ポストヒトゲノム時代において、ネイティブコンフォメーションにおける組換えタンパク質の可用性は、構造、機能および治療の研究開発に不可欠である。ここでは、テストと組換えタンパク質のさまざまなを生成するために使用することができるヒト胚性腎臓293T細胞における大規模タンパク質発現系を記述します。
方法論記事
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ポストヒトゲノム時代において、ネイティブコンフォメーションにおける組換えタンパク質の可用性は、構造、機能および治療の研究開発に不可欠である。ここでは、テストと組換えタンパク質のさまざまなを生成するために使用することができるヒト胚性腎臓293T細胞における大規模タンパク質発現系を記述します。
細菌における組換えタンパク質の発現、一般的にE.大腸菌は 、蛋白質のミリグラム量の発現のための最も成功した戦略であった。しかし、原核生物宿主は、多くの人間は、ウイルスまたは真核生物の外国の高分子の毒性に起因するタンパク質、タンパク質の折り畳み機構の違い、または特定のCO-または細菌の翻訳後修飾の不足のための発現に応じてではありません。酵母(P.パストリスもしくはS.セレビシエ )1,2、バキュロウイルス感染昆虫(S. frugiperdaまたは T NI)セル3、 および in vitro翻訳システムにおいて 、無細胞に基づく発現系は、2,4は正常にするために使用されている哺乳動物のタンパク質を生成します。直感的に、ベストマッチは、適切な翻訳後修飾を含む組換えタンパク質の生産を確保するために哺乳動物宿主を使用することです。哺乳動物細胞株の数(ヒト胚キッドネイ(HEK)S V40 larget T-抗原(COS)、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)などを運ぶO riginで293、C V-1細胞)は、正常ヒトタンパク質の数ミリグラムの量を過剰発現するように利用されてきた5-9しかし、哺乳動物細胞を使用することの利点は、多くの場合、安定発現細胞株を開発するコストが高く、特殊な実験装置の要件は、低タンパク質の収量と、長い時間によって打ち消されています。コストを低く維持しながら、より高速な収率と生産するタンパク質を増加し、多くの学術的、商業的な研究所の主要な要因である。
ここでは、時間とコスト効率に優れ、接着HEK 293T細胞から分泌されるヒトタンパク質の発現のための2つの部分から成る手順を説明します。このシステムは、構造生物物理学的および生化学的研究のために機能的な蛋白質のミリグラム量にグラムを生産することが可能です。最初の部分は、目的の遺伝子の複数の構文が生成さです。並行して一時的に小さなスケールの付着HEK 293T細胞にトランスフェクションのd。細胞培養培地中に分泌された組換えタンパク質の検出および分析は、ベクトルでエンコードされたタンパク質精製タグに対する市販の抗体を用いたウェスタンブロット分析によって実行されます。その後、大規模なタンパク質の生産に適したコンストラクトを一過性に10層の細胞工場でポリエチレンイミン(PEI)を用いてトランスフェクトされる。馴化培地リットルボリュームに分泌されるタンパク質は、抗-HAアフィニティークロマトグラフィーによって精製してタンジェンシャルフローろ過を使用して、管理しやすい量に集中している。このプラットフォームのユーティリティは、サイトカイン、サイトカイン受容体、細胞表面受容体、本質的な制限要因、およびウイルスの糖蛋白質のミリグラム量を表現する能力によって証明されています。このメソッドは、成功した三量体エボラウイルス糖タンパク質5,10の構造決定で使用されています。
2インキュベーター以外の追加の機器は、必要ありません。この手順は、急速にそのようなタンパク質複合体、抗原と抗体、ワクチン、または困難な細胞株の形質導入のためのアデノウイルスまたはレンチウイルスの生産のためのウイルス様粒子の生産の共発現として、より複雑なシステムに拡張することができます。
1。準備作業 - 構築および細胞培養
プロトコルを開始する前に、目的の遺伝子は、哺乳動物細胞における発現のためにコドンが最適化されるべきであり、標準的な分子生物学的手法を用いて適当な発現ベクターにクローニングした。成功した発現のための最高のチャンスを確実にするために、目的の遺伝子の複数の亜種を生成する必要があります。多くの哺乳動物発現ベクターは市販されており、様々な精製タグ(ヒスチジン、赤血球凝集素、ストレプトアビジン、HALO-タグ、グルタチオンS-トランスフェラーゼ、とりわけ)を持っています。我々は強力なヒトサイトメガロウイルスプロモーター、免疫グロブリンκ分泌シグナル、ヘマグルチニン精製タグをコードするpDISPLAYベクトルを使用することを好む、と原形質膜上で表示するために分泌経路を介してタンパク質をターゲットとするC末端膜貫通アンカーを持っています。我々は通常ベクトルでエンコードされた貫通anchoの前にストップコドンを挿入rは、タンパク質は馴化培地中に分泌できるようにします。
ヒト胎児腎臓(HEK)293T細胞は、広く入手可能であり、容易に培養し、トランスフェクトした。 HEK 293Tには、定期的に哺乳動物タンパク質の発現のために使用されていますが、バイオハザードと考えられており、バイオセーフティレベル2で処理する必要があります。適切な個人防護服を着用してください。作業は無菌テクニックを使用して承認されたバイオセーフティキャビネット内で実行する必要があります。すべての廃棄物や表面が制度や政府のガイドラインに従って消毒しなければならない。それは細胞が使用する前にマイコプラズマ汚染についてテストすることをお勧めします。細胞は、マイコプラズマ属のいずれかのソースを根絶するために10日間シプロフロキサシン(10μg/ mlの)で処理されることがあります。汚染。 HEK 293T細胞を伝播するための一般的なプロトコル( ボックス1)別々に表示されます。
テストおよび大規模タンパク質発現のための追加の考慮事項がrevieweです11月15日のd。
2。小規模なテスト式
一度構造体を設計し、生成された、小規模なテストトランスフェクションは、HEK 293T細胞を用いて行うことができる、プロセスを要約した回路図は( 図1)以下に提示されます。
3。大規模テストの発現と精製
構造が特定された後に組換え蛋白質のミリグラム量の発現は、10層の細胞工場(; 6360センチメートル2表面領域図2)を用いて付着HEK 293T細胞のPEIトランスフェクションすることにより達成される。より多くの探索的研究については、小さなセル工場やT-フラスコ( 表1)を使用することができる。
ステップ9から17は、馴化培地から追加のタンパク質をキャプチャするために繰り返すことができます。
4。代表的な結果
この記事では、記述し、その後、構造と機能の研究に使用することができるヒトタンパク質のミリグラム量生産のための便利な表現のプラットフォームを示しています。 6ウェルプレートでHEK 293T細胞を用いたヒトタンパク質構造のスクリーニングは、効率的かつ大規模生産への影響を受けやすい構造を識別するのに効果的です。市販の発現ベクターは、GeneJuice、トランスフェHDやPEなどのトランスフェクション試薬のさまざまな方法を使ってHEK 293T細胞に効率的にトランスフェクトすることができ I.我々は、これらの試薬 は貧しい表現するタンパク質( 図3)のためのより効果的であるため、テスト式は、そのようなGeneJuiceまたはトランスフェHDとして、市販のトランスフェクション試薬の使用をお勧めします。大規模な発現のために選択されたコンストラクトは、ウェスタンブロット( 図3)上の適切な分子量に対応する単一の、強い強度のバンドによって特徴付けされるべきである。糖タンパク質は、グリコシル化の不均一性に起因する広いバンドとして移行することができます。我々は、ウイルス糖タンパク質、サイトカイン、サイトカイン受容体、および他の表面タンパク質に至るまでの高分子の様々な、発現させ、この一般式のプラットフォームを用いたタンパク質のMillgram実量( 図4)を得、精製することができることを示している。

図1小規模のトランスフェクションのワークフロー図を示します 。tp_upload/4041/4041fig1large.jpg "ターゲット=" _blank ">拡大図を表示するには、ここをクリックしてください。

図2。大規模タンパク質発現のためのコーニング10層のCellSTACK。各レイヤは、セルの添付ファイル636 cm 2の表面積を含んでいます。標準的な実験CO 2インキュベーター(6.0立方フィート)は、快適な4つの10層の細胞工場を保持します。

図3様々な分泌タンパク質の小規模発現我々は、一般的なトランスフェクション試薬を用いた小規模試験の一連の式を実行:。GeneJuice、トランスフェHDとPEIを選択した人間の細胞のタンパク質(tetherin)の()のウェスタンブロットスクリーニング、受容体(IL-2Rβサブユニット)とサイトカイン(IL-2)。 Tetherinの放出を制限する人間の細胞膜糖タンパク質である新生HIV-1ビリオン16。 tetherinの細胞外ドメインは〜36 kDaのグリコシル化、ジスルフィド結合ダイマーとして存在しています。ここに示すように、還元条件下で、tetherinは〜22kDaの見掛けの分子量を有する単量体として移行されます。インターロイキン-2(IL-2)は、リンパ球の増殖に関与するサイトカイン17(〜17 kDa)のです。それはIL-2Rβsubunitが(〜26 kDa)の成分18になっている、IL-2受容体複合体と相互作用する。 CD21は補体系による活性化および成熟B細胞に関与する膜タンパク質であり、また、エプスタイン - バーウイルスの受容体である。 CD21のグリコシル化細胞外ドメインは〜20kDaの見掛けの分子量を有する単量体として移行されます。選択したサーフェスウイルス糖タンパク質(XMRV envおよびエボラウイルスGP)(b)のウェスタンブロットスクリーニング。 XMRVとエボラウイルス糖タンパク質(膜貫通アンカーが削除された)は三量体スパイクのようなウイルス膜に存在し、宿主細胞接着に関与していると融合。 XMRV envおよびEBOV GPの細胞外ドメインは重く、N-結合型糖鎖で飾られ、それぞれ、70 kDaと75kDaの見かけの分子量で移動されています。

図4。大規模HEK 293T培養物からヒトの細胞のタンパク質を精製した 。すべてのタンパク質は、10層のセルファクトリを使用して発現し、抗HAクロマトグラフィーにより濃縮し、精製した。クマシー染色SDS-PAGE分析で示すように、細胞外ドメインインターロイキン2受容体(IL-2R)αおよびγサブユニットは、それぞれ40 kDaと46 kDaの分子量に移行します。 tetherinの細胞外ドメインは36 kDaの見かけの分子量と、非還元条件下では、二量体として移行されます。 60kDaの見かけの分子量で表示されるいくつかのBSA汚染があることに注意してください。さらに、N-結合型グリカンの異質性は、tetherin上に存在するIL-2RαとIL-2Rγ原因バンドがSDS-PAGEゲル上での広がり。これらの複合型N-結合型糖鎖は、ペプチドを使用して削除することができます:N-グリコシダーゼFで
| 容器 | 表面積 |
| 6ウェルプレート | 9.5センチメートル2(各ウェル) |
| 100ミリメートル料理 | 55センチメートル2 |
| 245ミリメートル料理 | 500センチメートル2 |
| T75 cm 2のフラスコ | 75センチメートル2 |
| T175 cm 2のフラスコ | 175cm 2の |
| T225 cm 2のフラスコ | 225センチメートル2 |
| ローラーボトルレギュラー | 850センチメートル2 |
| ローラーボトル拡張面 | 1700 cm 2と |
| 1層CellSTACK | 636センチメートル2 |
| 2層CellSTACK | 1272センチメートル2 |
| 5層CellSTACK | 3180センチメートル2 |
| 10層のCellSTACK | 6360センチメートル2 |
| 40層CellSTACK | 25440センチメートル2 |
表1。タンパク質発現のために使用される細胞培養容器の比較。
試薬レシピのリスト
100X Ciprofloxacineは、10 mlのソリューションでは、10mgのciprofloxacineに10ミリリットルの脱イオン水を追加します。完全にciprofloxacineを溶解するために10μlの6N塩酸を追加します。
PEIは、(1 mg / mL)は 100ミリリットルソリューションでは、80に脱イオン水と熱で25 kDaの線形PEIの100 mgを溶解℃に室温まで冷却ソリューションは、7.2にpHを調整し、滅菌0.22μmフィルター、-20℃でアリコートと凍結温度イオンのCグラムの長期保存。
8.0グラムのNaCl、0.2グラムのKCl、1.4グラムのNa 2 HPO 4(無水)、0.24グラムのKH 2 PO 4:1 L水溶液の1X PBS。 7.4に溶液のpHを調整し、1.0 Lに埋める
8.0グラムのNaCl、0.2グラムのKCl、1.4グラムのNa 2 HPO 4(無水)、0.24グラムのKH 2 PO 4、1ミリリットルのTween-20:1 L水溶液の1X PBS-Tween-20を 。 7.4に溶液のpHを調整し、1.0 Lに埋める
3.0グラムのトリス塩基、14.4グラムのグリシン、150 mLのメタノール:1 L水溶液1X転送バッファ 。
3.0グラムのトリス塩基、14.4グラムのグリシン、1.0グラムSDS:1X SDS-PAGEは、1リットルの水溶液は、 バッファを実行している 。
0.6グラムSDS、3 mlのグリセロール、1.8ミリリットル1.0のTris-HCl pH 6.8で、1 mgのブロモフェノールブルー、5%(v / v)の2 -メルカプトエタノール:10 ml溶液のサンプル緩衝液を還元SDS-PAGE。
ボックス1。細胞増殖のための一般的なプロトコル
ボックス2。ウエスタンブロット分析
ボックス3。細胞培養容器の清掃·リサイクル
セル工場はシングルユースになるように設計されていますが、これらの船舶は以下の洗浄プロトコルを使用して、追加の大規模なトランスフェクションのために再利用することができます。
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10層の細胞の工場は、蛋白質のミリグラム量の生産のための効果的な容器です。このようなローラーボトル、振盪フラスコまたはスピナーフラスコのような他の伝統的な船、上のセルファクトリを使用する主な利点は、追加の実験装置を購入する必要がないということです。標準的なCO 2インキュベーター(〜6.0立方フィート)は、簡単に4つの10層の細胞工場( 図2)を収容します。さらに、これらの血管は細胞やタンパク質を生成するためにディッシュ、フラスコ、ローラーボトルより少ない労働力やスペースを必要とします。1つの10層の細胞の工場は、7.5正規のローラーボトル( 表1)の使用と同等です。さらに重要なことは、HEK 293T細胞は、血管内にうまく適応するため、市販のトランスフェクション試薬に低コストで効果的なオプションを提供し、PEIによる一過性トランスフェクションに非常に適している。セル工場は使い捨ての細胞培養プラスチック容器になるように設計されていますが、我々は、bを持っているしたがって、大幅に使用当たりのコストを削減し、汚染問題なく複数回これらの血管を効率的に清...
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利害の衝突が宣言されません。
この作品は、JEL、およびHA、FCA、とJDCのトロントフェローシップの大学にオンタリオ州のHIV治療ネットワーク研究オペレーティング·グラント(ROG-G645)と保健研究の新しい奨励賞のカナダ研究所(MSH-113554)でサポートされていました。著者らは、細胞を提供するためのスクリップス研究所(カリフォルニア州ラホーヤ)、エボラウイルスGPの発現ベクターと一般的なアドバイスでマーニーフスコ、Dafnaアベルソン博士とエリカOllmannサファイアに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 試薬の名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
| アルカリホスファターゼ(BCIP / NBT)液体基質溶液 | シグマ | B6404 | |
| 抗生物質/抗真菌剤、100X | インビトロジェン | 15240062 | |
| 抗HAアフィニティマトリックス、クローン3F10 | ロシュ社 | 1815016 | |
| 抗HAマウスmAb、クローン16B12 | Covance | MMS-101P | |
| 細胞培養フラスコ、処理されたT75 cm 2の組織培養 | コーニング | 430641 | |
| 細胞培養フラスコ、処理されたT225 cm 2の組織培養 | コーニング | 431082 | |
| 治療-1,6 - ウェル組織培養細胞培養プレート | コーニング | 3516 | |
| セルファクトリ、10層のCellSTACK | コーニング | 3312 | |
| セントラオメガ5Kカセット | ポール | OS005C12 | |
| セントラオメガ30Kカセット | ポール | OS030C12 | |
| クロマトグラフィーガラスカラム、1.0×10センチメートル | Kontes | 4204001010 | |
| シプロフロキサシン | シグマ | 17850 | |
| CO 2 | |||
| ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM) | シグマ | D5796 | |
| ウシ胎児血清(FBS)、不活化熱 | インビトロジェン | 12484-028 | |
| トランスフェHDトランスフェクション試薬 | プロメガ | 4709691001 | |
| GeneJuiceトランスフェクション試薬 | EMD /メルク | 70967から6 | |
| グリシン | シグマ | G8898 | |
| ヤギ抗マウスIgG F(ab ')2をアルカリ性 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 31324 | |
| ホスファターゼ標識抗体 | |||
| ヘマグルチニン(HA)ペプチド、100 mgの | Genscript | カスタム合成 | |
| (シーケンス:YPYDVPDYA 95%純度) | |||
| HEK 293T細胞 | ATCC | CRL-11268 | |
| HouseholD漂白剤(4%w / vの次亜塩素酸ナトリウム) | 様々なブランドが利用可能です | ||
| イモビロン-P PVDF膜 | ミリポア | IPVH07850 | |
| ミニプレップのプラスミド精製キット、PureLinkクイック | インビトロジェン | K2100-11 | |
| MaxiPrepプラスミド精製キットPureLink HiPure | インビトロジェン | K2100-07 | |
| NaN 3を | シグマ | S8032 | |
| pDISPLAY発現ベクター | インビトロジェン | V660-20 | |
| 100Xペニシリン/ストレプトマイシン(ペン/連鎖球菌) | インビトロジェン | 15140-122 | |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、滅菌1X | シグマ | D8537 | |
| ポリエチレンイミン(PEI)、線形25kDaの | Polyscience | 23966 | |
| ミルク乾燥粉末をすくい取る | カーネーション | ||
| Stericup-GP PES真空ろ過装置、 | ミリポア | SCGPU05RE | |
| 0.22μmの、500mlの容量 | |||
| トリパンブルー | インビトロジェン | 15250061 | |
| トリプシン-EDTA、0.05%(w / v)の | インビトロジェン | 25300-054 | |
| Tween-20を | シグマ | P7949 | |
| バルプロ酸 | シグマ | P4543 | |
| タンジェンシャルフローシステムセントラ | ポール | ||
| CO 2の加湿インキュベーター、標準6.0立方。フィート | 様々なブランドが利用可能です | ||
| 電気泳動およびトランスファーユニット | 様々なブランドが利用可能です | ||
| インキュベーター、37°C | 様々なブランドが利用可能です |
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