非裂解型昆虫细胞表达系统在蛋白质生产、细胞内运输/定位以及重组蛋白功能分析方面尚未得到充分利用。本文介绍了在商业可得的鳞翅目细胞系中构建表达载体并进行瞬时蛋白表达的方法。同时展示了烟粉虱(Bemisia tabaci)水通道蛋白与亚细胞荧光标记蛋白的共定位分析。
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非裂解型昆虫细胞表达系统在蛋白质生产、细胞内运输/定位以及重组蛋白功能分析方面尚未得到充分利用。本文介绍了在商业可得的鳞翅目细胞系中构建表达载体并进行瞬时蛋白表达的方法。同时展示了烟粉虱(Bemisia tabaci)水通道蛋白与亚细胞荧光标记蛋白的共定位分析。
异源蛋白表达系统可用于重组蛋白的生产、细胞内运输/定位的解析,以及在亚个体水平上确定蛋白质的生化功能。尽管杆状病毒表达系统在众多生物技术、制药和工业应用中正被越来越广泛地用于蛋白生产,但不涉及病毒感染的非裂解表达系统具有明显优势,却常常被忽视和未被充分利用。本文介绍一种构建非裂解表达载体及实现瞬时重组蛋白表达的方法。该方案可高效实现重组蛋白的细胞定位,适用于快速分析蛋白在细胞内的运输过程。我们展示了在一种 commercially available 昆虫细胞系中表达四种 重组蛋白,包括来自昆虫烟粉虱(Bemisia tabaci)的两种水通道蛋白,以及分别特异性标记细胞质膜和细胞内溶酶体的亚细胞器标记蛋白。所有重组蛋白均在其羧基末端与荧光蛋白标记物构建成融合蛋白,从而实现对重组蛋白的直接检测。通过将含有目的基因构建体的质粒与已知亚细胞定位标记物的质粒共转染细胞,可实现活细胞成像,并更有效地验证蛋白在细胞内的定位。
利用昆虫细胞表达系统生产重组蛋白为真核蛋白的研究提供了诸多优势。具体而言,昆虫细胞具有与哺乳动物细胞相似的翻译后修饰、加工和分选机制,有利于获得正确折叠的蛋白质1,2,3昆虫细胞系统通常也比哺乳动物细胞系需要更少的资源和更少的维护时间与精力4,5杆状病毒表达系统就是一种基于昆虫细胞的系统,现已被广泛应用于多个领域,包括用于蛋白质表征和治疗用途的重组蛋白生产、用于疫苗制备的外源肽段和病毒蛋白的免疫原性呈递、多蛋白复合物的合成以及糖基化蛋白的生产。 等等.1,2,4,6然而,在某些情况下,杆状病毒表达系统可能不适用3,7,且使用非裂解性且瞬时的昆虫表达系统可能更为合适。具体而言,瞬时昆虫细胞表达系统能够实现重组蛋白的快速合成,所需开发与维护工作较少,不涉及病毒诱导的细胞裂解,并可为研究蛋白质合成过程中的细胞内转运提供有效手段7,8,9,10.
本方案描述了利用两步重叠延伸PCR(OE-PCR)11 快速构建表达载体,并在大肠杆菌(Escherichia coli)中进行质粒DNA的标准克隆。质粒用于共转染 commercially available 培养的昆虫细胞,以表达代表性蛋白。本方案介绍了两种不同荧光标记的亚细胞标志蛋白的制备与应用,并展示了其与烟粉虱(Bemisia tabaci)中两种水通道蛋白的共定位。以下方案提供了OE-PCR、昆虫细胞培养与转染,以及目标蛋白细胞定位荧光显微镜观察的基本方法。
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1. 表达质粒构建的重叠延伸 PCR
注意:OE-PCR 中使用的所有引物见表1。所有扩增反应均建议使用高保真 DNA 聚合酶。然而,由于这些酶通常不会在产物 3' 端添加 A,因此在将 PCR 产物克隆至 TA 昆虫细胞表达载体之前,需使用 Taq DNA 聚合酶进行短暂的非扩增性孵育,以对产物进行"A加尾"。本方案展示了一种构建携带嵌合蛋白的昆虫表达质粒的方法,其中荧光蛋白与目标基因(本例中为两种 Bemisia tabaci 水通道蛋白)的羧基末端或亚细胞定位标记蛋白以同读框融合表达(图1)。
2. 昆虫细胞培养的维持
注意:为保持无菌条件,所有需要打开组织培养瓶的细胞操作均应在超净工作台内进行。细胞操作前至少1小时开启超净工作台的紫外杀菌灯。操作时佩戴腈手套,并在使用前用70%乙醇对实验台面、移液器、器具、离心管和培养瓶表面进行去污染处理。建议操作者熟悉基本的细胞培养技术13。
3. 昆虫细胞转染
4. 共聚焦荧光显微镜
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重叠延伸聚合酶链式反应
OE-PCR 可实现嵌合 DNA 产物的合成,该产物插入表达载体后,可表达出与任何目标测试基因及荧光标记蛋白相对应的重组嵌合蛋白。 图1 代表含有pIB表达载体的通用制备方案 B. tabaci 水通道蛋白编码序列(BtDrip1 和 BtDrip2_v1)与荧光蛋白标记物 EGFP 保持读码框一致。在此情况下,产生了两种在羧基末端携带 EGFP 的 BtDrip 嵌合蛋白。本方案还展示了开发两种昆虫亚细胞标记蛋白 DmSPR 和 PLA2G15 的方法。图1),在其羧基末端与mCherry融合形成嵌合体。选择EGFP和mCherry是因为它们的发射光谱具有足够差异,可实现对测试蛋白信号的独立检测与共定位例如., BtDrip-EGFP)以及DmSPR和PLA2G15-mCherry标记蛋白。所有PCR反应均扩增出...
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异源蛋白表达系统是生产用于多种下游应用的重组蛋白的重要工具4。从多种可用的表达系统中进行选择,取决于目标蛋白的最终用途。目前已有多种昆虫细胞表达系统,可作为原核和真核细胞表达系统的灵活替代方案5,6。其中,依赖杆状病毒感染以驱动蛋白表达的昆虫系统是迄今为止最流行且应用最广泛的昆虫表达系统,许多用于科研和治疗用途的蛋白均通过该系统生产1,2,3。然而,杆状病毒表达系统也存在一些局限性,包括:1)病毒生命周期会导致宿主细胞裂解;2)裂解的宿主细胞通常会释放大量降解酶;3)构建稳定细胞系耗时较长,且对于具有细胞毒性的蛋白可能不可行;4)非连续性表达需要频繁维护;5)载体构建通常需要多个克隆步骤;6)昆虫细胞密度往往与病毒感染效率呈负相关;7)重组蛋白主要被大量转运至细胞表面或被分泌出去
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
感谢Lynn Forlow-Jech和Dannialle LeRoy提供的技术协助。本研究由美国农业部农业研究局基础CRIS资金支持,属于国家项目304——作物保护与检疫 [项目编号:2020-22620-022-00D],资助对象为J.A.F.和J.J.H.。本文中提及的贸易名称或商业产品仅用于提供具体信息,并不意味着美国农业部的推荐或认可。美国农业部是一个提供平等机会的供应商和雇主。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| KOD DNA 聚合酶 | EMD Millipore | 71085-3 | 用于重叠延伸 PCR 产物 PCR 扩增的高保真 DNA 聚合酶 |
| ExTaq DNA 聚合酶 | TaKaRa-Clontech | RR001B | 用于 PCR 产物 A 尾修饰的 DNA 聚合酶 |
| EconoTaq PLUS GREEN 2x DNA 聚合酶预混液 | Lucigen | 30033-1 | 用于细菌菌落 PCR 的 DNA 聚合酶 |
| Biometra TProfessional Gradient 梯度 PCR 仪 | Biometra/LABRepCo | 070-851 | |
| LE 琼脂糖 | Benchmark Scientific | A1705 | |
| SYBR Safe DNA 凝胶染料 | ThermoFisher | S33102 | |
| Montage DNA 凝胶回收试剂盒 | EMD Millipore | LSKGEL050 | |
| pIB/V5-His TOPO TA 表达试剂盒 | ThermoFisher | K89020 | 包含克隆重叠延伸 PCR 产物所需的组分,包括线性化且经拓扑异构酶 I 激活的 pIB/V5-His-TOPO 载体、One Shot TOP10 化学感受态 E. coli 以及盐溶液 |
| QIAprep Spin 质粒小提试剂盒 | Qiagen | 27104 | |
| QIAcube 自动化核酸纯化工作站 | Qiagen | 9001292 | |
| Purifier 垂直式洁净工作台 | Labconco | 3970401 | |
| Tni 培养昆虫细胞系 | Allele Biotech | ABP-CEL-10005 | |
| Sf9 培养昆虫细胞系 | Allele Biotech | ABP-CEL-10002 | |
| 无血清昆虫细胞培养基 | Allele Biotech | ABP-MED-10002 | |
| TNM-FH 昆虫培养基 | Allele Biotech | ABP-MED-10001 | |
| IPL-41 昆虫培养基 | ThermoFisher | 11405081 | |
| Cellfectin II 转染试剂 | ThermoFisher | 10362100 | |
| 16 cm 一次性细胞刮刀 | Sarstedt | 83.1832 | 带双位刀片的细胞刮刀 |
| 25 cm2 (T25) 带透气滤膜盖的组织培养瓶 | Life Science Products | CT-229331 | |
| 移液管 | Fisher | 1371120 | |
| 无菌 50 mL 生物反应管 | Life Science Products | CT-229475 | |
| PipetteBoy 移液器辅助器 | VWR | 14222-180 | |
| 5 mL 刻度移液管 | Sarstedt | 86.1253.001 | |
| 0.5 mL 平盖 PCR 管 | Fisher | 14230200 | |
| 聚丙烯生物危害高压灭菌袋 | Fisher | 01828C | |
| 35 mm #1.5 玻底培养皿 | Matsunami Glass | D35-14-1.5-U | 培养皿直径 35 mm,玻璃直径 14 mm,玻璃厚度 1.5 mm,未包被 |
| 培养箱,型号 1510E | VWR | 35823-961 | |
| Countess II FL 细胞计数仪 | ThermoFisher | AMQAF1000 | |
| Countess 细胞计数载玻片(含 0.4% 台盼蓝试剂) | ThermoFisher | C10228 | |
| Fluoview FV10i-LIV 激光扫描共聚焦显微镜 | Olympus | FV10i-LIV | |
| HsPLA2/pCS6 质粒 DNA | transOMIC Technologies | TCH1303 | |
| pmCherry 载体 | Clontech | 632522 | |
| NucBlue Live ReadyProbes 试剂(Hoechst 33342) | ThermoFisher | R37605 |
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