ナノボディは構造生物学の重要なツールであり、治療法の開発に大きな可能性を秘めています。しかし、抑制性を有するナノボディの選択は困難であり得る。ここでは、電気原性膜輸送体を標的とする抑制性および非阻害性ナノボディの分類に対する固体支持膜(SSM)ベースの電気生理学の使用を実証する。
方法論記事
ナノボディは構造生物学の重要なツールであり、治療法の開発に大きな可能性を秘めています。しかし、抑制性を有するナノボディの選択は困難であり得る。ここでは、電気原性膜輸送体を標的とする抑制性および非阻害性ナノボディの分類に対する固体支持膜(SSM)ベースの電気生理学の使用を実証する。
単一ドメイン抗体(ナノボディ)は、タンパク質の機械学的研究や構造研究で広く使用されており、臨床療法を開発するためのツールとして大きな可能性を秘めており、その多くはトランスポーターなどの膜タンパク質の阻害に依存しています。しかし、輸送活動の阻害を決定するために使用される方法のほとんどは、ハイスループットルーチンで実行することは困難であり、それによって大規模なnanobodyライブラリのスクリーニングを複雑にする標識基質の可用性に依存する。固体支持膜(SSM)電気生理学は、電気原性輸送体の特性評価や輸送の動態と阻害の測定に使用されるハイスループット法です。ここでは、電気原発性二次輸送体を標的とする阻害性および非阻害性ナノボディを選択し、ナノボディ阻害定数を計算するSSMベースの電気生理学の実施を示す。この技術は、標識された基質が利用できないトランスポーターを標的とする抑制性ナノボディを選択するのに特に有用である可能性がある。
抗体は、2つの同一の重鎖と、抗原結合を担う2つの軽鎖から構成される。ラクダは、従来の抗体1,2と比較して、同結合抗原に対して類似した親和性を示す重鎖のみの抗体を有する。重鎖のみの抗体の単一可変ドメイン(VHH)は、完全な抗原結合電位を保持し、非常に安定であることが1、2であることが示されている。これらの単離されたVHH分子または「ナノボディ」は、立体構造を安定化するためのツールとして膜タンパク質生化学に関連する研究に実施されている3,4, 阻害剤として5,6, 安定化剤として7, 構造決定のためのガジェットとして8,9,10.ナノボディは、B細胞の標的特異的ナノボディおよびその後の単離をコードするB細胞の前濃縮のためのカメリッドの免疫化によって生成することができ、続いてnanobodyライブラリのクローニングとファージディスプレイ11、12、13による選択を行う。ナノボディを生成する別の方法は、ファージディスプレイ、リボソームディスプレイ、または酵母ディスプレイ14、15、16、17、18、19、20によるライブラリおよび選択の構築に依存するインビトロ選択方法に基づく。これらのin vitro法は、大きなライブラリサイズを必要としますが、動物の免疫を回避することから利益を得て、比較的低い安定性を有するタンパク質を標的とするナノボディの選択を好む。
ナノボディの小型化は、その高い安定性および溶解性、強い抗原親和性、低い免疫原性、および比較的容易な産生を、治療21、22、23の開発のための有力な候補となる。特に、複数の膜タンパク質の活性を阻害するナノボディは、臨床応用5、24、25、26の潜在的な資産である。膜輸送体の場合、ナネnobodyが阻害活性を有するかどうかを評価するためには、輸送された基質および/または共基質の検出を可能にするアッセイを開発する必要がある。このようなアッセイは、通常、標識された分子または基質特異的検出方法の設計を伴い、普遍的な適用を欠く可能性がある。さらに、阻害性ナノボディの同定には、一般に多数の結合剤のスクリーニングが必要である。したがって、ハイスループットモードで使用でき、ラベル付き基板に依存しない方法がこの選択に不可欠です。
SSMベースの電気生理学は、膜を越えて電荷の移動(例えば、イオン結合/輸送)27、28を検出することを可能にする非常に敏感で、非常に時間分解された技術である。この技術は、これらのタンパク質の相対的低回転率に起因する他の電気生理学的手法を用いて研究することが困難である電気原性トランスポーターの特徴付けに適用されてきた29、30、31、32、33、34、35。SSM電気生理学は標識された基質の使用を必要とせず、ハイスループットスクリーニングに適しており、また、目的のトランスポーターを含むプロテオリポソームまたは膜小胞のいずれかを使用することができる。ここでは、SSMベースの電気生理学が、トランスポーター標的ナノボディを阻害性および非阻害特性で分類できることを実証する。原理の証明として、我々はリポソームに細菌コリントランスポーターの再構成を記述し、続いてSSMセンサー上のプロテオリポソームの固定化のための詳細なステップを述べています。次に、コリン輸送のSSMベースの電気生理学的測定を行う方法と、半最大有効濃度を決定する方法について説明します(EC50)。次に、SSMベースの電気生理学を用いて、複数のナノボディをスクリーニングし、コリン輸送の阻害剤を同定する方法を示す。最後に、選択した阻害性ナノボディの半最大阻害濃度(IC50)を決定する方法を説明する。
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1. 膜タンパク質の再構成
2. チップの準備
3. 溶質輸送の測定:飽和状態の決定
注:原理証明として、これらの実験は、上記のプロトコルに従ってリポソームで再構成された細菌コリントランスポーターを使用して行った。ナノボディによる阻害の測定の前に基質コリンの飽和状態を決定するステップバイステップのプロセスがここに示されている。
4. 阻害性および非阻害性ナノボディの連続分類
注: このセクションは、細菌コリントランスポーターに特異的に結合するナノボディの存在下でコリン輸送を測定する方法を示しています。.ナノボディの存在下でのピーク電流が小さい場合は、輸送阻害を示す。非阻害性ナノボディは、基質輸送に影響を与えない、すなわち、ピーク電流信号の減少無し。
5. 阻害性ナノボディによるIC50 測定
注:阻害性ナノボディを同定した後、その半分の最大阻害濃度(IC50)を決定することができる。これは、一定の濃度でコリンの輸送を測定することによって行われます, 阻害nanobodyの濃度を変化させながら.
6. センサーのクリーニング
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SSMベースの電気生理学は、電気系トランスポーターの特性評価に広く使用されています。ここで紹介するプロトコルでは、SSMベースの電気生理学を用いて、阻害性および非阻害特性に基づいて、二次輸送体(ここでは細菌コリンシンポーター)を標的とするナノボディを分類する方法を示す。この手法の最も有用な機能の 1 つは、複数のバッファー条件のハイスループットスクリーニングが可能です。この特定の特性は、結合剤の選択後に数十から数十のナノボディを構成することができるnanobodyライブラリの分析に有益である。標準的な実験では、安定した脂質単層をセンサーチップ上に組み立てます。コリントランスポーターを含むプロテオリポソーム製剤を適用した後、実験の成功に不可欠であるとして良好な導電性および容量性のチェックが行われる。高ノイズのバックグラウンド電流により容易に観察される実験中に膜の完全性が損なわれた場合、低雑音状態の回復が難しいため、新しいチップへの変更が推奨されます。一般に、異なるチップを使用する場合、ナノボディによる輸送と阻害の測定の間で非常に良好な再現性を観察しました。
ナノボディのスクリーニング...
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ここで提示される技術は、電気原性輸送体を標的とする抑制性および非阻害性を有するナノボディを分類する。基質輸送の評価は、プロテオリポソームの膜に埋め込まれたトランスポーターを介した電荷の移動の検出に可能である。実験のセットアップ中の重要なステップのいくつかは、リポソームにおける活性タンパク質の再構成、SSMチップ上の安定した単層の調製、および結合されたナノnobody分子を除去するための洗浄プロトコルの適用後の初期状態の回復である。膜タンパク質が適切な脂質対タンパク質比で再構成されると、一般的なSSMプロトコルを天然基質を用いて確立することができる。プロテオリポソームを使用して測定した電流から差し引く必要があるノイズ電流を明らかにするために、タンパク質フリーリポソームを用いて制御実験を行うことが重要です。しかし、ノイズ電流が大きすぎる場合は、異なる脂質を使用してタンパク質の再構成を試みるか、これらの有害なシグナルを最小限に抑えるバッファ条件をスクリーニングすることをお勧めします。SSMアッセイの条件を正常に確立した後、ナノボディのスクリーニングを行うことができます。ナノボディのスクリーニングを速くするのに役立つ非常に有用なオプションは、単...
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著者らは、競合する財政的利益を宣言しない。
チューリッヒ大学医学微生物学研究所のセドリック・A・J・ハッターとマルクス・A・シーガー、バーゼル大学バイオゼントルムのゴンサロ・セブレロに対し、合成ナノボディ(シボディ)の生成に協力していただきありがとうございます。ナニオン・テクノロジーズのマリア・バルトメスとアンドレ・バッツォーネの技術支援に感謝します。この研究は、スイス国立科学財団(SNSF)(PP00P3_170607とナニオン研究助成イニシアチブからC.P.)によって支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1-オクタデカンチオール溶液 | Sigma Aldrich | O1858-25ML | |
| 1,2-ジフィタノイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン | Avanti Polar Lipids | 850356C-25mg | |
| Bio-Beads SM-2 吸着剤 (ポリスチレン吸着ビーズ) | BioRad | #152-3920 | |
| PD 10 脱塩カラム | GE Healthcare | GE17-0851-01 | |
| フィルター 200 nm 膜 | Whatman Nucleopore | WHA800282 | |
| 2-Propanol | Merck | 33539-1L-R | |
| n-Decane | Sigma Aldrich | 8034051000 | |
| n-dodecyl-ß-D-maltoside (DDM) | Avanti Polar Lipids | 850520P-25g | |
| 塩化ナトリウム | AppliChem | 131659.1211 | |
| (SSM setup) SURFE2R N1 | Nanion | ----- | |
| SURFE2R N1シングルセンサーチップ | Nanion | # 161001 | |
| Trizma Base | Sigma Aldrich | T1503 | |
| 大腸菌 極性脂質抽出物 | Avanti Polar Lipids | 100600C | |
| 卵PC L-&α;-ホスファチジルコリン | Avanti Polar Lipids | 840051C |
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