August 6th, 2018
在这里, 我们提出了一个协议, 以监测炭疽毒素的组装和拆卸使用 biolayer 干涉测量 (BLI)。在生物传感器表面组装/拆卸后, 通过电子显微镜和质谱法, 从表面释放出大量的蛋白质复合物, 用于可视化和识别复合物的成分。
该程序的总体目标是使用生物膜干涉法观察蛋白质复合物在不同 pH 环境中的动态组装,并使用电子显微镜和质谱法确认成分。识别和理解控制蛋白质复合物形成和组装的特异性是生化研究人员非常感兴趣的。我们今天讨论的方法使研究人员能够组装、可视化和验证预测的大分子复合物。
生物传感器表面的复杂性使研究人员能够轻松地将组装的复合物释放成小微量,用于电子显微镜和质谱分析。在这个演示中,我们跟踪了 pH 诱导的炭疽毒素复合物结构重排的动力学,并通过电子显微镜和质谱方法验证了这些重排,同时避免了聚集。我实验室的研究生 Alexandra Machen 和 Pierce O'Neil 将展示 BLI 生物传感器表面的炭疽毒素组装、大样本释放和 EM 阴性染色程序。
Antonio Artigues 博士使用 Orbitrap Fusion Lumos 质谱仪分析和鉴定 BLI 释放的微量样品。首先,将胺反应性第二代 BLI 生物传感器尖端浸入 250 微升水中,并孵育 10 分钟。在 Blitz 软件中,按照下表中列出的步骤时间进行编程。
通过将生物传感器尖端浸入 250 微升水中 30 秒来开始 BLI 运行,以测量生物传感器厚度和密度的初始基线。接下来,将吸头浸入 250 毫升 50 毫摩尔 NHS 和 200 毫摩尔 EDC 中 7 分钟,以激活生物传感器。然后,将活化的生物传感器浸入溶解在 0.1 摩尔硼酸盐缓冲液 (pH 8.5) 中的 50 毫摩尔 PDEA 中 5 分钟,以产生活化的生物反应表面。
现在,将活化的生物反应性生物传感器浸入 250 微升含有 100 纳摩尔 E126C LFn 的溶液中,溶于 10 毫摩尔 pH 5、100 毫摩尔氯化钠缓冲液中 5 分钟。将 LFn 尖端浸入 50 毫摩尔 L-半胱氨酸、1 摩尔氯化钠、0.1 摩尔乙酸钠 pH 5 中 4 分钟,以淬灭任何剩余的游离巯基反应性基团。将淬灭的 LFn 尖端浸入 50 毫摩尔 Tris、50 毫摩尔氯化钠中以建立缓冲基线后,将尖端浸入 0.5 微摩尔保护性抗原预沉淀、50 毫摩尔 Tris、50 毫摩尔氯化钠中 5 分钟,以产生 LFn PA-预沉淀复合物。
结合 PA-prepore 后,从 PA-prepore 溶液中取出尖端,并将尖端浸入 50 毫摩尔 Tris、50 毫摩尔氯化钠中 30 秒,以洗去任何未特异性结合的 PA-prepore。将 LFn PA-prepore 复合物浸入 0.5 微摩尔 CMG2 的 50 毫摩尔 Tris、50 毫摩尔氯化钠中 5 分钟。将 LFn PA prepore CMG2 复合物浸入 50 毫摩尔 Tris、50 毫摩尔氯化钠中 30 秒,以洗去任何未结合的 CMG2,形成前内体复合物。
对于 EM 分析,通过将尖端浸入含有 5 微升 50 毫摩尔 DTT、50 毫摩尔 Tris 和 50 毫摩尔氯化钠的 PCR 管中,从生物传感器尖端释放 LFn PA prepore CMG2 复合物。对于复合物中肽的串联 MS 分析,通过将生物传感器浸入含有 5 微升 50 毫摩尔 DTT、6 摩尔无角蛋白盐酸胍和 25 毫摩尔碳酸氢铵(pH 8)的 PCR 管中,从生物传感器尖端释放 LFn PA prepore CMG2 复合物。要在 pH 转换后查看复合物,请在生物传感器上组装 LFn PA prepore CMG2 复合物,如刚才所示。
将生物传感器尖端浸入 10 毫摩尔乙酸盐 pH 值 5 中 5 分钟,以启动 PA 孔向 PA 孔的转变。这种转变表现为振幅增加,随后是更大的振幅下降,由于结合亲和力减弱,假设对于受体完全解离是显着的。对于 EM 分析,将生物传感器尖端浸入含有 1.25 毫摩尔胶束的溶液中 5 分钟,以防止二硫化物释放后在溶液中聚集。
要进行负染色电子显微镜检查,首先在 0.38 毫巴的稳定气氛压力和负 15 毫安的温度下辉光释放碳涂层铜 300 网格 20 秒,然后用空气通风设备。将网格固定在一对干净的镊子之间。然后将 4 微升释放的复杂样品移液到网格上,吸附 60 秒。
用滤纸楔子吸走剩余的液体。然后,将 5 微升 0.75% 点零 2 微米过滤的甲酸铀酰移液到网格上,对网格进行染色,五秒钟后,吸走多余的污渍。盖上盖子,让网格在室温下干燥。
然后使用透射电子显微镜观察样品。最后,根据文本方案制备用于质谱分析的样品后,在自动控制下使用 CID 和 35 的归一化碰撞能量作质谱仪,以连续执行一次 MS 扫描,然后在三秒钟内进行尽可能多的串联 MS-MS 扫描。BLI 传感图轨迹是由于炭疽毒素成分的特定添加而实时读取的振幅变化。
第一次上升是 LFn 加载到尖端。淬灭和基线后,PA-prepore 与 LFn 结合,然后添加可溶性 CMG2,产生组装的内体前复合物。然后将复合物置于低 pH 值下,这会削弱受体结合,并导致前孔过渡到其扩展的孔确认,这可以通过添加胶束来确认。
此处显示的是复合物从生物传感器释放时的负染色 EM 图像。前内体样品网格显示密度与由 LFn PA preore CMG2 组成的完整三元复合物一致。酸化后复合物网格显示 PA 转变为孔并被胶束包涵物溶解,没有明显的 CMG2 密度。
MS 证实了蛋白质复合物,内体前 MS 样品包含来自所有三种毒素成分的肽,对 LFn、PA 和 CMG2 的覆盖率分别为 60.46%、67.97% 和 54.15%。内体后样品仅包含来自 LFn 和 PA 的肽。CMG2 的缺乏与在孔形成过程中观察到的 BLI 纳米降低一致。监测和验证大分子复合物组装的能力是了解大型生物分子组装体的特异性和功能的关键一步。
我们将预组装的大分子复合物从生物传感器释放到微体积中以进行电子显微镜可视化的能力对于结构分析非常有用。我们对生物传感器组装复合物组成的分析仅使用了 0.04 飞摩尔的释放复合物来识别其成分 同化内体酸化 前后。生物传感器组装释放方案可以适应遵循病毒蛋白质结构中其他细菌毒素的自然但难以捉摸的 pH 诱导的内体转变,并具有避免蛋白质聚集的额外好处。
本文介绍了一种使用生物层干涉法(BLI)监测炭疽毒素组装和解离的协议。该方法允许通过电子显微镜和质谱仪来可视化和识别蛋白质复合物。
This protocol enables real-time monitoring of pH-induced protein complex assembly and disassembly, providing critical insights into target validation and mechanistic de-risking for toxin-based therapeutic development. By combining label-free BLI with EM and MS, it supports predictive confidence in early discovery by confirming complex identity and structural transitions under disease-relevant conditions. The approach addresses a key discovery inflection point: verifying that predicted macromolecular interactions occur with correct stoichiometry and environmental responsiveness before advancing to lead identification.
The method integrates into the discovery continuum from Early Discovery to Lead Identification and Preclinical work, supporting hypothesis testing, pathway clarification, and biological de-risking through real-time complex monitoring.