• Keine Ergebnisse gefunden

Molecular biological and biochemical methods

All solvents, reagents and fine chemicals used in the molecularbiological and biochemical  part are commercially available (Sigma‐Aldrich, Acros, Merck, Fluka, Roth, TCI, MCAT, Riedel  de Haën or Amersham Pharmacia Biotech) and are qualified for molecular biologiy and  biochemistry.  Milli‐Q  water  was  genereted with  Easy  pure  UV/UF pure water  system  (Werner). 

Small‐molecule analogues SM1, 4, 10, 12, 16, 17, 21, 23, 27‐32, and 35‐58 are of synthetic  origin, whereat SM1, 4, 10, 16, 17, 21, 23, 27, and 28 were synthesized in my privious  diploma  thesis76  (see  chapter 7).  SM2, 3,  5‐9,  11,  13‐15, 18‐20, 22,  and  24‐26  were  purchased  from  the  suppliers  Maybridge,  Labotest  OHG  and  Key  Organics.  (‐)‐

Epigallocatechin  gallate (EGCG),  betulinic acid,  oleanolic acid and lithocholic  acid were  purchased from Sigma Aldrich to evaluate the discovered small‐molecule inhibitors and the  PEX assays. All compounds were stored in 10 or 5 µDMSO stock solutions at ‐20°C.  

 

8.2) Expression and purification of pol λ and pol β 

Human  recombinant  pol  λ  and  pol  β  were  expressed  and  purified  as  described  in  literature55,243. Pol  β‐wt ORF in pGDR11 plasmid and pol  λ‐wt in pGDR11 plasmid in E.coli  strain XL10 Gold was kindly provided by Bettina Bareth.75 The purity of the enzymes was 

>95%  as  controlled  by  SDS‐PAGE  analysis  (Figure 36).  Enzyme  concentrations  were  determined by the Bradford assay244 using standart protocols (Roth). 

 

 

Figure 36. SDS‐PAGE analysis of the recombinant human DNA polymerases. Lane M = marker (kDa), lane 1 = 

8.2.1) Nucleotide‐ and amio acid sequences of pol β and pol λ 

Coding DNA sequence of 6xHis‐tagged pol λ‐wt ORF in pGDR11: 

8.3) SDS‐PAGE 

Denaturing  sodium  dodecyl  sulfate‐polyacrylamide  gel  electrophoresis  (SDS‐PAGE)  was  performed to separate proteins. SDS‐PAGE was performed using a stacking along with a  separating gel. First, a 12% separating gel was prepared by mixing 1.7 mL H2O, 1.25 mL SDS‐

PAGE separating gel buffer, 50 μL 10% SDS, and 2 mL 30% bis‐acrylamide with 50 μL 10% APS  and  5 μL  TEMED.  The  solution  was  applied  to  the gel  chamber  and covered  with  2‐

propanole. After polymerization, 2‐propanole was removed and the stacking gel including  the gel pockets was prepared (1.22 mL H2O, 0.5 mL SDS‐PAGE stacking gel buffer, 10 μL 10% 

SDS, 270 μL 30% bis‐acrylamide, 20 μL 10% APS, and 5 μL TEMED). Protein samples were  mixed  with  one  sixth  of  6  SDS‐PAGE  loading  buffer  and  denaturated  (5 min,  95°C). 

PageRuler unstained protein ladder (Fermentas) was used as a standard. Separation was  achieved by applying 35 mA in 1x SDS‐PAGE electrophoresis buffer. Afterwards the gel was  stained  according  to  standard  protocols  using  coomassie  brilliant  blue  staining‐  and  destaining solutions (Carl Roth) respectively. 

 

8.4) Nucleotides and oligonucleotides 

dNTPs  were  purchased  from  Roche,  [γ‐32P]ATP  from  Hartmann  Analytics  and  oligonucleotides were purchased from Purimex and purified as described in chapter 8.4.1  Employed oligonucleotide sequences: Primer F20H, 5`‐d(CGT TGG TCC TGA AGG AGG AT); 

template F33A, 5`‐d(AAA TCA ACC TAT CCT CCT TCA GGA CCA ACG TAC).  

 

8.4.1) DNA oligonucletide purification 

DNA oligonucletides were purified via PAGE. First, a 12% gel was prepared by reacting  120 mL 25% acrylamide‐bisacrylamide in 8.3 M urea, 105 mL 8.3 M urea, and 25 mL 8.3 M  urea in 10 TBE buffer with 1.8 mL 10% APS in H2O and 90 μL TEMED. Final gel thickness was  1.5 mm.  DNA samples containing denaturing  PAGE  loading  buffer (stop  solution)  were  separated by applying up to 100 W and 3000 V, respectively, in 1x TBE buffer at up to 45°C. 

Afterwards DNA was visualized by UV light absorption (shadowing) and excised with a  scalpel. Gel pieces were scrambled by pushing them trough a syringe. DNA was eluted by 

adding H2O and incubating the mixture at 55°C overnight. The mixture was filtered using a  syringe with a pad of silanised glass‐fibres wool. Finally, DNA was purified by ethanol  precipitation. For DNA precipitation 0.1 volumes of 3 M NaOAc/HOAc (pH 5.3) followed by  2.5 volumes of 100% ethanol were added to the DNA sample. After incubation for >30 min at  20°C centrifugation was carried out at 4°C and 20,000×g for 30 min. The supernatant was  discarded and 500 μL pre‐cooled 70% ethanol were added to wash the DNA pellet followed  by another centrifugation step for 10 min. After removing the supernatant, the pellet was  dried in vacuo (Speed‐Vac) and resolved in H2O. If the starting volume of the DNA sample  was less than 1 mL volumes were adjusted.  

To determine DNA concentrations, 1.5 to 2.0 μL sample were applied to the Nanodrop  pedestals  (Nanodrop  ND1000).  DNA  was  measured  at  260 nm  wavelength  and  the  concentrations were calculated using the Lambert‐Beer law. The molar extinction coefficient  for single stranded DNA resulted from the formula  

ε[mM‐1cm‐1] = 15.2(A) + 12.01(G) + 8.4(T) + 7.05(C) 

at which A, G, C and T are the numbers of the respective nucleotide in the sequence. 

 

8.4.2) 5’‐Radioactive labelling of DNA oligonucletides 

DNA  oligonucleotide  primers  were  radioactively  labelled  at  the  5’ terminus  by  a  32P  containing phosphate group using T4 polynucleotide kinase (PNK) (from Fermentas) which  transfers the  γ phosphate group from [γ‐32P]ATP (Hartmann Analytics) to the 5’ hydroxyl  group.  The  reactions  contained  primer  (0.4 μM),  PNK  forward  reaction  buffer  (1),   [γ‐32P]ATP  (0.8 μCi μL‐1)  and  T4  PNK  (0.4 U μL‐1)  in  a  final  volume  of 50 μL  and  were  incubated for 1 h at 37°C. The reaction was stopped by denaturing the T4 PNK for 2 min at  95°C and buffers and excess [γ‐32P]ATP were removed by gel filtration (MicroSpin Sephadex  G‐25). Addition of unlabelled primer (20 μL, 10 μM) led to a final concentration of 3 μM of  diluted radioactive labelled primer. 

 

8.5) Radiometric primer extension 

Enzyme activity, small molecule evaluation and IC50 measurements were done using a  radiometric primer extension (PEX) assay with a radiometric product analysis. All primer 

template complexes were annealed by heating a mixture of primer and template in the  respective reaction buffer to 95°C for 5 min and subsequent cooling to room temperature  prior to applications in all PEX assays.  

 

8.5.1) Pol λ PEX assay with variable small‐molecule concentrations 

Pol λ reactions were made in a final volume of 20 μL containing: 50 mM Tris‐HCl pH 7.5,  1.5 mM MgCl2, 5% (v/v) glycerol, 1 mM DTT (dithiothreitol), 250 nM purified recombinant  pol λ, 150 nM radioactively labled primer F20H, 225 nM template F33A, 0.1 mg mL‐1 BSA  (bovine  serum  albumin)  (from  Thermo  Scientific),  1 μL  compound  solution  (variable  concentrations in DMSO) and accordingly 1 μL DMSO for the solvent control. Reactions and  positive controls were started by addition of 5 μL dNTP solution (15 μM final). After 30 min  incubation at 37°C, reactions and controls were subsequently quenched using 45 μL PAGE  loading solution (formamide 80% (v/v), EDTA 20 mM, bromophenol blue 0.05% (w/v), xylene  cyanol 0.05% (w/v)) per well. Then the reaction mixture was denaturated for 5 min at 95°C  and  analyzed  by  12%  PAGE  containing  8 M  urea.  Visualization  was  performed  using  phosphorimaging. 

 

8.5.2) Pol λ PEX assay with variable dNTP concentrations 

Assay was carried out as described above (pol  λ PEX assay with variable small‐molecule  concentrations). Except that the inhibitor concentration was 50 μM and accordingly 0 μM for  the solvent control. Positive control was started by addition of 5 μL dNTP solution (15 μM  final). Reactions were started by addition of variable concentrations of 5 μL dNTP solution  (15, 30, 60, 120, 240, 480 μM final). 

 

8.5.3) Pol λ‐TdT assay with variable small‐molecule concentrations 

Assay was carried out as described above (pol λ PEX assay with variable small‐molecule  concentrations)  with the exception  that  no  template  was  used  and  the  reaction was  incubated for 120 min.  

 

8.5.4) Pol β PEX assay with variable small‐molecule concentrations 

Pol β reactions were made in a final volume of 20 μL containing: 50 mM Tris‐HCl (pH 7.9),  20 mM KCl, 5% (v/v) glycerol, 1 mM DTT, 2 mM MnCl2, 250 nM purified recombinant pol β,  150 nM radioactively labled primer F20H, 225 nM template F33A, 0.1 mg mL‐1 BSA, 1 μL  compound solution (variable concentrations in DMSO) and accordingly 1 μL DMSO for the  solvent control. Reactions and positive controls were started by addition of 5 μL dNTP  solution  (15 μM  final).  After  30 min  incubation  at  37°C,  reactions  and  controls  were  subsequently quenched using 45 μL PAGE loading solution (formamide 80% (v/v), EDTA  20 mM, bromophenol blue 0.05% (w/v), xylene cyanol 0.05% (w/v)) per well. Then the  reaction mixture was denaturated for 5 min at 95°C and analyzed by 12% PAGE containing 

M urea. Visualization was performed using phosphorimaging. 

 

8.6) Polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) 

Denaturing polyacrylamide gels (12%) were prepared by polymerization of a solution of urea  (8.3 M) and bisacrylamide/acrylamide (12%) in TBE buffer using ammonium peroxodisulfate  (APS, 0.08%) and N,N,N’,N’‐tetramethylethylenediamine (TEMED, 0.04%). Immediately after  addition of APS and TEMED the solution was filled in a sequencing gel chamber and left for  polymerization for at least 45 min. After addition of TBE buffer (1) to the electrophoresis  unit, gels were prewarmed by electrophoresis at 100 W for 30 min and samples were added  and separated during electrophoresis (100 W) for approx. 1.5 h. The gel was transfered to  whatman filter paper, dried (80°C, in vacuo, using a gel dryer model 583, BioRad) and  exposed to a phosphor screen.  

 

8.6.1) Quantitative analysis of gel images 

After visualization of the gel, the image was analyzed with the software QuantityOne from  BioRad. Every band of a lane was marked and quantified using the software. The generated  percental values of every band of a lane were weighted with a factor (factor equates to the  number of incorporated dNTPs) and summated. DMSO was used as solvent control and the  activity  of  the  enzyme  in  its  presence  was  set  to  100%  conversion.  Afterwards  the 

conversion of the reaction in presence of the compound (in their respective concentration)  was calculated. The resulted conversions (in %) of independently conducted experiments  were used to fit the data using the non‐linear regression calculation of Prism 4 (GraphPad). 

Y=Bottom + (Top‐ Bottom) (1+10^((LogIC50‐X) HillSlope))‐1.   

9) Cell biological methods