Avi配列を含む組換えBDNF(BDNFAvi)は、コスト効率の高い方法でHEK293細胞で産生され、アフィニティークロマトグラフィーによって精製される。BDNFaviは、その後、チューブ内の酵素BirAで直接モノビオチン化されます。BDNFaviおよびモノビオチン化BDNFaviは、市販のBDNFと比較して生物学的活性を保持します。
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方法論記事
Avi配列を含む組換えBDNF(BDNFAvi)は、コスト効率の高い方法でHEK293細胞で産生され、アフィニティークロマトグラフィーによって精製される。BDNFaviは、その後、チューブ内の酵素BirAで直接モノビオチン化されます。BDNFaviおよびモノビオチン化BDNFaviは、市販のBDNFと比較して生物学的活性を保持します。
アビ配列を含む組換えBDNF(BDNFAvi)はHEK293細胞で産生され、次いでアフィニティークロマトグラフィーによりコスト効率よく精製される。再現性のあるプロトコルは、酵素BirAをチューブに含むBDNFAviを直接モノビチン化するために開発されました。この反応において、モノビオチン化BDNFAviは、その生物学的活性を保持する。
ニューロトロフィンは、神経細胞の発達と維持に役割を果たすターゲット由来の成長因子です。それらは異なった神経区画間の長距離シグナリングを可能にするために、エンドサイトーの経路に沿って急速な輸送メカニズムを要求する。ニューロトロフィンの密売を研究するための分子ツールの開発により、生体内記録を用いた細胞内のこれらのタンパク質の正確な追跡が可能になりました。このプロトコルでは、モノビチン化BDNFの生産に対する最適化された費用対効果の高い手順を開発しました。ビオチン化可能なアビ配列(BDNFAvi)を含む組換えBDNF変異体を、HEK293細胞内でマイクログラム範囲で産生し、次いでアフィニティークロマトグラフィーを用いて容易にスケーラブルな手順で精製する。精製されたBDNFは、チューブ中の酵素BirAとの直接インビトロ反応によって均質にモノビオチン化することができる。モノビチン化BDNF(mbtBDNF)の生物活性は、異なるフルオロフォアにストレプトアビジン共役に結合することができる。BDNFAviおよびmbtBDNFは、ウェスタンブロットを用いた下流リン酸化標的の検出および転写因子CREBの活性化を通じて実証された生物活性を保持する。ストレプトアビジン量子ドットを用いて、リン酸化特異的抗体で検出されたCREBの活性化と共にmbtBDNFのインターナリゼーションを可視化することができました。さらに、ストレプトアビジン量子ドットに結合したmbtBDNFは、マイクロ流体室で成長した皮質ニューロンにおける逆行輸送解析に適していた。このように、チューブで生成されたmbtBDNFは、生理的シグナル伝達の内在ダイナミクスおよびニューロンの人身売買を研究するための信頼できるツールである。
ニューロンは、シナプスコミュニケーションを可能にする複雑で特殊な形態を有する神経系の機能的単位であり、したがって、多様な刺激に応答して協調的で複雑な行動の生成である。樹状突起や軸索などの神経突起は、神経伝達に関与する重要な構造的特徴であり、ニューロトロフィンは形態と機能1を決定する上で重要な役割を果たします。ニューロトロフィンは、NGF、NT-3、NT-4、および脳由来神経栄養因子(BDNF)2を含む分泌成長因子のファミリーである。2中枢神経系(CNS)において、BDNFは神経伝達、樹状樹状の樹状化、樹状脊椎の成熟、長期増強、3,44を含む多様な生物学的プロセスに関与する。したがって、BDNFは神経機能の調節において重要な役割を果たす。
多様な細胞プロセスは、BDNFのダイナミクスと機能を調節します。神経細胞表面では、BDNFはトロポミオシン受容体キナーゼB(TrkB)および/またはp75ニューロトロフィン受容体(p75)に結合する。BDNF-TrkBおよびBDNF-p75複合体は、エンドサイトース化され、異なるエンドサイトオルガネラ55、6、7、86,7,8に分類される。BDNF/TrkB複合体の正しい細胞内の人身売買は、異なる神経回路9、10、1110における適切9なBDNFシグナル伝達のために必要と11される。このため、BDNFの人身売買ダイナミクスと病態生理学的プロセスにおけるその変化を深く理解することは、健康と疾患におけるBDNFシグナル伝達を理解するために不可欠である。このプロセスを監視する新しい特定の分子ツールの開発は、この分野を前進させ、関係する規制メカニズムをよりよく把握するのに役立ちます。
ニューロンの BDNF 人身売買の研究に利用できるいくつかのツールがあります。.一般的に使用される方法論は、GFP mCherry12,13の緑色蛍光タンパク質(GFP)または単量体蛍光赤シフト変異型などの蛍光分子でタグ付けされた組換えBDNFのトランスフェクションを13含む。しかし、BDNF過剰発現の主な欠点は、このニューロトロフィンの既知の濃度を提供する可能性を排除することです。また、細胞毒性をもたらし、結果14の解釈を隠す。別の戦略は、Flag-TrkBのようなエピトープタグ付きTrkBのトランスフェクションです。この方法論はTrkBの内在性ダイナミクス15の研究を可能にするが、それはまた、TrkB機能および細胞毒性の変化をもたらす可能性があるトランスフェクションを伴う。これらの方法論的ハードルを克服するために、ビオチンリガーゼ酵素BirAによって単一ビオチン化することができるアビ配列(BDNFAvi)を含むNGFおよびBDNFの組換え変異体が16,17,17に開発された。ビオチン化組換えBDNFは、フルオロフォア、ビーズ、常磁性ナノ粒子などを検出するための異なるストレプトアビジン結合ツールに結合することができる。ライブセルイメージングの面では、量子ドット(QD)は、小分子フルオロフォア18と比較した場合の光漂白に対する輝度および耐性の増加などの単粒子追跡に望ましい特性を有するため、頻繁に使用されるようになっている。
BDNFAviを用いたモノビオチン化BDNF(mbtBDNF)の生産は、BDNFAviとBirAの発現を駆動するプラスミドの共トランスフェクションによって達成され、続いて、10mLあたりBDNFの収率1〜2μgのBDNFの収率を有するアフィニティークロマトグラフィーによる組換えタンパク質の精製が行われた。ここでは、500 mLのHEK293コンディションメディアからのBDNFAvi精製を可能にするこのプロトコルの改変を提案し、操作を容易にするためのクロマトグラフィーカラムベースのプロトコルでタンパク質回収を最大化することを目指す。使用されたトランスフェクション剤、ポリエチレンイミン(PEI)は、トランスフェクション収率を犠牲にすることなく費用対効果の高い方法を保証する。モノビオチン化ステップは、共トランスフェクションに関連する合併症を回避し、BDNFの均質な標識を確実にするために、インビトロ反応に適応されています。mbtBDNFの生物活性は、微小流体室におけるBDNFの逆行軸索輸送を研究するためのpCREBおよび生細胞イメージングの活性化を含む、ウェスタンブロットおよび蛍光顕微鏡実験によって実証された。このプロトコルを使用すると、均質なモノビオチン化および生物学的に活性なBDNFの最適化された高収率生産が可能になります。
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すべての実験は、CONICYT(チリ国家科学技術研究委員会)の承認されたガイドラインに従って行われました。本研究で使用されたプロトコルは、ポンティフィシア大学カトリカ・デ・チリのバイオセキュリティおよび生物倫理的および動物福祉委員会によって承認された。脊椎動物を含む実験は、ポンティフィシア大学カトリカ・デ・チリの生物倫理・動物福祉委員会によって承認されました。
注:次のプロトコルは、HEK293細胞で産生されるコンディション培地の合計体積500 mLからBDNFAviを浄化するように設計されました。BDNFAviを精製するために製造および処理されるコンディショルドされた培地の量は、必要に応じて増減することができます。ただし、このような状況では、さらなる最適化が必要になる場合があります。プロトコル全体で使用される培養培地およびバッファーの組成は、補足資料に記載されています。
1. HEK293コンディショナティングメディアからのBDNFAviの製造と精製
2. ビラ酵素を用いたBDNFAviのインビトロモノビオチン化
3. mbtBDNF生物活性の検証
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クロマトグラフィーカラムベースのプロトコルを使用することで、HEK293コンディションメディアの大量処理が可能になります。図1に、500mLのコンディションされた培地からBDNFAviを精製した結果が示されている。Ni-NTAアガロースビーズからのBDNFAviの連続溶出は、BDNFAviの濃度を減少させる(図1A)。4回連続の溶出(それぞれ15分)後、ビーズによって捕捉されたBDNFの大部分が回収される。溶出液の濃度は6〜28ng/μLの範囲で、総収量はBDNFAviの約60μgに及んだ(表1)。製造されたBDNFAviは、その後、上清中の非ビオチン化BDNFAviの欠如によって示されるように、BirA-GSTによって媒介されるインビトロ反応によって効率的にビオチン化された(図1B)。図1Bに示すビオチン化は、BDNFの総生成物のアリコートに相当し...
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本稿では、親和クロマトグラフィーベースの手順におけるmbtBDNFの生成および精製のための最適化された方法論が、Sungおよび共同研究者17の研究に基づいて説明される。最適化には、リポフェクタミンなどのより高価なトランスフェクション方法の効率を維持しながら、費用対効果の高いトランスフェクション試薬(PEI)の使用が含まれます。この最適化により、プロトコルの大幅なコスト削減が実現し、高いコスト効率を維持しながらスケーラビリティが実現します。このプロトコルには、最大 2 か月間の条件付きメディアの凍結を含む使いやすさに関する考慮事項も含まれています。これらの最適化により、各ラボのニーズに適応可能な手順を実現し、費用対効果を向上させ、均質で生物学的に活性な組換えBDNFを得ることができます。このプロトコルは、クロマトグラフィー装置の使用を円錐管内のビーズの重力沈殿に置き換えることによって、小規模生産に適応することもできる。これは実行可能な方法論を構成しますが、時間効率が低く、私たちの経験の収率が低下しました。ビオチン標識BDNFは、フルオロフォアや常磁性ナノ粒子を含む異なるストレプトアビジン結合...
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著者らは開示するものは何もない。
著者らは、フォンデサイト(1171137)(FCB)、科学技術基礎優秀センター(AFB 170005)(FCB)、ミレニアム核(P07/011-F)(FCB)、ウェルカム・トラスト上級研究員賞(107116/Z/15/Z)からの財政的支援を感謝して認めている。この研究は、ウニダード・デ・ミクロスコフィア・アバンザダUC(UMA UC)によって支えられた。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 2ウェイストップコック | BioRad | 7328102 | クロマトグラフィー装置コンポーネント |
| 2-メルカプトエタノール | Sigma | M6250 | BDNF 溶出バッファー |
| アクリルアミド/ビサアクリルアミド | BioRad | 1610154 | SDS-PAGE ゲル調製 |
| Amicon Ultra-15 10K | Millipore | UFC901024 | BDNF 濃度 |
| 過硫酸アンモニウム | Sigma | A9164 | SDS-PAGEゲル調製 |
| 抗B-III-チューブリン抗体 | Sigma | T8578 | BDNF生物活性検出用ウェスタンブロットアッセイ |
| 抗BDNF抗体 | Alomone | AGP-021 | BDNF定量用ウェスタンブロットアッセイ |
| 抗BDNF抗体 | Alomone | ANT-010 | BDNF定量用ウェスタンブロットアッセイ |
| 抗ERK抗体 | Cell | BDNF生物活性検出 | |
| 抗pCREB 抗体(S133) | 9102 | スタンブロットアッセイBDNF生物活性検出 | |
| 抗pERK抗体(T202、Y204) | シグナル伝達 | 9198 | BDNF生物活性検出 |
| 抗pTrkB抗体(Y515) | Abcam | ab109684 | BDNF生物活性検出のためのウェスタンブロットアッセイ |
| 抗生物質/抗真菌剤 | Gibco | 15240-062 | HEK293 メンテナンス |
| ATP | Sigma | A26209 | BDNFモノビオチン化緩衝液 |
| B-27 サプリメント | Gibco | 17504-044 | ニューロンメンテナンス |
| Bicine | Sigma | B3876 | BDNFモノビオチン化緩衝液 |
| BirA-GST | BPS Bioscience | 70031 | BDNF AviTag モノビオチン化 |
| ウシ胎児血清 | HyClone | 。SH30396.02 | HEK293 maintenance |
| Bovine Serum Albumin | Jackson ImmunoResearch | 001-000-162 | BDNF バッファー修飾成分、ウェスタンブロットおよび免疫蛍光用ブロッキングバッファー |
| D-ビオチン | Sigma | B4639 | BDNF モノビオチン化バッファー |
| DMEM High Glucose Medium | Gibco | 11965-092 | ニューロンシーディング |
| DMEM Medium | Gibco | 11995-081 | HEK293 メンテナンス |
| エコノカラムファンネル | BioRad | 7310003 | クロマトグラフィー装置コンポーネント |
| EDTA | Merck | 108418 | |
| EZ-ECL キット | バイオロジカルインダストリー | 1633664 | ウェスタンブロッティングによるタンパク質検出 |
| Glutamax | Gibco | 35050-061 | ニューロンとHEK293メンテナンス |
| グリセロール | メルク | 104094 | BDNF溶出バッファー、ウェスタンブロットアッセイ用溶解バッファー |
| Hettich Rotina 46R Centrifuge | Hettich | 製造中止 | 破片の媒体を除去するために使用される遠心分離機 |
| Hettich Universal 32R Centrifuge | Hettich | 製造中止 | タンパク質濃縮器遠心分離に使用される遠心分離機 |
| Horse Serum | Gibco | 16050-122 | ニューロン播種 |
| ImageQuant LAS 500 | GE Healthcare ライフサイエンス | 29005063 | ウェスタンブロット 画像取得 |
| イミダゾール | Sigma | I55513 | BDNF バッファー修飾成分 |
| KCl | Winkler | BM-1370 | PBS 成分 |
| KH2PO4 | Merck | 104873 | PBS 成分 |
| Laminin | Invitrogen | 23017-015 | コンパートメント化ニューロン用カバーコーティング |
| ルアーチューブ アダプター | BioRad | 7323245 | クロマトグラフィー装置コンポーネント |
| Luminata&�otrader;Forte Western HRP Substrate | Millipore | WBLUF0100 | ウェスタンブロッティングによるタンパク質検出 |
| Mg(CH3COO)2 | Merck | 105819 BDNF モノビオチン化バッファー | |
| Mowiol 4-88 | Calbiochem | 475904 | 免疫蛍光アッセイ用マウンティング試薬 |
| MyOne C1 Streptavidin Magnetic Beads | Invitrogen | 65001 | ビオチン化検証 |
| Na2HPO4 | Merck | 106586 | BDNF緩衝液修飾成分 |
| NaCl | Winkler | BM-1630 | PBS成分、BDNF緩衝液修飾成分 |
| NaH2PO4 | Merck | 106346 | BDNF緩衝液修飾成分 |
| 神経基礎培地 | Gibco | 21103-049 | ニューロンメンテナンス |
| Ni-NTA アガロース ビーズ | Qiagen | 30210 | BDNF AviTag 精製 |
| Nikon Ti2-E | コン | 蛍光イメージング用顕微鏡 | |
| ニトロセルロース 膜 | BioRad | 1620115 | ウェスタンブロッティング用タンパク質転写 |
| ORCA-Flash4.0 V3 デジタルCMOSカメラ | 浜松 | C13440-20CU | 落射蛍光イメージング用カメラ |
| P8340 プロテアーゼ阻害剤 カクテル | シグマ | P8340 | BDNFバッファー修飾成分 |
| パラホルムアルデヒド | メルク | 104005 | 免疫蛍光アッセイ用固定剤 |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Gibco | 15140-122 | ニューロンメンテナンス |
| ポリ-D-リジン | コーニング | DLW354210 | カバーコーティングコンパートメント化されたニューロン用 |
| Poli-L-Lysine | Millipore | P2363 | 非コンパートメント化されたニューロンのカバーコーティング |
| Poly-Prep クロマトグラフィー カラム | BioRad | 7311550 | クロマトグラフィー装置コンポーネント |
| ポリエチレンイミン 25K | Polysciences Inc. | PLY-0296 | HEK293 トランスフェクション |
| Quantum Dots 655 ストレプトアビジンコンジュゲート | Invitrogen Q10121MP | 生細胞および固定細胞実験用のモノビオチン化BDNF AviTagラベル | |
| サポニン | シグマ | S4521 | 免疫蛍光アッセイ用洗剤 |
| シルドガード184シリコーンエラストマーベース | ポワロ | 4019862 | マイクロ流体チャンバー調製 |
| TEMED | Sigma | T9281 | SDS-PAGE ゲル調製 |
| Tris | Winkler | BM-2000 | 溶解バッファー成分 |
| Triton X100 | Merck | 108603 | 免疫蛍光およびウェスタンブロットアッセイにおける細胞透過化 |
| トリプシン-EDTA 0.5% | Gibco | 15400-054 | HEK293 継代 |
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