지하는 데 중요한 역할을합니다.생합성은 엑실란 합성화 복합체 (XSC) 라고 불리는 다중 효소 복합체에 의존합니다.그러나 XSC의 핵심 성분과 생화학적 메커니즘은 아직 크게 알려져 있지 않습니다.유전학 및 발달 생물학 연구소, 중국 과학 아카데미 (IGDB, CAS)연구 결과를 발표했습니다.식물 세포권리엑실란 O- 아세틸 트랜스페라세 6는 IRX10과 복합체를 형성하여 엑실란 합성을 촉진하고 쌀의 벽 형성을 조절합니다..

이 연구는엑실란 O-아세틸 트랜스페라세 6 (XOAT6)그리고IRX10 (엑실란 합성분)XSC의 핵심 부품으로, 복합체의 기능성 핵심 모듈을 형성합니다.결과는 XOAT6가 엑실란 척추를 아세틸화 할뿐만 아니라 IRX10의 폴리메라즈 활동을 직접적으로 향상시킨다는 것을 보여주었습니다.이 연구 결과, 처음으로 분자 수준에서, 이 연구 결과, 엑실란 사슬의 근본적인 메커니즘이 밝혀졌습니다.길들여짐그리고변경, 세포벽 공학, 고수출과 고품질 작물 재배 및 효율적인 바이오매스 에너지 개발에 대한 이론적 기초를 제공합니다.

이 연구에서는 XOAT6가 아세틸 트랜스페라제로서 작용할 뿐만 아니라 IRX10과 복합체를 형성함으로써플루오레센스 상관성 분광 (FCS)이 실험은 XOAT6가 거의 생리학적 용액 조건에서 IRX10 폴리메라즈 활동에 영향을 미치는지 어떻게 영향을 미치는지 탐구하는 것을 목표로 폴리메리화 과정에서 실시간 운동 변화를 모니터링하는 데 사용되었습니다.

글리코실트랜스페라시로서 IRX10는 기존의 엑실란 체인 (합수체) 의 끝에 새로운 엑실실 단위 (돈어) 를 추가하여 기능합니다.엑실로비오스 (X2)초기 수용체로 사용되었고,UDP-실로스기증자 기체로

X2는 형광 염료로 표시되었습니다.알렉사 플루어 488(그림 4B) 형광로 표시 된 분자의 수역학적 반지름 (RH) 은 동적 추적을위한 자가 상관 함수를 통해 측정되었으며, 실시간에 엑실란 체인 연장을 반영합니다.

• 통제 그룹: X2 + 기증자만 표시하거나 X2 + 효소 (기증자 없이) 를 표시합니다.
• 실험 그룹: IRX10 + 기증자 + 표시된 X2 IRX10 + XOAT6 + 기증자 + 표시된 X2

• XOAT6는 폴리머화를 강력하게 촉진합니다.: IRX10과 XOAT6이 모두 존재했을 때, RH의 변화는 IRX10만 복용했을 때보다 훨씬 더 컸으며, XOAT6이 IRX10의 폴리메라즈 활동을 증가시킨다는 것을 나타냅니다 (그림 4C).
• RH 변화는 폴리메리화로 인해 발생합니다.: 통제 실험에서는 기증자 기질 (UDP-Xyl) 과 AF488로 표기된 X2 또는 기증자 없이 효소만 표기된 X2만 포함된 반응에서 RH 변화가 없었다 (그림 4C).이것은 RH 변화가 AF488로 표시된 X2에 UDP-Xyl의 중합화로 인해 발생한다는 것을 확인합니다..
• 엑실란 폴리머화의 실시간 모니터링: 연속 측정은 IRX10과 XOAT6이 함께 작용했을 때 RH 증가율이 약 두 배로 증가한다는 것을 밝혀냈습니다.직접적으로 시네르기스틱한 엑실란 체인 연장 증진과 분자 수준에서 눈에 띄게 향상 된 폴리메리제이션 효율을 증명합니다 (그림 4D).

그림 4XOAT6, IRX10, 그리고 그 기질들 사이의 분자 상호작용의 검증. (A) MST 분석: XOAT6 및 그 돌연변이가 IRX10로 표시된 결합 친밀성 (Kd) (B?? D) FCS 분석:AF488로 표시된 엑실로비오스는 RH의 변화를 실시간으로 모니터링하기 위해 사용되었습니다., 엑실란 체인 연장도를 반영합니다.

이 연구에서 플루오레센스 상관 분광 (FCS) 이 사용되어단일 분자 수준특히 IRX10XOAT6 복합체가 엑실란 사슬 연장을 촉진하는 방법을 특징화하는 데 명확한 강점을 보여줍니다.

• 단일 분자 실시간 동적 모니터링: FCS는 플루오레센스 레이블로 표시된 개별 분자의 확산 행동을 극저한 농도 (pM ⋅ nM) 에서 감지하여 중합화 과정에서 수역학적 반지름 변화의 실시간 추적을 허용합니다.반대로, 질량 분광과 전자기술과 같은 전통적인 방법은 최종점 제품을 분석하고 시간 분해 동적 데이터를 제공 할 수 없습니다.
• 용액 내, 내성 검출: 검사는 표본의 고정 또는 고유 단백질 구성의 장애없이 거의 생리학적 조건에서 균일 용액에서 수행됩니다.전자 현미경 및 NMR는 고정 또는 건조가 필요합니다.단백질 복합체의 고유 상태를 변화시킬 수 있습니다.

이 연구는 처음으로 쌀 엑실란 생합성에서 IRX10 엑소아트6 복합체의 중심적 역할을 밝혀내고 이 복합체가 식물 성장, 발달,분자 메커니즘을 통한 조정된 촉매와 구조적 조절을 통해이 연구결과들은 작물 유전자 개선, 효율적인 바이오매스 이용,그리고 식물 세포벽 생물학.

FCS는 식물 세포벽 폴리사카리드 생합성에 처음으로 적용되었으며, 기존 방법의 한계를 극복했습니다.실시간, 단일 분자 동적 시각화 및 정량화생리학적 조건에 가까운 용액에서 생체 분자 상호 작용과 효소 반응의 새로운 패러다임을 구축하여 이러한 대분자의 합성 메커니즘을 연구합니다.용액 내의 단일 분자 수준에서 생분자 역학을 실시간으로 모니터링하는 강력한 기술로, FCS는 특히 역동적인 생물학적 과정, 약물 개발 및 나노 기술에 대한 광범위한 약속을 가지고 있습니다.그리고 생명과학 연구를 정적 구조 분석에서 동적 과정의 정확한 규제로 이끌 것으로 예상됩니다..

원본 링크:https://doi.org/10.1093/plcell/koae322

플루오레센스 상관 분광 (Fluorescence Correlation Spectroscopy, FCS) 은 분자/나노 입자 특성을 양적으로 측정합니다. 모라 농도, 플루오레센스 밝기/집합 상태를 포함합니다.분산 계수/수역학 반지름, 및 상호 작용 친화성 (KD) 은 마이크로 리터 규모의 용액 샘플 또는 단일 살아있는 세포에서 단일 분자 해상도에서생리학적 표본 (세포 리사트) 과 호환되는 고 함량 도구, 혈액 등).

FCS는 세포 신호 전달, 액체~ 액체 단계 분리, 생분자 변성화 및 집적, 구조~기능 메커니즘, 나노 의학 개발, 외체분석,형광 탐사 공학, 항체 및 약물 검진 및 미세 유체학. PubMed에서 15,000개 이상의 출판물은 FCS와 그 파생 기술에 대해 설명합니다.