여기서 우리는 특정 표적 펩티드를 바이오티게팅하는 대장균 비오틴 단백질 리가제 BirA의 신규한 변이체를 선택하는 방법을 제시한다. 프로토콜은 표적 펩티드의 세균 디스플레이를 위한 플라스미드의 생성, BirA 라이브러리의 생성, BirA 변이체의 선택 및 특성화에 대해 설명한다.
방법 논문
여기서 우리는 특정 표적 펩티드를 바이오티게팅하는 대장균 비오틴 단백질 리가제 BirA의 신규한 변이체를 선택하는 방법을 제시한다. 프로토콜은 표적 펩티드의 세균 디스플레이를 위한 플라스미드의 생성, BirA 라이브러리의 생성, BirA 변이체의 선택 및 특성화에 대해 설명한다.
비오틴은 단백질의 분리 및 검출을 위한 강력한 태그를 제공하는 단백질의 매력적인 번역 후 변형입니다. 대장균 바이오틴 단백질 리가제 BirA에 의한 효소 생물학적 인화는 매우 특이적이며 그들의 모국 환경에서 표적 단백질의 생체 이식을 허용합니다. 그러나, 현재 BirA 매개 생물항화의 사용은 표적 단백질에 합성 수용기 펩티드(AP)의 존재를 요구한다. 따라서, 그 적용은 AP를 포함하도록 설계된 단백질로 제한된다. 본 프로토콜의 목적은 수정되지 않은 표적 단백질로부터 유래된 펩타이드의 세균 디스플레이를 사용하여 펩티드를 바이오티엔화하는 BirA 변이체를 선택하는 것입니다. 시스템은 세균 표면에 펩티드 디스플레이를 위한 스캐폴드와 함께 BirA 변이체의 공동 발현을 허용하는 단일 플라스미드를 기반으로 한다. 프로토콜은 디스플레이 스캐폴드 내로 표적 펩티드의 혼입, BirA 라이브러리의 생성, 활성 BirA 변이체의 선택 및 단리된 BirA 변이체의 초기 특성화에 대한 상세한 절차를 설명합니다. 이 방법은 복잡한 용액에서 기본 단백질을 바이오티엔화하는 비오틴 단백질 리가제의 추가 적인 진화에 사용될 수 있는 새로운 BirA 변이체의 분리를 위한 매우 효과적인 선택 시스템을 제공한다.
단백질의 생체 화는 친화성 격리 및 검출을위한 강력한 태그를 만듭니다. 효소 단백질 생물항화는 비오틴 단백질 리가제에 의해 촉매작용된 고도로 특이적인 번역 후 변형이다. 대장균 비오틴 단백질 리가제 BirA는 매우 특이적이고 공유성 바이오티니레이트는 특정 리신 잔기에서 자연적으로 발생하는 단백질의 제한된 수에불과합니다 1. BirA 촉매 생물항화의 장점은 현재 표적 단백질을 작은 합성 15-아미노산 비오틴 수용기 펩타이드(AP)와 융합하여 효과적으로 생체티니레이팅2를 허용하고, 고도로 특이적이고 비라3,4,5의공동 발현 또는 첨가에 의한 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생체내 생물학적 인 효율적. 생체 내 및 시험관 내 BirA 촉매 비오틴 단백질 결찰은 매력적인 라벨링 전략이지만, 그 적용은 AP 융합 단백질을 포함하는 샘플로 제한된다. 이 방법의 목적은 선택적으로 네이티브 변형되지 않은 단백질을 생물항화하는 비오틴 단백질 리가제의 새로운 돌연변이체의 개발이며, 이에 따라 효소 생물항화 전략이 사용될 수 있는 응용 분야의 수를 확장합니다.
단백질 기능은 원하는 기능을 가진 유전자 변이체의 반복적인 라운드를 통해 진화될 수 있고, 유전자 변이체의 선택, 증폭. 강력하고 효율적인 선택 전략은 비오틴과 스트렙타비딘 및 그 호몰로그(homologs6)사이의 강한 결합으로 인해 지시된 진화 및 비오틴 단백질 리가제 활성이 용이하게 선택되기 위해 매우 중요하다. 파지 디스플레이 기술은 생체 연화 펩티드7,8을표시하는 파지의 선택을 허용한다. 단신 파지의 증폭은 세균 성 숙주의 감염을 필요로하기 때문에, 그러나, streptavidin를 가진 파지 선택은 streptavidin에 비오틴의 높은 친화도 결합이 비 이변의 밑에 사실상 돌이킬 수 없다는 점에서 병목 현상을 만듭니다 조건. 생체 면역 파지의 가역적 결합을 보장하기 위해, 낮은 친화력을 가진 단조로운 아비딘을 사용하였고, 그 결과 ~ 10 배 농축7. 우리는 최근에 선호도 매트릭스로부터 용출의 필요성을 제거하고 이에 따라 이전 BirA 선택 시스템9에서병목 현상을 제거하는 새로운 BirA 변이체의 분리를 위한 세균 표시 방법을 개발하였다. 실제로, 우리의 세균 디스플레이 시스템은 단일 선택 단계9에서활성 클론의 >1,000,000 배 농축을 허용하므로 새로운 BirA 변종의 지시 된 진화를위한 효과적인 선택 시스템을 제공합니다.
우리의 세균 성 디스플레이 시스템은 두 가지 구성 요소로 구성, C 말단 6xHis 태그와 비계 단백질은 대상 펩티드의 표면 표시를 허용. 우리는 펩타이드의 효과적인 디스플레이가 N-및 C-테르미니10,11모두에서 관찰될 수 있기 때문에 스캐폴드 단백질강화된 원형 변막 단백질 X(eCPX)를 사용하였다. 표적 펩타이드 서열을 eCPX의 C-종점과 융합하면 활성 BirA 변이체를 발현하는 박테리아의 생체이식이 보장된다. 박테리아는 생체 연화 된 펩티드가 이제 표면에 표시됨에 따라 효과적인 스트렙타비딘 선택을 허용합니다(도 1a).
이 방법의 목적은 네이티브 단백질에 존재하는 펩티드 서열을 바이오티엔테인화하는 BirA의 새로운 변이체를 선택하는 것입니다. 시스템은 플라스미드 pBAD-BirA-eCPX-AP에 존재하는 유전자에 의해 인코딩되며, 이는 비라(araBAD)를 제어하는 아라비노스 유도 프로모터와 eCPX9를 제어하는 T7 프로모터를 함유한다(도1b). 본 프로토콜은 1) 표적 단백질에서 유래된 펩타이드를 eCPX의 C 말단에 혼입시키는 것에 대한 상세한 절차를 설명하고, 2) 오류가 발생하기 쉬운 PCR에 의한 BirA의 돌연변이 라이브러리생성, 3) 스트렙타비딘 결합 박테리아의 선택에 의해 자기 활성화 세포 선별 (MACS), 4) 박테리아 농축의 정량화 및 5) 분리 된 클론의 초기 특성.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
1. pBAD BirA-eCPX-AP에 펩타이드 코딩 시퀀스 삽입
참고: 네이티브 표적 단백질을 바이오티니레이팅하는 BirA 변이체를 선택하려면, 적어도 하나의 라이신(K) 잔기를 함유하는 단백질 1차 서열에서 15아미노산 펩티드 서열을 식별하는 것으로 시작한다.
2. 비라 도서관 의 생성
참고: 초기 BirA 돌연변이라이브러리(그림 1c,단계 1)는 오류가 발생하기 쉬운 PCR에 의해 생성됩니다. BirA 돌연변이 라이브러리를 생성하는 다른 방법도 작동할 가능성이 높습니다.
3. 생체 생리 펩티드를 발현하는 박테리아의 선택
참고: 프로토콜의 이 부분은 그림 1 c의2-5단계를 다룹니다. 선택 방법은 pBAD-BirA-eCPX-AP 및 pBAD-BirA-eCPX-AP(K10A)를 양수 및 음수 컨트롤로 설정하는 것이 좋습니다.
4. 농축정량화
참고: "입력" 및 "출력" 샘플에서 살아있는 박테리아의 정량화는 샘플의 직렬 희석 및 콜로니 형성 단위(CFUs)의 후속 계수에 의해 각 선택 라운드 후에 수행된다.
5. 선택한 비라 변형의 특성화
참고: 특성화는 첫 번째 BirA 라이브러리에서 BirA 변형을 선택한 후 수행할 수 있습니다. 그러나, BirA 변이체는 일반적으로 펩티드쪽으로 낮은 활성을 가지고 있다. 따라서 특성화 전에 추가적인 돌연변이 및 선택을 수행할 수도 있습니다. 일반적으로 최종 선택 라운드에서 10개의 복제본이 추가 특성화를 위해 격리됩니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
pBAD-BirA-eCPX-AP 발현 박테리아의 서쪽 얼룩은 eCPX의 분자량과 일치하는 ~22 kDa 스트렙타비딘 반응 밴드를 생성한다(도2a). BirA-6xHis와는 달리, 생체티닐화된 eCPX-AP는 유도되지 않은 배양물 및 유도된 배양물 모두에서 존재하였다(도2a)내인성 비라에 의한 AP의 유도되지 않은 배양 및 후속 생물항화에서도 T7 프로모터 활성의 작은 정도로 인해. 비라-eCPX-AP(K10A)에서 배양어를 발현하는 경우, 생체화된 eCPX 대역은 검출되지않았다(도 2a). eCPX-AP 발현 박테리아에서 강한 표면 생체형성은 스트렙타비딘 자기 비드를 첨가하고 튜브의 바닥에 펠릿을 형성하면 응집을일으킨다(그림 2...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
모든 선택 방법에 관해서는, 세척 단계의 엄격성이 가장 중요합니다. 박테리아는 선택된 클론의 증폭 전에 구슬에서 용출될 필요가 없기 때문에, 비오틴과 스트렙타비딘 사이의 높은 친화도 결합은 이전에 파지 디스플레이 시스템과 마찬가지로 낮은 친화도 아비딘을 사용하는 대신 사용될 수 있습니다. BirA 변종7,8의선택 . 이것은 희귀 한 클론이 선택되고 비 생체 박테리아가 폐기되도록합니다. 파지 디스플레이와 비교하여 세균 디스플레이를 사용하는 또 다른 장점은 세균 디스플레이가 정량적11이며, 따라서 효소 활성에 기초하여 박테리아의 선택을 허용한다는 것입니다.
프로토콜에서, 우리는 표면에 비오틴의 존재 또는 부재에 기초하여 이진 선택 시스템을 만드는 박테리아를 선택하는 MACS를 사용했다. 그러나, 정량형 형광 활성화 세포 선별을 사용하여,...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
저자는 공개 할 것이 없다.
저자는 전문 기술자 지원에 대한 모하메드 압둘라흐리 아메드 감사. 이 작품은 룬드벡 재단, 노보 노디스크 재단, 덴마크 신장 협회, 아세 og Ejnar 다니엘센 재단, 의학 발전을위한 A.P. Møller 재단, 그리고 크누드와 에디스 에릭센의 보조금에 의해 지원되었다 기념 재단.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 10% 프리캐스트 폴리아크릴아미드 겔 | Bio-Rad | 4561033 | |
| Ampicilin | Sigma-Aldrich | A1593 | |
| Arabinose | Sigma-Aldrich | A3256 | |
| Biotin | Sigma-Aldrich | B4501 | |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| DPBS (10x), 칼슘 없음, 마그네슘 없음 | ThermoFischer Scientific | 14200083 | |
| DpnI 제한 효소 | New England BioLabs | R0176 | |
| Dynabeads MyOne Streptavidin C1 | ThermoFischer Scientific | 65001 | |
| GenElute Plasmid Miniprep Kit | Sigma-Aldrich | PLN350 | |
| GeneMorph II, EZClone 도메인 돌연변이 유발 키트 | , Agilent Technologies | 200552 | |
| Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | |
| 글리세롤 | Sigma-Aldrich | G5516 | |
| Immobilon-P, PVDF 멤브레인 | Millipore | IPVH15150 | |
| IPTG | Sigma-Aldrich | I6758 | |
| LS 컬럼 | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| NEB 5-알파 유능한 E. coli | New England BioLabs | C2987 | |
| NuPAGE LDS 샘플 버퍼 (4x) | ThermoFischer Scientific | NP0007 | |
| NuPAGE 샘플 환원제 (10x) | ThermoFischer Scientific | NP0009 | |
| pBAD-BirA-eCPX-AP | Addgene | 121907 | 템플릿 및 양성 대조군 |
| pBAD-BirA-eCPX-AP(K10A) | 를 | 121908 | 대조군 |
| Q5 High-Fidelity DNA Polymerase | New England BioLabs | M0491 | pBAD-BirA-eCPX-AP에 펩타이드 서열을 삽입하기 위해 모든 고충실도 중합효소는 |
| QuadroMACS Separator | Miltenyi Biotec | 130-090-976 | |
| 탈지유를 수행합니다. 파우더 | Sigma-Aldrich | 70166 | |
| Streptavidin-HRP | Agilent Technologies | P0397 | |
| T7 Express lysY/Iq 유능한 E. coli | New England BioLabs | C3013 | |
| 트립톤 | Millipore | T9410 | |
| Tween-20 | Sigma-Aldrich | P9416 | |
| Western Lightning Plus-ECL | PerkinElmer | NEL103001EA | |
| 효모 추출물 | 시그마 - 알드리치 | Y1625 |
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청
허가 요청