Les polypeptides de type élastine (ELP) sont des biopolymères composés de motifs répétitifs (VPGXG)n 1,2,3,4,5,6,7,8,9. Le résidu invité X dans l’unité pentapeptidique peut être n’importe quel acide aminé autre que la proline. Les variations de X peuvent être utilisées pour ajuster l’hydrophobie, le comportement de transition thermique et les caractéristiques fonctionnelles du construct ELP afin de créer des matériaux biocompatibles modulaires largement explorés dans diverses applicationsbiomédicales 10,11,12.
Bien que la synthèse chimique puisse être utilisée pour produire des peptides courts, elle est peu adaptée aux ELP de haut poids moléculaire ou au maintien de la fonctionnalité des protéinesde fusion 13,14. Pour des raisons comme celles-ci, les ELP sont généralement exprimés de façon recombinante dans E. coli, permettant une production définie par séquence en grandes quantités. Cependant, cette approche peut aussi poser des défis. Lors de leur expression dans E. coli, les ELP s’accumulent souvent dans des corps d’inclusion denses, nécessitant des stratégies de récupération efficaces pour extraire la protéinefonctionnelle 15. De plus, l’expression bactérienne introduit des biomolécules indésirables telles que les protéines des cellules hôtes, les acides nucléiques et les lipopolysaccharides (endotoxines) qui doivent être séparés de l’ELP lors de la purification. Les stratégies traditionnelles de solubilisation utilisant des détergents (par exemple, le dodécyle sulfate de sodium (SDS) ou le Triton X-100) ou des agents chaotropes comme l’urée ont rencontré un succès limité pour nos séquences de fusion ELP. D’après notre expérience, Triton et l’urée n’ont pas réussi à extraire les ELP de la phase granule, tandis que la SDS permettait une solubilisation partielle mais interférait avec la purification d’affinité en aval et était difficile à éliminer complètement de la séquence ELP hydrophobe.
À ce jour, le cycle inverse de transition (ITC) reste la méthode de purification la plus utilisée pour les ELP. Cette technique exploite leur comportement LCST pour précipiter et résolubiliser sélectivement l’ELP à travers les gradients de température etde sel 16. Cependant, avec des protéines de poids moléculaire plus faible, la CTI est un processus long en plusieurs étapes, peu adapté aux ELP piégés dans les corps d’inclusion, nécessitant plusieurs cycles ITC pouvant entraîner une perte de protéines à chaqueétape 7,16.
Pour surmonter ces limites, nous avons adopté un flux de travail d’extraction et de précipitation à base de solvants organiques. Alors que Yakhnin et al. ont d’abord démontré une stratégie de partitionnement axée sur l’hydrophobie pour la purification de la GFP en utilisant des gradients d’éthanol et de sel en1998-17, la nouvelle méthode que nous avons développée utilise des mélanges de solvants organiques pour extraire directement les protéines de fusion ELP des cellules d’E. coli 7. Sweet et al. et Darji et al. ont adapté cette approche aux fusions ELP, montrant que l’extraction par solvant organique permet une récupération rapide des ELP fonctionnels tout en maintenant l’intégrité structurelle et la bioactivité 8,9. Cette approche utilise la sonication et des solvants organiques pour lyser les cellules bactériennes et extraire les ELP en une seule opération, tout en précipitant la plupart des protéines hôtes et des acides nucléiques. La récupération de la phase organique riche en ELP, suivie d’une précipitation rapide pour isoler les ELP des solvants et des impuretés solubilisées, donne des ELP très purs. Cette approche est également capable d’obtenir de l’ELP pur à partir de pellets d’E. coli avec des niveaux d’endotoxines inférieurs à 1 EU/mL en moins de troisheures 7,8.
Les études réalisées à ce jour montrent que cette méthode est capable de purifier les constructions ELP et les protéines de fusion ELP de poids moléculaire et de point isoélectrique variables, sans cycles ITC multiples ni étapes de solubilisation (Figure 1). La microscopie à force atomique (AFM) et la microscopie électronique en transmission (TEM) suggèrent que les protéines de fusion ELP-purifiées de cette manière forment des structures inversées de type micelle (Figure 2), aidant ainsi à préserver la structure et la fonction des domaines de fusion ELP lors de l’extraction par solvant organique. Ce flux de travail simplifié permet une purification ELP plus rapide et plus fiable pour diverses applicationsbiomédicales 7,8. Notamment, Aayush et al. ont rapporté que les constructions ELP purifiées par cette méthode conservaient la fonction de liaison au récepteur du facteur de croissanceépidermique 18, soulignant que cette méthode produit non seulement du matériel ELP pur, mais maintient également l’activité du domaine protéique de fusion.
Pour démontrer davantage l’utilité de cette méthode dans l’isolement d’une fusion ELP-enzyme, nous décrivons une méthode détaillée à base de solvant organique pour purifier une construction ELP-Intein-Chorismate mutase 2 (ELP-I-Cm2) (Figure 3). Cette méthode peut être utile pour la purification rapide d’autres ELP pour l’administration de médicaments et les applications des nanomatériaux.