Method Article

유도 발현 시스템을 적용하면 세포 내 신호와 세균 독성 요인의 간섭을 연구하기 위해

DOI:

10.3791/52903

⸱

June 25th, 2015

 ,  ,  , 
1Department Biologie, Friedrich-Alexander-Universität, 2Institut für Molekulare Pathogenese, Friedrich-Loeffler-Institut, 3Mikrobiologisches Institut - Klinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene, Universitätsklinikum Erlangen

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기에 설명된 방법은 anti-apoptotic bacterial effector 단백질의 활성을 해부하기 위해 정의된 단계에서 apoptotic signaling cascade를 유도하는 데 사용됩니다. 이 방법은 또한 pro-apoptotic 또는 독성 단백질의 유도성 발현 또는 다른 신호 경로와의 간섭을 해부하는 데 사용할 수 있습니다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기에 제시된 기술은 신호 전달 경로의 구성 요소와 상호 작용하는 하나의 표적 단백질, 또는 대안 적 소분자 단계를 분석 할 수있다. 방법을 기반으로 한 손으로, 특정 단백질의 발현 유도에 선택된 시그널링 캐스케이드에서 정의 된 소정의 단계에서의 시그널링 이벤트를 개시한다. 발현 된 목적 단백질의 활성이 얻어지는 신호 전달 경로의 판독에 따라, 상류 측에 위치 또는 개시 시그널링 이벤트의 하류 경우 병용 식 반면에, 관심의 유전자의 후 조사자 평가할 수있다. 여기, 세포 사멸 폭포는 프로토콜의 기능을 보여주기 위해 정의 된 신호 전달 경로로 선정되었다. 이러한 Coxiella burnetii 등의 병원균, 박테리아 세포에서의 생존을 보장하기 위해 숙주 세포에서 숙주 세포 사멸 유도 방해 효과기 단백질을 이동시키다 촉진 그들의유기체의 보급. C. burnetii 효과기 단백질 CaeB 효과적으로 UV 광 또는 스타 우로 스포린과 함께 아폽토시스의 유도 후 숙주 세포 사멸을 억제한다. 단계 CaeB는 세포 사멸 신호의 전파를 방해하는 좁히려, 잘 특성화 프로 - 세포 사멸 활성을 선택 단백질은 독시사이클린 유도 방식으로 일시적으로 발현되었다. CaeB이 단백질의 상류 역할을하는 경우, 세포 사멸은 방해받지 않고 진행됩니다. CaeB 하류 작용하면, 세포 사멸을 억제한다. 선택된 테스트 단백질 주요 집행자 프로테아제 인 미토콘드리아의 레벨, 및 카스파 제 3, Bax의 작용에이었다. CaeB는 Bax의 발현에 의해 유도되는 세포 사멸을 방해,하지만 카스파 제 3 식으로. CaeB, 따라서,이 두 단백질 사이의 사멸 캐스케이드와 상호 작용한다.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

많은 그람 음성 박테리아 병원균의 독성은 진핵 숙주 세포를 납치 전문 분비 시스템에 따라 달라집니다. 박테리아 세포 생화학 다양한 활동을 조절하는 숙주 세포에 박테리아 병원성 단백질 (이펙터) 주입이 분비 시스템을 사용한다. 효과기 단백질의 연구는 호스트 / 병원균 상호 작용의 기본적인 양상에 또한 진핵 세포 (1)의 기초 생물학에 현저한 통찰력을 제공하고뿐만 아니라. 숙주 세포 사멸의 조절은 많은 세포 내 병원체에 대한 중요한 독성기구 것으로 도시되었으며, 세포 사멸을 조절 효과기 단백질의 수는 2-9 확인되었다. 그러나, 이들 활동의 정확한 분자 메커니즘은 많은 경우에 남아 도비.

아폽토시스 프로그램 된 세포 사멸의 형태는 감염 10의 면역 반응에서 중요한 역할을한다. 세포 사멸에 이르는 두 가지 주요 경로는이확인되었다 : 원형질막 (외인성 사멸)에서 세포 사멸 수용체를 통하여 미토콘드리아 (극한 아폽토시스) 또는 신호 전달의 직접적인 타겟팅. 고유 또는 미토콘드리아 매개 세포 사멸 경로는 세포 내 신호에 의해 트리거 백스와 박,하는 Bcl-2 가족의 두 프로 - 세포 사멸 회원의 활성화를 포함한다. 이 패밀리는 세포 사멸을 조절 11-14 프로 및 안티 사멸 조절 단백질로 구성된다. 백스와 박가 세포질에 시토크롬 C 릴리스의 결과로, 미토콘드리아 외막의 후속 투과성으로 다음의 세포 사멸의 활성화는 올리고머로 연결됩니다. 시토크롬 C의 릴리스는 apoptosome을 15 카스파 제 9의 활성화를 통해 이펙터 카스파 3과 7의 활성화를 시작합니다. 이것은 다른 사람의 사이에서, 세포 표면 (16)에 포스파티딜 세린의 노출 결과, 선택된 기판의 단백질 분해로 연결하고 채널을 프래그먼트 전용 DNase의를 해제romatin (17, 18).

개별 이펙터 단백질 방해 사멸 캐스케이드 내에 유도 발현 시스템 (19)을 사용 위치를 판별하기 위해. 유전자의 조건식을위한 규제 시스템은 세포 내에서 단백질의 기능이나 조직, 기관 및 유기체 개발의 중요성뿐만 아니라, 개시, 진행 및 질병 20-23의 유지 보수시를 분석에 매우 중요한 도구왔다. 전형적으로, 이러한 시스템 테트 금회 24 유도 성 제어 시스템은 인공 전사 부 (도 1 참조)를 형성한다. 하나의 컴포넌트는 전사 활성화 또는 24, 26 사일런을 매개 포유류 단백질 도메인 박테리아 전사 리프레 TetR 25의 융합에 의해 형성 TTA (테트라 사이클린 - 의존성 전사 활성제)라고 인위적 조작 된 전사 인자이다. 2 성분은 하이브리드프로모터, 적어도 TATA 박스 및 전사 개시 부위를 포함하는, 진핵 최소 프로모터로 이루어진, TRE (테트라 사이클린 - 반응 요소)라고 TetR, TETO 24,25 대한 동족 DNA 결합 부위의 다중 반복에 접합. 제 3 성분은 TetR, 테트라 사이클린 또는 독시사이클린 또는 anhydrotetracycline 25 그의 유도체, 하나의 천연 리간드이다. 문화 매체에 리간드 또한시, TetR는 TETO에 대한 친 화성을 ​​잃고 트레에서 해리. 결과적으로, 표적 유전자의 전사가 폐지된다. 형질 전환 유전자 발현, 즉, 단단히 모두 세포 배양 시간 및 용량 - 의존적으로 동물 20,23,24 제어 될 수있다. TTA으로, 도입 유전자의 발현은 항생 물질의 존재를 제외하고는 구조적으로 발생한다. 테트라 사이클린 제 트랜스 expressio 전에, 시스템으로부터 제거되어야하기 때문에 이는 세포 독성 또는 발암 단백질의 연구에서 불리 할 수​​있다N이 발생하고 세포에 표적 단백질의 효과를 모니터링 할 수있다. 이것은 많은 시간이 소요될 수 특히 형질 전환 동물 (27)에, 항상 완전하지 않습니다 수 있습니다. 이러한 한계를 해결하기 위해, 독시사이클린의 존재에 응답하여 역으로 TetR 변이주 새로운 전사 인자를 생성하는 데 사용 된, rtTA 28 (TTA 역방향). 그것은 단지 TRE에 결합하고, 부수적으로, 독시사이클린의 존재 하에서 전사를 활성화시킨다. 시스템, 즉 잔류 leakiness., TRE - 결합 전사 인자의 부재하에 트랜스 유전자 발현, 게놈 통합 사이트 위치 효과로부터의 (ⅰ)을 발생, (ⅱ) TRE 자체 (29), 또는 (ⅲ) 비부터 특이 TTA / rtTA 28의 결합, 추가 전사 사일런서를 도입하여 해결하고, 시스템 (테트라 사이클린 - 의존성 전사 소음기) (30)를 TTS 불린다. 그것은 rtTA (도 1 참조)과 함께 이중 조절기 네트워크를 형성한다.독시 싸이클린이없는 경우, TTS는 트레에 결합 적극적으로 남아있는 전사를 종료합니다. 독시사이클린의 존재 하에서 TTS는 TRE로부터 해리 rtTA 동시에 표적 유전자의 발현을 유도 결합한다. 엄격이 추가 레이어는 활성이 높은 세포 독성 단백질 31-34을 표현하는 것이 필요하다.

이 엄격하게 제어 듀얼 레귤레이터 시스템을 사용하여 세포 사멸 캐스케이드 주어진 이펙터 단백질이 아폽토시스 유도를 방해 할 수 있는지 여부를 분석 할 수 있도록 정의 단계에서 시작될 수있다. 이 방법은 세균 효과기 단백질의 세포 자멸 억제 활성을 연구하기 위해 사용될뿐만 아니라, 프로 - 세포 사멸 또는 독성 단백질의 발현을위한 유도 성 또는 다른 신호 전달 경로와 간섭을 해부 용 수 없다.

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Protocol

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관심의 단백질을 발현 안정적인 세포주 1 세대

  1. 열 - 불 활성화 FCS 및 1 % 페니실린 / 스트렙토 마이신을 첨가하여 용지를 준비 시판 Dulbecco's은 루타-I, 피루브산 4.5 g / L D- 글루코스로 보충 된 이글 중간 (DMEM)를 수정한다.
  2. 5 % CO 2에서 37 ° C에서 미디어 HEK293 세포를 배양. 모든 사흘 세포를 하위 육성. 용지를 제거하고 15 ml의 신선한 매체 세포를 재현 탁. 새로운 75cm 2 세포 배양 플라스크에 넣고 피펫 1ml를 14 ml의 미디어를 추가 할 수 있습니다.
  3. 혈구를 이용하여 세포 수를 분석한다.
  4. 웰 당 2 × 105 세포의 밀도로 6 웰 플레이트에 시드 HEK293 세포는 24 시간 동안 배양한다.
  5. 형질 감염을 위해 형질 전환 시약의 제조업체에서 제공하는 프로토콜을 사용한다. 형질 전환 시약을 사용하여있는 pEGFP-C2 나있는 pEGFP-C2-CaeB와 세포를 형질. 사용 형질 reag을 따뜻하게 이전ENT과 RT에 필요한 매체. DNA로 형질 전환 시약 : 1 비율 3을 사용합니다.
    1. 구체적으로는, 피펫 직접 무 혈청 DMEM 배지 50 ㎕를 형질 감염 시약으로 1.5 μL. 복합체 형성의 경우, 트랜 스펙 션 시약 혼합물을 함유하는 DNA 인코딩 GFP 또는 GFP-CaeB 0.5 μg의 피펫 및 RT에서 15 분 동안 배양한다.
    2. 적가 방식으로 반응 혼합물을 첨가하여 세포를 형질 감염 24 시간 동안 5 % CO 2에서 37 ° C에서 배양한다.
  6. 1 ㎎을 추가 / 5 % CO 2에서 37 ° C에서 GFP 양성 클론의 선택을 위해 네티 ㎖로.
  7. 1 비율 : 6 일 후, 1 중간 HEK293 상층 액을 품고 96 웰 플레이트에 정렬 유동 세포 계측법에 의해 단일 ​​세포를 분리. 4,966 × g으로 15 분간 원심 분리 하였다 배양 합류 HEK293 세포로부터 HEK293 상등액을 생성한다.
  8. 다음 날, 배지를 포함하는 1.5와 배지를 대체0; ㎎ / ㎖ 네티. 일주일에 한 번 미디어를 변경합니다. 세포가 컨 플루 언트 단일 층을 형성하는 경우, 24 웰 플레이트로 옮긴다. 1.5 mg의 / ml의 제 네티 함유 배지에서 5 : 1의 비율로 일주일에 두 번 세포를 서브 배양. 마지막으로, 면역 블롯 분석에 의해 GFP 양성 세포의 비율을 분석하고 유동 세포 계측법.

면역 블롯 분석에 의한 안정적인 세포주 2. 분석

  1. 상층 액을 제거하고 따뜻한 PBS로 한 번 부착 된 세포를 씻으십시오. -20 ° C에서 5 ° C에서 95 분, 상점 배 램 믈리 시료 완충액, 열 100 ㎕에 세포를 재현 탁.
  2. 12 % SDS-PAGE 겔에 샘플 당 약 4 × 10 4 세포를로드합니다. 또한, 분자량 마커로서 상업적 단백질 사다리 하중 6 μL. 1X 실행 램리 버퍼 45-60 분 동안 180 V의 정전압 하에서 겔 전기 시스템에서 젤을 실행.
  3. PVDF 막 위에시킨다 단백질 (0의 기공 크기.트랜스 - 블롯의 SD 세미 드라이 전송 셀을 사용하여 60 분 동안 16 V의 정전압에서 45 μm의).
  4. PBS 중 5 % 탈지 분유 10 ㎖ / 0.05 % 트윈 20 (MPT) RT에서 1 시간 동안 블럭 막.
  5. MPT 4 ㎖에 방지 GFP 항체의 4 μl를 희석하고 4 ℃에서 막 O / N을 품어.
  6. 10 ml의 PBS / 0.05 % 트윈 (Tween) 20 세에서 10 분 세척 단계를 수행한다.
  7. MPT 4 ㎖의 양 고추 냉이 퍼 옥시 다제 접합 이차 항체 0.8 μL와 함께 막을 인큐베이션.
  8. RT에서 1 시간 동안 배양 한 후, PBS로 세포막을 세 번 세척 / 0.05 % 트윈 20 (2.6에 기술 된 바와 같이) 및 제조자의 프로토콜에 따라 상업적 키트와 양 고추 냉이 퍼 옥시 다제 활성을 검출한다. 단백질 밴드를 시각화하기 위해 필름 개발을위한 표준 장비를 적용합니다.

3. 흐름 사이토를 사용하여 세포를 분석 할 수 있습니다.

  1. PBS로 세포를 재현 탁. 순방향 SC를 조정할 음성 대조군으로서 HEK293 세포를 사용atter (FSC) 및 측면 스 캐터 (SSC) 세포 규모되도록. 세포는 이중, 단위 및 세포 파편을 제외하여 살아있는 세포에 게이트를 그립니다.
  2. 흠없는 세포가 훨씬 FL1 채널 (488 nm의 아르곤 레이저)에 대한 히스토그램의 왼쪽에 있도록 광전자 증 배관 (PMT)의 이득을 조정합니다.
  3. HEK293-GFP 및 HEK293-GFP-CaeB 세포의 형광 강도를 분석하는 FL1 채널의 히스토그램을 열고 게이트 모집단 만 이벤트를 취득.
  4. 상업적 FACS 분석 소프트웨어를 사용하여 데이터를 분석한다.

유도 성 발현 벡터 시스템과 안정적인 세포주 4. 형질

  1. 종자 HEK293 세포를 안정적 / 웰의 1 × 105 세포의 밀도로 12 웰 플레이트에서 GFP 또는 GFP-CaeB 표현.
  2. 19 시간 후 - 시드, 레귤레이터 플라스미드 및 응답 플라스미드 중 인코딩 Bax의 또는 활성화 된 카스파 제 3 세포를 공동 - 형질.
    1. 안정된 HEK293 세포를 공동 트랜pWHE125-P 레귤레이터 플라스미드 100 NG (그림 2)와 응답 플라스미드 pWHE655-hBax 또는 pWHE655-revCasp3 (그림 3)과 폴리에틸렌 이민 0.4 μL의 100 NG와.
    2. 옵티-MEM 배지의 75 μL의 DNA와 폴리에틸렌 이민 형질 전환 시약을 각각 준비하고 실온에서 정확히 5 분 동안 품어. 복합체 형성의 경우, RT에서 15 분 동안 혼합물 모두를 함께 배양한다.
  3. 폴리에틸렌 이민 / DNA 용액 드롭 현명한 세포를 추가하고 5 % CO 2에서 37 ° C에서 품어.

세포 사멸 5. 유도

  1. 트랜 스펙 션 후 5 시간은 배지 1 μg의 / ㎖의 독시사이클린을 첨가하여 프로 - 세포 사멸 단백질의 발현을 유도한다. 5 % CO 2에서 37 ° C에서 18 시간 동안 세포를 인큐베이션.

면역 블롯 분석에 의한 숙주 세포 사멸 6. 분석

  1. 시간 전에 세포 검사광학 현미경 arvesting하는 세포 사멸 유도를 확인합니다. 사멸 세포가 죽어가는 세포를 둘러싸는 세포 자멸 소체의 존재시켜 검출한다.
  2. 상층 액을 제거하고 따뜻한 PBS로 한 번 부착 된 세포를 씻으십시오. -20 ° C에서 5 ° C에서 95 분, 상점 배 램 믈리 시료 완충액, 열 100 ㎕에 세포를 재현 탁.
  3. 12 % SDS-PAGE 겔에 샘플 당 약 4 × 10 4 세포를로드합니다. 또한, 분자량 마커로서 상업적 단백질 사다리 하중 6 μL. 1X 실행 램리 버퍼 45-60 분 동안 180 V의 정전압 하에서 겔 전기 시스템에서 젤을 실행.
  4. 트랜스 - 블롯 SD 세미 드라이 전송 셀을 사용하여 60 분 동안 16 V의 전압을 일정 PVDF 멤브레인 상에 도말 단백질 (0.45 ㎛, 기공 크기).
  5. PBS 중 5 % 탈지 분유 10 ㎖ / 0.05 % 트윈 20 (MPT) RT에서 1 시간 동안 블럭 막.
  6. 4 μ를 희석MPT 4 용액에 안티 - 절단 폴리 ADP 리보오스 중합 효소 (PARP) 항체의 L과 4 ° C에서 O / N을 품어.
  7. 10 ml의 PBS / 0.05 % 트윈 (Tween) 20 세에서 10 분 세척 단계를 수행한다.
  8. 4 ML의 MPT에 희석 0.8 μL 고추 냉이 퍼 옥시 데이즈 - 복합 이차 항체와 세포막을 품어.
  9. RT에서 1 시간 동안 배양 한 후, PBS로 세포막을 세 번 세척 / 0.05 % 트윈 20 (6.7에 기술 된 바와 같이) 및 제조자의 프로토콜에 따라 상업적 키트와 양 고추 냉이 퍼 옥시 다제 활성을 검출한다. 단백질 밴드를 시각화하기 위해 필름 개발을위한 표준 장비를 적용합니다.
  10. 7 ml의 서쪽 오점 스트립 버퍼로 실온에서 30 분 배양에 구속 항체를 제거합니다.
  11. PBS로 세 세척 / 0.05 % (6.7에서 설명) 트윈 (20) 후, 4 ℃에서 MPT O / N의 4 용액에 안티 굴지 항체의 4 μL와 세포막을 조사.
  12. (6.7에서 설명) MPT 세 세척 단계 후, 호 0.8 μL와 세포막을 품어rseradish 퍼 옥시다아제 접합 이차 항체는 MPT 4 ㎖에 희석 하였다.
  13. RT에서 1 시간 동안 배양 한 후, 0.05 % / PBS로 막은 6.7에 기재된 트윈 20 (세 번 세척하고 제조자의 프로토콜에 따라 상업적 키트와 양 고추 냉이 퍼 옥시 다제 활성을 검출한다. 단백질 밴드를 시각화 막 개발 표준 장비를 적용한다.
    참고 : 모든 배양 단계가 지정된 시간과 온도에 대한 플레이트 진탕 기에서 수행되었다.

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Results

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먼저, GFP 융합 단백질로서 안정적으로 관심 (CaeB)의 단백질을 발현하는 HEK293 세포주를 확립 하였다. 대조군으로서, 안정적 GFP를 발현 HEK293 세포주는 또한 생성 하였다. 및 GFP-CaeB GFP의 발현은 면역 블롯 분석에 의해 확인되었다. 대표적인 면역 (그림 4A)는 GFP와 GFP - CaeB의 안정적이고 명확하게 검출 식을 보여줍니다. 모든 세포가 GFP 또는 GFP - CaeB을 표현 여부 그러나이 분석은 확인할 수 없습니다. 따라서, 안정하게 형질 감염된 HEK293 세포주는 유동 세포 계측법으로 분석 하였다. 도 4b에 도시 된 바와 같이, 양쪽 세포주에서 세포의 90 % 이상은 GFP를 발현. 따라서, 이들 안정적인 세포주는 또한 CaeB의 기능을 분석하는데 사용될 수있다. 다음 단계에서, CaeB의 세포 자멸 억제 활성은 PARP 절단에 대한 항체를 사용하여 면역 블롯 분석으로 측정 하였다. 핵 PARP의 단백질 분해 절단은 DN...

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Discussion

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많은 병원성 박테리아는 분비 또는 숙주 세포에 박테리아 효과기 단백질을 분비하기 위해 이동시키다 시스템 항구. 이러한 이펙터 단백질은 박테리아가 생존하고 각 세포의 틈새 내에 복제 할 수 있도록 숙주 세포에서 처리하고 경로를 조절하는 능력을 갖는다. 생화학 활동 및 효과기 단백질의 분자 메커니즘을 이해하면 병원성의 더 나은 이해를 향해 도움 질병을 퇴치하기위한 새로운 치료 도구 개발하는 데 도움이 될 수있다. 더욱이, 효과기 단백질 자주 숙주 세포 활동을 모방하여 그 기능을 발휘하는 것처럼, 이들은 또한 하나의 진핵 세포 생물학에 대한 자세한 내용을 사용할 수있다. 효과기 단백질 중 1) 기능의 중복, 효과기 단백질의 결합, 2) 시간 조절 및 3) effec : 그러나, 단일 이펙터 단백질의 생화학 적 활성을 연구하는 것은 여러 가지 이유로 복잡 할 입증그 기능을 방해, 다른 이펙터 단백질과 문맥에서 작업 토르 단백질. 따라서, 이펙터 단백질의 활성은 일반적으로 과발현 연구가 검토되고있다. 불행하게도, 이...

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 공개할 것이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 연구는 Deutsche Forschungsgemeinschaft(DFG)의 지원을 받았으며, A.L. 및 C.B.에 대한 Collaborative Research Initiative 796(SFB796)을 통해, 그리고 A.L.에 대한 ERA-NET PathoGenoMics 3차 호출을 통해 지원되었습니다.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
DMEM생명 과학 기술31966-021
FCSBiochromS0115
펜/연쇄상 구균생명 과학 기술15140-122
OptiMEM생명 공학51985
X-tremeGENE 9Roche6365752001
GeneticinRothCP11.3
PolyethyleniminePolyscienes23966
DoxycyclineSigma AldrichD9891
Mini-PROTEAN Tetra CellBio-Rad165-8000EDU
Trans-Blot SD Semi-Dry Transfer CellBio-Rad170-3940
PageRuler Prestained Protein LadderThermo Scientific26616
PVDF 멤브레인Millipore는
있습니다 life technologiesA6455
anti-cleaved PARPBD Bioscience611038
anti-actinSigma AldrichA2066
Mouse IgG (H+L)-HRPODianova111-035-062
Rabbit IgG (H+L)-HRPODianova111-035-045
ECL Western Blotting SubstrateThermo Scientific32106
Restore Plus 웨스턴 블롯 스트리핑 버퍼Thermo Scientific46428
GFP에 반대하는 IPVH00010

References

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