RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
הפרוטוקול הנוכחי מתאר כלים חדשים למבחני קשירת SPR כדי לבחון קשירת CV-N ל-HA, גליקופרוטאין S, גליקנים היברידיים קשורים ואוליגוסכרידים עתירי מנוז. SPR משמש לקביעתK D לקשירת CV-N דימרי או מונומרי לגליקנים אלה.
תהודת פלסמון פני השטח (SPR) משמשת למדידת קשירת המגלוטינין (HA) לדמיר ציאנובירין-N (CV-N) שהוחלף בתחום ולניטור אינטראקציות בין פפטידים מנוזילטים לבין אתר הקשירה בעל הזיקה הגבוהה של CV-N. דווח כי קוצים במעטפת הנגיף gp120, ha וגליקופרוטאין אבולה (GP) 1,2 קושרים אתרי קשירה בעלי זיקה גבוהה ונמוכה ב-CVN2 דימרי. פפטיד HA דימנוזילי קשור גם בשני אתרי הקישור בעלי הזיקה הנמוכה למולקולה מהונדסת של CVN2, הנושאת אתר זיקה גבוהה עבור הליגנד המתאים ועוברת מוטציה כדי להחליף קשר דיסולפיד מייצב בכיס קשירת הפחמימות, ובכך לאשר קשירה רב-ערכית. קשירת HA מוצגת לאתר קשירה אחד בעל זיקה גבוהה של פסאודו-נוגדנים CVN2 בקבוע דיסוציאציה (KD) של 275 ננומטר המנטרל עוד יותר את נגיף הכשל החיסוני האנושי מסוג 1 (HIV-1) באמצעות אוליגומריזציה. קורלציה בין מספר הגשרים הדיסולפידים ב-CVN2 שהוחלפו בתחום, אשר מופחתים מ-4 ל-2 על-ידי החלפת ציסטינים בזוגות שאריות קוטביות של חומצה גלוטמית וארגינין, מביאה לירידה בזיקה ל-HA. בין האינטראקציות החזקות ביותר, אבולה GP1,2 קשורה על ידי CVN2 עם שני אתרי קשירה בעלי זיקה גבוהה בתחום הננומולרי התחתון באמצעות גליקן המעטפת ללא תחום טרנסממברנה. במחקר הנוכחי, קשירת CV-N מונומרי רב-ספציפי לתסמונת נשימתית חריפה חמורה נגיף קורונה 2 (SARS-CoV-2) גליקופרוטאין (S) נמדדת ב- K D = 18.6 μM בהשוואה לננומולאר KD לאותם קוצים אחרים בנגיף, ובאמצעות תחום קשירת הקולטן שלו בטווח הטוחנות האמצעיות μ.
פעילות אנטי-ויראלית הקשורה לטתרין מושרית על ידי אינטרפרון-α, והיא מורכבת מקשירה מבוססת חלבון, מה שמוביל לשמירה של וירוסים שנוצרו במלואם על משטחי תאים נגועים1. הצורך בגליקוזילציה של טטרין בעיכוב שחרור הנגיף עדיין אינו ודאי, מה שמרמז על החשיבות של דפוסי גליקוזילציה על גליקנים המבוטאים באופן רקומביננטי עבור מחקרים במבחנה 1,2, אשר תלוי בקונפורמציה של (במקרה של נגיף שפעת) השפעת המגלוטינין HA 3,4 . צוין כי שינוי של אוליגוסכריד הקשור לגליקוזילציה הקשורה ל-N מספיק להגבלה בתיווך תרין של שחרור HIV מסוג 12, בעוד שדמריזציה ממלאת תפקיד חיוני במניעת שחרור הנגיף, ובכך מערבת את תחום הטרנס-ממברנה או גליקוזיל-פוספטידיל-אינוזיטול (GPI)-עוגן לקשירת הוויריונים הניצנים5 . תכונות ייחודיות מתוארות עבור טתרין אנושי ומורין כדי לחסום וירוסים עטופים מרובים, רטרו-וירוסים, ופילו-וירוסים. BST-2/tetherin הוא חלבון אנטי-ויראלי הניתן לאינטרפרון של מערכת החיסון המולדת1,6, הפועל עם פעילות אנטי-ויראלית רחבת טווח ונוגד אנטגוניזם על ידי גליקופרוטאינים מעטפת5 כדי לבצע טרנסלוקציה של טטרין או לשבש את המבנה של ת'רין 6. לדוגמה, גליקופרוטאין HA של מעטפת המבוטא על פני השטח ונוירמינידאז על נגיף שפעת A ידועים באנטגוניזם של טטרין באופן ספציפי לזן7, מה שמקל על זיהוי אתרי קשירת קולטן מארח8. נוגדנים המכוונים לגליקן נחקרים בסטויכיומטריה של יחסי הגומלין שלהם עם מגני הגליקן המותאמים אישית במהירות ב-HA, וכתוצאה מכך נוצרת זיקה לתת-סוגים שפעת A H3N2 ו-H1N14.
כדי להבהיר את מנגנוני הקשירה בין חומרים אנטי-ויראליים לבין קוצים במעטפת הנגיף, כלומר ליגנדות פחמימות, ושיטות אימונולוגיות וספקטרוסקופיות משלימות, מסונתזים כימית מונו, די-די-מנוז ותלת-מנוז. הפפטידים המנוזילים נוצרים באמצעות אזידו גליקוזילציה של גליקוזיל {בטא}-פראצטטים לטרנספורמציה של 1,2-טרנס גליקוזיל אזידים9, המחקה את ה-N-אצטיל גלוקוזאמין ואוליגוסכרידים עתירי מנוז על פני השטח של וירוסים מסכני חיים. ביואיזוסטרים של טריאזול משמשים לחיקויים של קישורים היוצרים את השאריות המנוזיליות של פפטיד HA10 ומאפשרים אינטראקציות ספציפיות לאתר עם נגזרות CV-N אנטי-ויראליות סביב נקודת הגליקוזילציה השנייה הקשורה ל-N בתחום ראש ה-HA (HA למעלה עם 4 גליקנים מקושרים N N54, N97, N181, N301)8,11,12 . אינטראקציות בין חומצה גלוטמית (Glu) וארגינין (Arg) לבין דיפול הסליל שנוצר ביטאו יציבות טובה של פפטידי המודל ושל חלבונים, אך הן מוצגות באמצעות SPR. אם משווים אותו לזיהוי אתר גליקוזילציה מסונתז כימית יחיד ב-HA10 על ידי עיכוב ישיר של קשירת קולטן על הגליקן, הוכחה זיקה גבוהה יותר של מבנה Fc בעל מוטציה של ארבעה אתרים לקולטן שלו כמעוררת פונקציות אפקטים in vivo, וחושפת את ההרכב הלא קשור של גליקנים מקושרים N המחוברים למוטציה של Fc כדי לקבוע באופן מכניסטי13.
CV-N מציג פעילות אנטי-ויראלית נגד HIV 14,15, שפעת16 ונגיף האבולה, המתווך על ידי קשירת ננומולר לשינויים אוליגוסכרידיים עתירי מנוז על חלבוני ספייק מעטפת12,17,18,19. קשירת שפעת HA לאתר קשירת פחמימות אחד בעל זיקה גבוהה (H) ב-CV-N או בשני Hs ב-CVN2 דימרי מקושר קוולנטית נקבעת כבעלת קבועי דיסוציאציה של שיווי משקל (K D) = 5.7 ננומטר (איור 1A) ו-KD = 2.7 ננומטר, בהתאמה. גם CV-N וגם CVN2 מכילים עוד אתר אחד או שניים של קשירת פחמימות בעלות זיקה נמוכה (L)s 12,17,20,21. אבולה GP1,2 נקשר ל-2H של CVN2 עם זיקות בתחום הננומולרי התחתון (KD = 26 ננומטר). CV-N WT מחייב לאבולה GP1,2 ו- HA מציג זיקות מ- K D = 34 nM ל- KD = 5.7 nM (A / New York / 55/04)12. לקטינים, כגון CV-N, המכוונים באופן ספציפי לגליקנים עתירי מנוז על מעטפות הנגיף, מעכבים עוד יותר את השכפול של נגיף הפטיטיס C, SARS-CoV, נגיף ההרפס, נגיף מרבורג ונגיף החצבת22.
מולקולת CV-N הקטנה נחקרה ביסודיות במשך יותר מ-20 שנה, שכן היא מתפקדת כדי לקשור מגוון רחב של נגיפים כדי לעכב את כניסת הנגיף16,18. ניתוחים מבניים ומבחני זיקה מקשרים מצביעים על קישור צולב של שני Ls בדימר CVN2 שהוחלף על ידי קשירה דו-ערכית בטווח המיקרומולרי כדי להגביר את ההתלהבות לגליקופרוטאינים של מעטפת נגיפית10,19. קשירה סלקטיבית של Manα1-2Manα על זרועות Man(8) D1D3 ו-Man(9) כוללת שני אתרי קשירה בעלי זיקות שונות הממוקמים על פרוטומרים של חלבונים מנוגדים20, ובכך מגיעים לזיקות קשירה ננומולריות (איור 1B). לפיכך, CVN2 נחשב לנוגדן פסאודו בנוגע ליישומו לקשירת אפיטופים על HIV gp120, בדומה לנוגדנים מנטרלי וירוסים17. כאן, המחבר מעוניין לחקור את הקשירה הפוטנציאלית של CVN2 לספייק SARS-CoV-2 באמצעות תחום קשירת הקולטן שלו (RBD). עקומות קשירה של אנזים ממיר אנגיוטנסין אנושי משותק (ACE)-2 עם SARS-CoV-2 RBD התוצאה KD = 4.7 nM עבור אינטראקציה מחייבת רלוונטית ביולוגית זו23.
לעומת זאת, מחלקות אימונוגלובולינים נבחרות מזהות תבניות חלבונים מבניות ספציפיות ועקביות, המקנים מצע להבשלת זיקה באזורי HA24 המעוגנים בממברנה. CV-N מראה פעילות חזקה מאוד כמעט בכל נגיפי שפעת A ו-B16, והוא חומר אנטי-ויראלי המנטרל באופן נרחב. הידע שלנו אינו שלם על מיקומם של אפיטופים ממוקדים על הגבעול של HA1 ו-HA2 שעשויים לערב מבנים אפיטופיים למיקוד גליקן על ידי נוגדנים מנטרלים מאוד ובהשוואה לקשירת לקטין25.

איור 1: ייצוג סכמטי של בדיקת קשירת SPR עבור CV-N לקפיצות מעטפת הנגיף. (A) בדיקת SPR לקשירת CV-N לליגנד: חלבון HA באורך מלא (90 kDa). ערכת נתונים קינטית (5120, 2560, 1280, 640, 320, 160, 80, 40, 20, 10, 5, 2.5, 0 nM) המציגה כריכה כפולה בזמן אמת לשפעת HA A/New-York/55/04 (H3N2). (B) CVN2L0 גרסה V2 נקשרת לליגנד DM משותק בטווח ריכוז של 500 ננומטר עד 16 מיקרומטר. רצף: שאריות L מודגשות בצהוב. שאריות H מודגשות באפור. E58 ו-R73 הם תחליף לציסטאינים בחלבון ה-wildtype והופכים את V2 לקפל חלבון יציב עם שלושה במקום ארבעה קשרים דיסולפידיים אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
בעוד שמגן הגליקן בחלק העליון של HA הדיסטלי של הממברנה גורם לקשירת זיקה גבוהה ל-CV-N 12, קשירת CVN2 ל-HA הסמוכה לגשר דיסולפיד של החלק העליון של HA נצפתה גם באתרי הזיקה הנמוכה שלו10,12. אינטראקציות קוטביות שונות ואתרי אינטראקציה מזוהים בקשירת פחמימות על ידי CV-N. אינטראקציות אלה מאומתות על ידי יצירת וריאנטים נוק-אאוט באתר הקשירה כדי לתאם זיקות קשירה לגליקוזילציה חזויה בסיליקו 12. לפיכך, הפרויקט שואף להשוות פפטידי HA שעברו מנוזילציה כימית שנבדקו בעבר בזיקה ובספציפיות מחייבת עם רצפי פפטידים קצרים מקוצים הקשורים לסארס 2019-nCoV ו- SARS-CoV-2, המתרחשים באופן טבעי על ידי מספר קטן של אתרי גליקוזילציה שונים המקושרים ל- N וגליקוזילציה מקושרת O. באמצעות מיקרוסקופיית קריו-אלקטרונים ומבחני קשירה, פינטו ועמיתיו מדווחים על נוגדן חד-שבטי, S309, שעשוי לזהות אפיטופ על חלבון ספייק SARS-CoV-2 המכיל גליקן שמור בתוך תת-הסוג Sarbecovirus, מבלי להתחרות בחיבור הקולטן26. הפרוטוקול של מחקר זה מתאר כיצד תכנון, הבעה ואפיון של וריאנטים של CV-N חשובים כדי לחקור כיצד CV-N ו-CVN2 נקשרים לחלבונים מסוכררים ולפפטידים מאנוסילטים סינתטיים באמצעות טכנולוגיית SPR10,12.
דימר CVN2L027 וגרסאות של אתר קשירה (V2-V5) מבוטאים באופן רקומביננטי וריאנטים הם עם תחליפי קשרים דיסולפידיים (C58E ו-C73R) (איור 2A). כמו כן, מוטציה עם מוטציה חד-נקודתית E41A מוכנה מכיוון שתנוחה זו נתפסה כשאריות של מגע צולב בין-מולקולרי. מוטציה זו היא מולקולה מעניינת נוספת למדידות קשירת SPR בין הלקטין לאוליגוסכרידים בעלי מנוז גבוה המפענחת תחומי קשירה ומאפשרת השוואה לצורה הדימרית. המבנה הגבישי המוחלף בתחום של CVN2 מראה מקשר גמיש, המשתרע בין 49 ל-54 שאריות. שני התחומים יכולים להמשיך לנוע סביב הציר כגופים קשיחים, ולפתח מונומר באמצעות אינטראקציות תחום תוך-מולקולריות (תחום A -שאריות 1-39;90-101- עם תחום B -שאריות 40-89) או דימר על ידי החלפת תחום בין-מולקולרי [תחום A (של המונומר הראשון) עם תחום B (של השני), ותחום B (של המונומר הראשון) עם תחום A (של העותק השני)]. אין אינטראקציות קרובות בין תחומי A ו-B של שני הפרוטומרים, למעט Glu4128. ניתן לפתח את הגן עבור CV-N בשיטת PCR חוזרת עם אוליגוס מסונתז 40-mer29 ולאחר מכן הוא משויך לאתרים NdeI ו- BamHI של pET11a לטרנספורמציה (אלקטרופורציה) לתאים אלקטרו-מוכשרים כפי שתואר על ידי Keeffe, J.R.27. החלבון, המשמש להשגת המבנה הגבישי המתאים (PDB ID 3S3Y), כולל תג טיהור N-terminal 6-histidine ואחריו אתר ביקוע פרוטאז פקטור Xa. מוטגנזה מכוונת אתר משמשת ליצירת מוטציות נקודתיות, להחלפת קודונים ולהוספה או מחיקה של בסיסים או קודונים בודדים או מרובים להחלפת חומצות אמינו. טרנספורמציות אלה מספקות תובנה שלא תסולא בפז לגבי תפקוד ומבנה החלבון. CV-N, CVN2 ו-CVN3 עם ביטוי רקומביננטי וטיהור רקומביננטי נחקרו היטב מבחינה ביופיזית20,21,27, הם זולים לייצור, ולכן משמשים לאפיון מבחני קשירה לגליקנים המשותקים על שבבי חיישן SPR. בדיקה חיסונית קונבנציונלית הקשורה לאנזים (ELISA) מספקת פחות יכולת שכפול בנוגע לטכניקת האימוביליזציה של ליגנדות גליקן והופכת קשירה בזמן אמת של גרסאות שונות של אתרי קשירה, המוצגת עבור SPR, למבחני נקודות קצה.
וריאנט זיקה מחייבת CVN2L0-V2 (קפל שלם של CV-N הומודימרי עם החלפת גשר דיסולפידית10) מבוטא בתג שלו ב-Escherichia coli (E. coli), מטוהר מעל עמודת Ni-NTA תוך שימוש בכרומטוגרפיית זיקה ונבדק לקשירת HA (H3N2), פפטיד HA-פפטיד מונומנוזילי ופפטיד דימנוזילי באמצעות SPR. פפטידים מנוזיליים כימית, או חלבון HA ו-S, כולם ליגנדים ואמינים המוצמד למשטח השבב ההידרופילי באמצעות אסטרים תגובתיים או הנדסת חלבונים ביוטין-סטרפטאווידין. אותו הליך של ריצות עוקבות מוחל על ליגנדות אלה, המזריקות דילולים שונים של CV-N וריאנטים של CV-N (ו- CVN2) כדי לקבל מידע קינטי עבור ניתוחי האינטראקציה המולקולרית כמתואר להלן30. שבב חיישן SPR משותק RBD משמש לקשירת מחקרים על פפטידי CV-N ל-S, והזיקות מושוות לקשירת SARS-CoV-2 עם ACE2 האנושי.
עבור המחקר הנוכחי, חלבון היתוך דמוי יוביקוויטין קטן (SUMO) של CVN שימש בבדיקות אימונוסורבנט הקשורות לאנזימים במקום CV-N והוא מתאים לבדיקות מבוססות תאים. שפעת רקומביננטית באורך מלא חלבון HA H3 מתקבל באופן מסחרי (ראו טבלת חומרים) או מבוטא בקווי תאים HEK293 של יונקים ובתאי חרקים נגועים ב-baculovirus על פי פרוטוקולים סטנדרטיים12. חלבון הספייק של ווהאן-1 מתבטא בתאי HEK293 של יונקים. הסינתזה של פפטיד מונומנוזילי (MM) ופפטיד דימנוזילי (DM) מאפשרת זיהוי של ליגנדות הומוגניות ל-CVN2 ולמולקולה קטנה מונומנוזילית10.
1. יצירת מבני CV-N
2. הכנת צלחות LB-agar עם תאים מותמרים של DNA פלסמיד
3. שיבוט
4. מוטגנזה מכוונת אתר
5. טרנספורמציה של תאי חיידקים
6. ביטוי וטיהור חלבונים

איור 2: רצפי CV-N והבעה . (A) CVN2 ללא קישור בין כל חזרה של CV-N (101 חומצות אמינו כל אחת) וארבעה גשרים דיסולפידיים מבוטא בווקטור pET11a ב-E. קולי. (B) ביטויים של שתי מושבות עצמאיות עבור CV-N (מונומר) ו-CVN2 (דימר). (C) גרסאות הקשר הדיסולפידיות מטוהרות ומנותחות ב-SDS-PAGE. סמן משקל מולקולרי נמוך (6 μL) משמש כהפניה. WT = CVN2L0 הנושא ארבעה גשרים דיסולפידיים כפי שמסומנים ב-(A). V2 הוא גרסה עם החלפת קשר דיסולפידית על ידי שאריות קוטביות בעמדות 58 ו-73. V3-V5 הן גרסאות עם שני קשרי S-S שנותרו וקוטביות (C58E-C73R) או לא-קוטביות (C58W-C73M) המחליפות חומצות אמינו או שילוב של תחליפי זוגות שאריות אלה. (D) כרומטוגרמות HPLC של CVN2L0 מטוהרות מלוטות בקצב זרימה של 1 מ"ל/דקה עם שיפוע ליניארי מ-5%-65% מאגר B במאגר A מעל 30 דקות. חיץ A הוא: 0.1% (v/v) חומצה טריפלואורואצטית ב-ddH2O, חיץ B הוא: 0.08% (v/v) חומצה טריפלואורואצטית באצטוניטריל. חלבון מנותח על עמוד ג'ל סיליקה בעל ביצועים גבוהים 300-5-C4 (150 x 4.6 מ"מ) ב-214 ננומטר ו-280 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
7. ספקטרוסקופיית SPR
8. בדיקת קשירת SPR לקשירת CV-N ל-HA, חלבון S ו-RBD
מולקולת CVN2L0 שהוחלפה על-ידי תחום דימרי נבדקת להיקשרות לאזור העליון של HA בשלושה ניסויי SPR נפרדים, וזיקת הקישור מוצגת בערכיK D. ההנחה היא שתחום B כולל אתרי קשירה H, המושפעים מהחלפת קשר דיסולפיד בשאריות יוניות, ותחום A יוצר L10,18. הזרקות בודדות של CVN2L0 וגרסאות V2 (שלושה גשרים דיסולפידיים) ו-V5 (שני גשרים דיסולפידיים) נבדקות תחילה לצורך קשירה לשבב החיישן המצומד ל-HA כדי להעריך את יכולות הקישור לפני הגדרת מדידת הקינטיקה באמצעות הדגימה האוטומטית ועורך טבלת הריצה (איור 3A ואיור משלים 2). הזרקות חוזרות ונשנות הן אוטומטיות עבור סדרה של CVN2L0, V2 ו-V5 בריכוזים שונים בתחום הננומולר והטוחנות μ במערכת לאורך זמן (איור 3B-D). בקורלציה בין מספר קשרי Cys-Cys שלמים, CVN2L0 מחייב HA משותק ב- KD = 255 nM כאשר מגיעים לרוויה טובה. במקרה זה, שני ערכיK D, המחושבים מנתונים קינטיים או על ידי התאמת נתוני שיווי המשקל לאיזותרם המחייב של Langmuir, נמצאים בהסכמה מתונה (טבלה 1 ואיור משלים 3, איור משלים 4).

איור 3: בדיקת קשירת SPR לקשירת ליגנד באמצעות אינטראקציות רב-ערכיות. CVN2 (WT) וגרסאות האתר המחייבות V2 ו-V5 עם תחליפי דיסולפידים בכיס קושר הפחמימות בעל זיקה גבוהה נבדקים לקשירת HA משותק קוולנטית. (A) ניתן לחלץ עקומות קשירה של תאי זרימה שמאליים וימניים של CVN2, V2 ו- V5 מפרוטוקול ההפעלה SPR, וחיישנים מסוכמים בשכבת-על. (B) סנסוגרמה מניסוי SPR קונבנציונלי שהוצגה כאנליזות קינטיות לקשירת CVN2L0 ל-HA, הזרקת ריכוזי אנליטים מ-10-4 ל-10-8 M. CVN2L0 נמדדת עד לריכוז הגבוה ביותר ב-1.5 מיקרומטר (שורה עליונה) ועד 500 ננומטר (שורה תחתונה), שעבורו לא מושגת רוויה על משטח השבב או קשירת שיווי משקל. RU = יחידות תגובה. נעשה שימוש בשבב חיישן CMD500D. (C) חיישן SPR לקשירת V2 ל-HA. (D) V5 מחייב ל-HA. האיור (B-D) מועתק באישור הפניה10. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
| ka (M-1 s-1) | קד (S-1) | קד [הא] קינטית |
קד [הא] שיווי משקל |
|
| CVN2 | 5.1 ה3 | 1.3 x10-3 | 255 נאנומטר | 246 נאנומטר |
| V2 | 4.0 ה3 | 1.1 x10-3 | 275 נאנומטר | 255 נאנומטר |
| V5 | 1.2 ה3 | 5.8 x10-2 | 5 מיקרומטר | 4.9 מיקרומטר |
| CVN2L0 | 2.07 ה4 | 3.0 x10-3 | 147 נאנומטר | 600 נאנומטר |
| 2.27 ה4 | 3.0 x10-3 | 133 נאנומטר | 490 ננומטר |
טבלה 1: זיקות מחייבות של CVN2 וריאנטים ל-HA שנמדדו באמצעות SPR. Scrubber 2.0 (תוכנת BioLogic) מנוצלת כדי להתאים לעקומות שיוך SPR ודיסוציאציה בזמן אמת ולחישוב קבועי הדיסוציאציה של שיווי המשקל (KD) מנתונים קינטיים ושיווי משקל. Ka = קצב אסוציאציה קבוע. Kd = קבוע קצב דיסוציאציה.
בעוד שערכיK D לקשירת CVN2L0 ו-V2 ל-HA נמצאים שניהם בתחום הננו-מולר, V5 פוחת בכריכה (טבלה 1). ב-V5, שני קשרים דיסולפידיים מוחלפים על-ידי שאריות זיווג יונים שמפעילות מחדש אינטראקציות יוניות פוטנציאליות בין שאריות Glu ו-Arg שעברו מוטציה (איור 2A,3D). נתונים ראשוניים מנותחים בעקבות קצב השיוך המשולב וקצב משוואות הדיסוציאציה, המתארות את הקינטיקה המחייבת של האינטראקציה של CV-N מסיס עם ליגנד משותק ואת הדיסוציאציה של הקומפלקס שנוצר משטח השבב. מבוצעות שתי מדידות בלתי תלויות, ומנותחות סנסיגרמות, שוות ערך לאלה המתקבלות משכפלים. KD מחושב כמניין של koff/kon (טבלה משלימה 1)10,35. עם זאת, KD קשור לנתוני שיווי המשקל המתאימים לאיזותרם קשירת לנגמיור 36, כאשר תגובת קשירת שיווי המשקל משורטטת כפונקציה של ריכוז האנליטים (איור משלים 3A,4A,3B,4B). באופן תלוי ריכוז, קבוע קצב הדיסוציאציה kd נקבע לאחר ניתוחים ומשולב בהתאמת שלב האסוציאציה (kon) כדי להעריך את קבוע קצב השיוך ka. (לוח 1, איור משלים 3C, איור משלים 4C).
לאחר מכן, הכריכה של CV-N ל- HA מושווית לאינטראקציה שלה עם RBD. קשירת CV-N WT ל-SARS-CoV-2 RBD נמדדת בזיקה חלשה יותר (K D = 260 μM, איור 4A) בהשוואה להיקשרות ל-HA (KD = 5.7 ננומטר)8,10,12 וקשירה לחלבון S (KD = 18.6 μM, איור 5). ריכוז לעומת תגובה משורטטים עבור קשירת CV-N WT ל-RBD, בהנחה שמיקוד ספציפי של פחמימות שאולי נשמרו בתת-היחידה RBD S1 (איור 4A). אותה עלילת זיקה מוצגת עבור קשירת CVN2L0-V4 ל-DM שאינה ניתנת עוד לניתוח עקב החלפת קשרים דיסולפידיים המפריעים לקשירת זיקה גבוהה לפפטידים גליקוזילים קטנים (איור 4B).
CVN2L0-V4 (2 קשרים דיסולפידיים הפוכים להחלפה לא סימטרית של שאריות ציסטאין על ידי שאריות גלו-ארג או חומצות אמינו אמפיפתיות Trp ו-Met) יכולים ליצור רשתות קשרי מימן לא קוטביים סביב האתר המדומה B לקשירת פחמימות10. צפיפות גבוהה יותר של גליקנים על חלבון HA מגיעה להיקשרות עם שאריות Glu-Arg קוטביות במקום ציסטינים (טבלה משלימה 1), וקשר עם פפטידים מנוזילים (KD = 10 μM עבור DM) בין CVN2L0 ושינויים לתוך Glu-Arg, אך מראה דיסוציאציה לא רציפה של גרסאות מפפטיד מונוגליקוזילט זה, בפרט כאשר H משתנה על שני המונומרים. עבור האינטראקציה בין CVN2L0-V4 עם DM, התגובה של הזרקת 56 μM CVN2L0-V4 מניבה תגובה גבוהה יותר מאשר Rמקסימום. (איור 4B). V5 (2x Glu-Arg) נכשל בדיסוציאציה מ-DM הקשור לפני השטח (הנתונים אינם מוצגים). לסיכום, עקומות התגובה של ריכוזים נמוכים יורדות לפני סיום ההזרקה עבור כל החיישנים ב- CVN2 קושרים לפפטיד ללא קשירת H מקורית ומונומר ל- RBD.

איור 4: ניתוחי SPR של (A) מונומר CV-N WT המחייב ל-RBD. K D מחושב על ידי התאמת נתונים קינטיים (צד שמאל, K D = 260 μM) ומושווה לנתוני זיקה (צד ימין) באמצעות מודל ביומולקולרי פשוט לקשירת 1:1 בין ליגנד לאנליטי (K D equil = 274 μM). תגובת קשירת שיווי משקל או יכולת קשירה משורטטת כפונקציה של ריכוז בהשוואה לעקומות הקשירה SPR (0-605 μM CVN). H = אתר קשירה בעל זיקה גבוהה. L = אתר קשירה בעל זיקה נמוכה. שניהם נמצאים ב-CV-N וב-CVN2L0. (B) דימריק CVN2L0-V4 נקשר ל-DM, בהנחה של 2L ללא KD הניתן לניתוח. ריכוזי CVN2L0-V4 הם 56 μM, 28 μM, 14 μM, 7 μM, 3.5 μM. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 5: מוטציה CVN-E41A ו-CV-N WT נקשרים לגליקופרוטאין (A) S. החצים מציינים את תחילת שלב האסוציאציה והדיסוציאציה. (B) קשירת CVN-E41A ל-RBD ב-SARS-CoV-2. הליגנדות משותקות מראש על שבבי חיישנים מסוג HC polycarboxylate ו-CMD500D. יחידת המשנה Covid-19 S1 [Pinto, D. et al.26; ו- Barnes, C. et al.37] משמשת לאימוביליזציה של RBD. קצב זרימה: 30 μL / min, 25 ° C; נתונים גולמיים מתווים. לשם השוואה, מתוארת קשירת נוגדנים בסרום הדם האנושי ל- RBD עם מקדם דילול של 1:200. (C) בדיקת SPR של CV-N WT הנקשרת לגליקופרוטאין S המשותקת לרמת תגובה של 400 μRIU כדי ללכוד CV-N. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
הוכח בעבר כי CV-N מונומרי עם L יחיד אינו יכול לקשור מספיק gp120, אך יכולת הנטרול של CV-N דורשת קישור צולב של שני אתרי קשירת פחמימות והיא משוחזרת בעיקר על ידי דימריזציה כדי לתפקד עם 2H12,19. לפיכך, מוטציה מונומרית CVN-E41A באה לידי ביטוי, אשר חשודה כמערערת את היציבות של תחום B או יכולה להפריע לקישוריות עם התחום השני A, כמו שנמצא ב- CV-N WT. CVN-E41A מונומר חושף יציבות בעת קשירה לחלבון S בדומה למונומר CV-N. אף על פי שתגובת SPR עבור ריכוזי אנליטים של 605-680 μM גורמת ליחידות תגובה גבוהות ולחיישני SPR טיפוסיים עבור קשירת CV-N WT ו-E41A, בהתאמה, המוטציה אינה יציבה כאשר היא מדוללת (איור 5).
איור משלים 1: חיישן SPR ללכידת חיקוי DM כחלק מהחלק העליון של שפעת HA. צילום מסך: תרשים נתוני SPR המציג את פרוטוקול הריצה של SPR לאימוביליזציה של DM על שבב חיישן SPR CMD500D, המצופה בהידרוג'ל קרבוקסימתיל דקסטרן 500 ננומטר ומתאים לניתוחי קינטיקה של אנליזות בעלות משקל מולקולרי נמוך על צפיפות ליגנד גבוהה. שבבי חיישנים מותקנים ישירות על הגלאי עם שמן אמרסיה ומקובעים מתחת לתא זרימה בעל שלוש יציאות. לאחר מרווה את משטח השבב המופעל עם 1 M אתנולמין HCl pH 8.5, CVN2 מוזרק פעמיים (ריכוז = 1 μM ו 2 μM, בהתאמה). סגול: ההבדל בין תא זרימה 1 לתא זרימה 2; התגובה נרשמת במרווח של 0.2 שניות כחול: תא זרימה 1: 3000-4000 יחידות מיקרו-שבירה אינדקס שבירה (μRIU) מצופות מתמיסת 400 ננומטר של הליגנד DM למשטח קרבוקסילי מופעל. אדום: תא זרימת הפניה 2. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 2: הפעלה ידנית על שבב חיישן CMD500D המתפקד על-ידי HA, המציג קשירה של CVN2L0-V5, V2 ו-CVN2L0 דימריים. בקצבי זרימת החדרה של 30-50 μL/min, CVN2L0 וגרסאות קשר דיסולפידיות המבוטאות בתג His-ומטוהרות מעל Ni-NTA מוזרקות בטווח האמצעי של μM ונבדקות לקשירת HA עם שלב אסוציאציה של 3 דקות ושלב דיסוציאציה של 2 דקות. ההזרקות הן V5 (15 μM), V2 (2.4 μM), 0 μM, CVN2L0 תת-שיבוט מחלבון פיוז'ן SUMO (1 μM), ו- CVN2L0 (2 μM). חיץ ריצה ב- pH פיזיולוגי משמש לכל הניסויים ב- 25 מעלות צלזיוס. כל התמיסות מתפרקות ומסוננות (0.2 מיקרומטר) לפני ההזרקה למערכת. סגול: ההבדל בין תא זרימה 1 לתא זרימה 2; התגובה נרשמת במרווח של 0.2 שניות. כחול: תא זרימה 1: 2540 μRIU HA. אדום: תא זרימת הפניה 2. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 3: CVN2 נקשר ל-HA. ניתוח של חיישנים כאשר עקומות מיושרות באופן אוטומטי. (A) חיישנים מאופסים ומיושרים באמצעות תוכנת Scrubber (משמאל) ואיזותרמים קושרים המציגים עקומת תגובה תלוית ריכוז לאנליטים מאוגדים (מימין). (ב) איזותרם מחייב המבוטא באחוזי קיבולת. (C) עקומות האסוציאציה התיאורטית והדיסוציאציה המותאמות באופן חישובי. (D) נתוני קינטיקה על חיישני SPR ללא עקומות מותאמות. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 4: CVN2 מחייב ל-HA. ניתוח של חיישנים כאשר עקומות מיושרות באופן ידני. (A) חיישנים מאופסים ומיושרים באמצעות תוכנת Scrubber (משמאל) ואיזותרמים קושרים המציגים עקומת תגובה תלוית ריכוז לאנליטים מאוגדים (מימין). (ב) איזותרם מחייב המבוטא באחוזי קיבולת. (C) עקומות האסוציאציה התיאורטית והדיסוציאציה המותאמות באופן חישובי. (D) נתוני קינטיקה על חיישני SPR ללא עקומות מותאמות. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
טבלה משלימה 1: נתונים קינטיים המתקבלים מחיישני SPR לקשירת גרסאות הקשר CVN2L0 ו-Cys-Cys V2, V4 ו-V5 ל-HA באמצעות מודל קשירה של Langmuir 1:1. KD [M] = k כבוי/k מופעל או kd/ka. כל הנתונים נוצרים ב-25 °C במאגר HBS-EP(+): אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
למחבר אין מה לחשוף.
הפרוטוקול הנוכחי מתאר כלים חדשים למבחני קשירת SPR כדי לבחון קשירת CV-N ל-HA, גליקופרוטאין S, גליקנים היברידיים קשורים ואוליגוסכרידים עתירי מנוז. SPR משמש לקביעתK D לקשירת CV-N דימרי או מונומרי לגליקנים אלה.
המחבר מודה לד"ר כריסטיאן דרנטל מהמחלקה לביוטכנולוגיה ומיקרוביולוגיה ב- TU Wien והמחלקה לרפואה III, המחלקה לנפרולוגיה ודיאליזה באוניברסיטה הרפואית של וינה, במיוחד ד"ר מרקוס ורמן על תמיכה טכנית ומדעית. ביטוי חלבונים בתאי יונקים נתמך על ידי המחלקה לביוטכנולוגיה באוניברסיטה למשאבי טבע ומדעי החיים (BOKU) וינה. המחברת רוצה להביע את התודה העמוקה שלה לד"ר ניקו דנקבר מ- XanTec bioanalytics בדיסלדורף, גרמניה, על דיונים מדעיים מועילים על ביצוע מבחני הכריכה של SPR.
| Ä kta primeplus | Cytiva | ||
| Amicon צינורות | Merck | C7715 | |
| Ampillicin | Sigma-Aldrich | A5354 | |
| Beckmann Coulter Cooler Allegra X-30R צנטריפוגה | בקמן קולטר | B06320 | |
| מפזר תאים | סיגמא-אולדריץ' | HS86655 | כסף נירוסטה, בר L 33 מ"מ |
| מותאם אישית DNA Oligos | Sigma-Aldrich | OLIGO | |
| Gensynthesis מותאם אישית | GenScript | #1390661 | וקטור שיבוט: pET27b(+) |
| ציטיבה HBS-EP+ Buffer 10, 4x50 מ"ל | Thermo Scientific | 50-105-5354 | |
| Dionex UlitMate 3000 | Thermo Scientific | IQLAAAGABHFAPBMBFB | |
| Dpn I אנזים הגבלה (10 U/μ L) | פישר סיינטיפיק | ER1701 | |
| DTT | Merck | DTT-RO | |
| EDC | Merck | 39391 | |
| EDTA | Merck | E9884 | |
| צינורות נעילת כספת של | אפנדורף Eppendorf | 30120086 | |
| צינורות נעילת כספת Eppendorf | 30120094 | ||
| Eppendorf מיניספין ו-MiniSpin Plus מיקרו-צנטריפוגה אישית | סיגמא-אולדריץ' | Z606235 | |
| אתנול | Merck | 51976 | |
| אתנולמין HCl | Merck | E6133 | |
| Falcon 50 מ"ל צינורות צנטריפוגה חרוטיים | פישר סיינטיפיק | 14-432-22 | |
| פלקון 14 מ"ל מבחנה פוליסטירן תחתון עגול, עם מכסה הצמד, סטרילי, 25/חבילה | 352057 | קורנינג | |
| גלוקוז | Merck | G8270 | |
| גליצין הידרוכלוריד | Merck | 55097 | |
| HA H3 חלבון | Abcam | ab69751 | |
| HEPES | Merck | H3375 | |
| His-select Ni2+ | Merck | H0537 | |
| Imidazole | Merck | I2399 | |
| IPTG | Merck | I6758 | |
| Kanamycin A | Sigma-Aldrich | K1377 | |
| Kromasil 300-5-C4 | Nouryon | ||
| LB agar | Merck | 52062 | |
| LB agar | Merck | 19344 | |
| LB Lennox | Merck | L3022 | |
| Lysozyme | Merck | 10837059001 | |
| מגנזיום כלוריד | Merck | M8266 | |
| מגנזיום גופרתי | Merck | M7506 | |
| NaH2P04 | Merck | S0751 | |
| NanoDrop ספקטרופוטומטר UV-Vis2000c Thermo | Scientific | ND2000CLAPTOP | |
| NaOH | Merck | S5881 | |
| NHS | Merck | 130672 | |
| NZ אמין ( קזאין הידרוליזט) | Merck | C0626 | |
| PBS | Merck | 806552 | |
| PD MidiTrap G-10 | Sigma-Aldrich | GE28-9180-11 | |
| Peptone | Merck | 70171 | |
| pET11a | Merck Millipore (Novagen) | 69436 | |
| PMSF | Merck | PMSF-RO | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit (1000) | Qiagen | 27106X4 | |
| Reichert Software Package Autolink1-1-9 | Reichert | ||
| Reichert SPR SR7500DC מערכת דו-ערוצית | Reichert | ||
| Scrubber2-2012-09-04 לניתוח נתונים | Reichert | ||
| SDS | Merck | 11667289001 | |
| ערכת מוטגנזה מכוונת אתר כולל pUC18 בקרת פלסמיד | Stratagene | #200518 | |
| סודים כלוריד | Merck | S9888 | |
| נתרן אצטט. Trihydrate | Merck | 236500 | |
| שבב חיישן SPR C19RBDHC30M | שבב חיישן XanTec ביואנליטיקה | SCR C19RBDHC30M | |
| SPR CMD500D | XanTec ביואנליטיקס | SCR CMD500D | |
| סטרילין סטנדרטי 90 מ"מ צלחות פטרי | תרמו מדעי | 101R20 | |
| TBS | Merck | T5912 | 10x, פתרון |
| Triton-X100 | Merck | T8787 | |
| טריפטון | Merck | 93657 | |
| Tween20 | Merck | P1379 | |
| Vortex-Genie 2 | Mixer Merck | Z258423 | |
| X-gal | Merck | XGAL-RO | |
| XL1-Blue Supercompetence | Cells Stratagene | #200236 | |
| תמצית שמרים | Merck | Y1625 |