يصف هذا البروتوكول طريقة سريعة وقابلة للتكرار للاستخراج والترسيب، معتمدة على المذيب العضوي، لتنقية بولي الببتيد الشبيه بالإيلاستين (ELP) من الإشريكية القولونية، مما يوفر بديلا قابلا للتوسع المحتمل لطرق تنقية ELP التقليدية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يصف هذا البروتوكول طريقة سريعة وقابلة للتكرار للاستخراج والترسيب، معتمدة على المذيب العضوي، لتنقية بولي الببتيد الشبيه بالإيلاستين (ELP) من الإشريكية القولونية، مما يوفر بديلا قابلا للتوسع المحتمل لطرق تنقية ELP التقليدية.
الببتيدات الشبيهة بالإيلاستين (ELP) هي بوليمرات حيوية هندسية مبنية من تسلسلات خماسية الببتيدات المتكررة التي تحاكي الزخارف الموجودة في التروبولاستين الثديي. تجعلها خصائصها الفريدة مرشحة مثالية لمجموعة واسعة من التطبيقات الطبية الحيوية، بدءا من توصيل الأدوية والجينات إلى هندسة الأنسجة والتصوير الجزيئي المستهدف. طرق التنقية التقليدية من تعبير الإشريكية القولونية (E. coli) قد تكون غير فعالة لعلاج ELP بسبب تكوين أجسام احتواء. طرق أخرى، مثل دورة الانتقال العكسي (ITC)، تستخدم خصائص درجة حرارة المحلول الحرجة المنخفضة (LCST) لمادة ELP لفصله عن الملوثات مثل الدهون البوليسكاريدية (LPS)، لكنها عادة ما تتطلب عدة خطوات تسخين وتبريد تستغرق وقتا طويلا وقد تؤدي إلى استعادة منخفضة حسب تسلسل وتركيز ووزن جزيئي لتركيب ELP. لمواجهة هذه التحديات، طورنا سير عمل استخلاص وترسيب قائم على المذيب العضوي يستغل الرهاب المائي الفطري لELP لتمكين تنقية سريعة وقوية وواسعة التطبيق مباشرة من حبيبات خلايا الإشريكية القولونية . تستخدم هذه الطريقة المذيبات العضوية القطبية للمساعدة في تعطيل الخلايا وذوبان ELP بشكل انتقائي في خطوة واحدة. تقوم خطوة الترسيد التالية بإزالة المذيبات العضوية المتبقية، والشوائب منخفضة الوزن الجزيئي، والسموم الداخلية بشكل فعال، مما ينتج ELP نقي للغاية مع مستويات LPS أقل من 1 EU/mL في أقل من 3 ساعات. تشير بيانات المجهر بالقوة الذرية إلى أن بروتينات اندماج ELP المنقاة بهذه الطريقة يمكن أن تتجمع ذاتيا في هياكل شبيهة بالمسيل العكسي تحتفظ بوظيفة بروتين الاندماج. تقدم هذه الطريقة السريعة للباحثين طريقة مباشرة وقابلة للتوسع لتنقية ELP، مما يخلق إمكانيات جديدة لاستخدام ELP وبروتيناته كبنات مرنة للتطبيقات الطبية والمادية.
الببتيدات الشبيهة بالإيلاستين (ELPs) هي بوليمرات حيوية تتكون من زخارف متكررة (VPGXG) 1,2,3,4,5,6,7,8,9. يمكن أن يكون بقايا الضيف X في وحدة البنتابيتيد أي حمض أميني غير البرولين. يمكن استخدام التغيرات في X لضبط الكراهية للماء، وسلوك الانتقال الحراري، والخصائص الوظيفية لبناء ELP لإنشاء مواد متوافقة حيويا معيارية تم استكشافها على نطاق واسع في تطبيقات طبية حيويةمختلفة 10,11,12.
بينما يمكن استخدام التخليق الكيميائي لإنتاج الببتيدات القصيرة، إلا أنه غير مناسب جيدا لبروتينات الاندماج ذات الوزن الجزيئي العالي أو للحفاظ على وظيفة بروتينات الاندماج13,14. لأسباب كهذه، عادة ما يتم التعبير عن ELPs بشكل مؤتلف في الإشريكية القولونية، مما يسمح بإنتاج التسلسل المعرفة بكميات كبيرة. ومع ذلك، يمكن أن يجلب هذا النهج تحديات أيضا. خلال تعبيرها في الإشريكية القولونية، غالبا ما تتراكم ELPs داخل أجسام احتواء كثيفة، مما يتطلب استراتيجيات استرداد فعالة لاستخراج البروتين الوظيفي15. علاوة على ذلك، يدخل التعبير البكتيري جزيئات حيوية غير مرغوب فيها مثل بروتينات خلايا المضيف، والأحماض النووية، والدهون متعددة السكريات (السموم الداخلية) التي يجب فصلها عن ELP أثناء التنقية. الاستراتيجيات التقليدية للذوبان باستخدام المنظفات (مثل كبريتات الصوديوم الدوديسيل (SDS) أو Triton X-100) أو العوامل الفوضوية مثل اليوريا حققت نجاحا محدودا لتسلسلات اندماج ELP لدينا. من خلال تجربتنا، فشل ترايتون واليوريا في استخراج ELPs من طور الحبيبات، بينما مكن SDS من الذوبان الجزئي لكنه تداخل مع تنقية الألفة في الأسفل وكان من الصعب إزالتها بالكامل من تسلسل ELP الكاره للماء.
حتى الآن، تظل دورة الانتقال العكسي (ITC) الطريقة الأكثر استخداما لتنقية الأنظمة الأرضية الأرضية (ELP). تستغل هذه التقنية سلوك LCST لديهم لترسيب وإعادة ذوبان ELP بشكل انتقائي عبر درجات الحرارة والملح16. ومع ذلك، مع بروتينات ذات وزن جزيئي أقل، يعد ITC عملية متعددة الخطوات تستغرق وقتا طويلا، وليست مناسبة جيدا للبروتينات المحيطة في أجسام الشمول، مما يتطلب عدة دورات ITC قد تؤدي إلى فقدان البروتين في كل خطوة 7,16.
لتجاوز هذه القيود، اعتمدنا سير عمل استخلاص وترسيبات قائم على المذيبات العضوية. بينما أظهر ياخنين وآخرون لأول مرة استراتيجية تقسيم مدفوعة بكره الماء لتنقية GFP باستخدام تدرجات الإيثانول والملح في عام 1998، فإن الطريقة الجديدة التي طورناها تستخدم خلطات المذيبات العضوية لاستخراج بروتينات اندماج ELP مباشرة من خلايا الإشريكية القولونية 7. قام سويت وآخرون ودارجي وآخرون بتكييف هذا النهج مع اندماجات ELP، وأظهروا أن استخراج المذيبات العضوية يتيح استعادة سريعة للبزوجات الوظيفية مع الحفاظ على السلامة الهيكلية والنشاط الحيوي 8,9. يستخدم هذا النهج السونيكيشن والمذيبات العضوية لتحليل الخلايا البكتيرية واستخراج ELPs في عملية واحدة، مع ترسيب معظم البروتينات والأحماض النووية في المضيف. استعادة الطور العضوي الغني ب ELP، تليها هطول سريع لعزل ELPs عن المذيبات والشوائب الذائبة، ينتج ELPs نقية للغاية. كما أن هذا النهج قادر على إنتاج ELP نقي من حبيبات الإشريكية القولونية ذات مستويات السموم الداخلية أقل من 1 EU/mL في أقل من ثلاث ساعات 7,8.
تظهر الدراسات حتى الآن أن هذه الطريقة قادرة على تنقية تراكيب ELP وبروتينات اندماج ELP ذات وزن جزيئي ونقطة متساوية الكهرباء متفاوتة، دون تكرار دورات ITC أو خطوات ذوبان (الشكل 1). تشير التصوير باستخدام المجهر بالقوة الذرية (AFM) والتصوير الإلكتروني الناقل (TEM) إلى أن بروتينات اندماج ELP التي يتم تنقيها بهذه الطريقة تشكل هياكل عكسية شبيهة بالميسيل (الشكل 2)، مما يساعد في الحفاظ على بنية ووظيفة مجالات اندماج ELP أثناء استخراج المذيب العضوي. يتيح هذا السير المبسط تنقية ELP بشكل أسرع وأكثر موثوقية لتطبيقات طبية حيوية متنوعة 7,8. ومن الجدير بالذكر أن Aayush وآخرون أبلغوا أن تراكيب ELP التي تم تنقيها بهذه الطريقة تحتفظ بوظيفة ارتباط مستقبل عامل النمو البشري18، مما يبرز النقطة التي تقول إن هذه الطريقة لا تنتج فقط مادة ELP نقية، بل تحافظ أيضا على نشاط مجال بروتين الاندماج.
كدليل إضافي على فائدة هذه الطريقة في عزل اندماج إنزيم ELP، نصف طريقة مفصلة تعتمد على المذيب العضوي لتنقية بناء ELP-Intein-Chorismate Mutase 2 (ELP-I-Cm2) (الشكل 3). قد تكون هذه الطريقة مفيدة لتنقية أنواع ELP الأخرى بسرعة لتوصيل الأدوية وتطبيقات المواد النانوية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. تحضير المواد
2. تحلل الخلايا وتحضيرها (الشكل 4A)
3. الاستخراج العضوي (الشكل 4B)
ملاحظة: لكل ELP شرط المذيب المفضل الخاص به لإنتاج استخلاص عالي النقاء (مثل أداء التيار المتردد في الشكل 1). لذلك، يجب اختبار فحص أولي ل 28 مذيبا عضويا وتركيباتها، وتحليل العزلات بواسطة PAGE لتحديد شروط كفاءة الذوبان المثلى للبناء المطلوب.
4. ترسيب البروتين
5. التعامل مع حبيبات البروتين وإعادة التعليق
6. التحقق عبر SDS-PAGE
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
بعد المرور بالمراحل النهائية من البروتوكول، الخطوة التالية هي تصور نتيجة الاستخلاص والهطول من خلال تحليل SDS-PAGE وتلوين كوماسي الأزرق. عندما يكون هناك خطوة تحلل قبل الاستخلاص العضوي، يجب أن يكون هناك شريط ELP بارز. في حالة ELP-I-Cm2، يظهر هذا النطاق عند 100 كيلو دالتون (الشكل 3A).
أظهرت عمليات فحص تركيبات المذيبات العضوية المختلفة كفاءة استخلاص متغيرة (الشكل 3B)، حيث أنتج كل تركيبة تركيزات ونقاء مختلفة. نختار أفضل التركيبات للاستخلاص...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم استخدام ITC سابقا للتنقية غير الكروماتوغرافية ل ELP19؛ ومع ذلك، قد تكون طريقة تستغرق وقتا طويلا وذات عائد منخفض. في الطرق المفصلة أعلاه، نصف نهجا لتنقية بروتين اندماج ELP-I-Cm2 السريع، موضحين كيف يمكن استخدام طريقة الاستخلاص والترسيب المعتمدة على المذيب العضوي بفعالية لتنقية مجموعة واسعة من اندماجات ELP وELP. بروتوكول المذيب العضوي ليس فقط أسرع من ITC، بل هو أيضا أكثر فعالية بكثير لتسلسلات ELP القصيرة التي يمكن أن تتحدى طريقة ITC. قد يكون أيضا بديلا أكثر قابلية...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.
نشكر معهد جامعة بوردو لأبحاث السرطان وبرنامج CCSG التابع للمعاهد الوطنية للصحة (CA23168) على دعمهم لهذا العمل.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 2-ميركابتوإيثانول | بيو-راد | 161-0710 | مكون SDS-PAGE |
| 30٪ أكريلاميد/بيس-أكريلاميد | TCI | A3218 | مكون SDS-PAGE |
| الأسيتون | فيشر ساينتيفك | A949 | مذيب عضوي |
| الأسيتونيتريل | فيشر ساينتيفك | A996 | مذيب عضوي |
| أمبيسيلين | بيولوجيا الذهب - التكنولوجيا الحيوية للذهب | A-301-25 | المضاد الحيوي |
| APS (بيرسلفات الأمونيوم) | بيو-راد | 1610700 | مكون SDS-PAGE |
| بوتانول | فيشر ساينتيفك | L13171 | مذيب عضوي |
| EDTA | كواشف فيشر الحيوية | BP118-500 | مكون مخزن التحلل |
| الإيثانول | مختبرات ديكون | UN1170 | مذيب عضوي |
| إيثيل أسيتات | فيشر ساينتيفك | E195 | مذيب عضوي |
| الجلسرول | منتجات البحث الدولية | G22020-0.5 | مكون وسائط المرق الرائع (TB) |
| حمض الهيدروكلوريك | فيشر ساينتيفك | A144SI-212 | مكون مخزن التحلل |
| صبغة كوماسي الفورية | أبكام | ab119211 | مكون SDS-PAGE |
| IPTG | بيولوجيا الذهب - التكنولوجيا الحيوية للذهب | 12481C25 | مكون تعبير البروتين |
| إيزوبوبانول | فيشر ساينتيفك | A451-1 | مذيب عضوي |
| K2HPO4 (فوسفات البوتاسيوم أحادي القاعدة) | علوم الواردز | 470302-246 | الجزء 2 مكون المخزن المؤقت |
| KH2PO4 (فوسفات بوتازيوم ديبيسيش) | علوم الواردز | 470302-254 | الجزء 2 مكون المخزن المؤقت |
| إل-برولين | منتجات البحث الدولية | P5200-500.0 | مكون وسائط المرق الرائع (TB) |
| ليسوزيم | بيولوجيا الذهب - التكنولوجيا الحيوية للذهب | L-040-1 | مكون مخزن التحلل |
| الميثانول | فيشر ساينتيفك | A452 | مذيب عضوي |
| مخزن العينات الأصلي | بيو-راد | 161-0738 | مكون SDS-PAGE |
| سلم البروتين | بيولوجيا الذهب - التكنولوجيا الحيوية للذهب | P008-500 | مكون SDS-PAGE |
| محلول الجل المؤقت | بيو-راد | 1610798 | مكون SDS-PAGE |
| كبريتات الصوديم الدودسيل (SDS) | ثيرمو ساينتفيك | J18220-36 | مكون SDS-PAGE |
| هيدروكسيد الصوديوم | فيشر ساينتيفك | S318-500 | مكون مخزن التحلل |
| مخزن جل التكديس | بيو-راد | 1610799 | مكون SDS-PAGE |
| TEMED | بيو-راد | 1610801 | مكون SDS-PAGE |
| قاعدة تريس | كواشف فيشر الحيوية | BP-152 | مكون مخزن التحلل |
| التريبتون | منتجات البحث الدولية | T60065-1000.0 | مكون وسائط المرق الرائع (TB) |
| مستخلص الخميرة | منتجات البحث الدولية | Y20025-1000.0 | مكون وسائط المرق الرائع (TB) |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.