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Artículo de método

Producción de proteínas de fusión IgG expresada transitoriamente en Nicotiana benthamiana

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DOI:

10.3791/61774

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16 de enero de 2021

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* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Aquí describimos un método simple para la expresión, extracción y purificación de IgG humano recombinante fusionado con GFP en Nicotiana benthamiana. Este protocolo se puede extender a la purificación y visualización de numerosas proteínas que utilizan cromatografía de columna. Además, el protocolo es adaptable al laboratorio de enseñanza en persona y en la universidad virtual, proporcionando una exploración basada en proyectos.

Resumen

La alta demanda de anticuerpos como intervenciones terapéuticas para diversas enfermedades infecciosas, metabólicas, autoinmunes, neoplásicas y otras factores crea una creciente necesidad en el desarrollo de métodos eficientes para la producción de anticuerpos recombinantes. A partir de 2019, había más de 70 anticuerpos monoclonales aprobados por la FDA, y hay un potencial de crecimiento exponencial. A pesar de su promesa, los factores limitantes para un uso generalizado son los costos de fabricación y la complejidad. Potencialmente, las plantas ofrecen estrategias de fabricación de proteínas de bajo costo, seguras y fácilmente escalables. Plantas como Nicotiana benthamiana no sólo pueden plegar y ensamblar correctamente proteínas complejas de mamíferos, sino que también pueden añadir modificaciones post-traduccionales críticas similares a las ofrecidas por los cultivos celulares de mamíferos. En este trabajo, mediante el uso de GFP nativa y una variante ácida estable de proteína fluorescente verde (GFP) fusionada con anticuerpos monoclonales humanos, pudimos visualizar todo el proceso transitorio de expresión y purificación de anticuerpos de plantas N. benthamiana. Dependiendo del propósito del experimento, la fusión nativa de GFP puede garantizar una visualización más fácil durante la fase de expresión en las plantas, mientras que la fusión de PFN estable en ácido permite la visualización durante el procesamiento posterior. Este procedimiento escalable y directo puede ser realizado por un solo investigador para producir cantidades de miligramos de proteínas de fusión de anticuerpos o anticuerpos altamente puras en cuestión de días utilizando sólo unas pocas plantas pequeñas. Tal técnica puede extenderse a la visualización de cualquier tipo de proceso de purificación de anticuerpos y potencialmente muchas otras proteínas, tanto en plantas como en otros sistemas de expresión. Además, estas técnicas pueden beneficiar instrucciones virtuales y ser ejecutadas en un laboratorio de enseñanza por estudiantes de pregrado que poseen una experiencia previa mínima con técnicas de biología molecular, proporcionando una base para la exploración basada en proyectos con aplicaciones del mundo real.

Introducción

Los informes de la industria indican que trece de los veinte medicamentos más graves de los Estados Unidos eran biológicos (productos farmacéuticos a base de proteínas), de los cuales nueve eran anticuerpos. En 2019, había más de 570 terapias de anticuerpos (Ab) en varias fases de desarrollo clínico1,2,3. Las ventas globales actuales de Ab superan los 100 mil millones de dólares, y se espera que el mercado terapéutico monoclonal Ab (mAb) genere hasta 300 mil millones de USD para 20251,4. Con una demanda tan alta y aum....

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Protocolo

1. Cultivar plantas N. benthamiana

  1. Coloque los pellets de turba de tierra en una bandeja y vierta previamente hervido, todavía caliente (40-45 oC), agua sobre los pellets de turba para una expansión completa. Después de que los pellets se expanden por completo, colocar 2-3 N. benthamiana semillas en cada pellet de turba utilizando pinzas.
  2. Vierta aproximadamente 0.5 en agua para cubrir la parte inferior de la bandeja. Etiquete la bandeja con la fecha de siembra. Continúe regando las plántulas diariamente con cantidades apropiadas de fertilizante. La concentración de fertilizantes (alimentos vegeta....

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Resultados

Este estudio demuestra un método fácil y rápido para producir proteínas recombinantes y visualizarlas a través de procesos posteriores. Usando N. benthamiana y siguiendo el protocolo proporcionado, la producción de proteína recombinante descrita aquí se puede lograr en menos de una semana. El flujo de trabajo general de expresión, extracción y purificación de la planta se muestra en la Figura 1. Las etapas de crecimiento de la planta a partir de plántulas viejas de 2 semanas, planta.......

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Discusión

Este protocolo se puede utilizar para la verificación visual de cualquier proteína recombinante Ab o recombinante producida en plantas N. benthamiana, incluidas aquellas que requieren exposición temporal a ambientes ácidos para fines de purificación decolumnas 42,43,44. Además, la fusión de asGFP a otras proteínas en diferentes sistemas de expresión puede ser una herramienta útil para la visualización y educación experi.......

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Agradecemos a Maria Pia DiPalma por editar el vídeo. También agradecemos a la Oficina de Alcance Educativo y Servicios Estudiantiles de la Universidad Estatal de Arizona por su generosa asistencia de cuota de publicación. La investigación para este protocolo fue apoyada por la Escuela de Ciencias de la Vida de la Universidad Estatal de Arizona.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Jeringa de 5 mLcualquierN/A
Jeringa de 50 mLcualquierN/A
AgarSIGMA-ALDRICHA5306
Licuadora con tazas,cualquierN/A
Azul de bromofenolBio-Rad1610404
DTT (DL-Dithiothreitol)MP BIOMEDICALS219482101
EDTA ( Etilenedinitrilo)ácido tetraacéticoSIGMA-ALDRICHE-6760
EtanolcualquierN/A
GlicerolG-BiosciencesBTNM-0037
GlicinaSIGMA-ALDRICHG7126-500G
HCl (ácido clorhídrico)EMD MILLIPORE CORPORATIONHX0603-4
Bloque calefactorcualquier proveedor de confianzaN/A
Jiffy-7 727 con pellets de turbade agujero Hummert International14237000
KanamycinGold Biotechnology IncK-120-100
KCl (Cloruro de potasio)SIGMA-ALDRICHP9541-500G
KH2PO4 (FosfatoJ.t.baker3248-05
KOH (Hidróxido de potasio)VWRBDH0262
Sulfato de magnesio heptahidratadoSIGMA-ALDRICHM2773
MES (ácido 2-(N-Morfolino)etanosulfónico)SIGMA-ALDRICHM8250
MiraclothMillipore4 75855-1R
Mezcla para macetas con control de humedadMiracle-Gro755783
Na2HPO4 (Fosfato de sodio)J.t.baker3827-01
NaCl (cloruro de sodio)Santa Cruz Biotechnologysc-203274C
Semillas de Nicotiana benthamianacualquier proveedor de renombreN/A
PMSF (Fluoruro de fenilmetilsulfonilo)G-Biosciences786-787
Columna de polipropilenocualquierN/A
Precision Plus Protein Estándares de color dualBio-Rad1610394
Resina de proteína GThermo Fisher Scientific20399
RifampicinaGold Biotechnology IncR-120-25
SDS (sulfato de dodecilo de sodio)G-BiosciencesDG093
Ascorbato de sodioSIGMA-ALDRICHA7631-500G
Espectrofotómetrocualquier proveedor de renombreN/A
Titan3 0.75 y micro; m filtro de fibra de vidrioThermoScientific40725-GM
Bandeja para pellets de turba con cúpulacualquierN/A
TRIS BaseJ.t.baker4109-02
Tris-HClAmrescoM108-1KG
TryptoneSIGMA-ALDRICH17221
Lámpara UVcualquierN/A
Soluble en agua para todo uso Alimento VegetalMiracle-Gro2000992
Extracto de levaduraSIGMA-ALDRICH9182
: : , de potasio)

Referencias

  1. Lu, R. M., et al. Development of therapeutic antibodies for the treatment of diseases. Journal of Biomedical Science. 27 (1), (2020).
  2. Kaplon, H., Reichert, J. M. Antibodies to watch in 2019. mAbs. 11 (2), 219-238 (2019).
  3. The top 20 drugs by U.S. sales. FiercePha....

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