Name: 대장균의 이종 식에 의한 멤브레인 수송기의 특성화 및 멤브레인 소포 생산 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-12-31T12:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 16 s
Description: 배우세요 대장균을 이용한 멤브레인 수송기 특성화 방법입니다. 프렌치 프레스와 초고속 원심분리를 활용한 막 소포 제비법으로 기질 친화성 정량 및 경쟁 실험이 가능합니다.

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이 프로젝트에 대한 지원은 BGSU 대학원, 후원 프로그램 및 연구의 BGSU 사무실에서 왔다.

<ol><li>Haferkamp, I., Linka, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+expression+and+characterisation+of+membrane+transport+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Biology+%28Stuttgart%29%22%5BJournal%5D)">Functional expression and characterisation of membrane transport proteins.</a> Plant Biology (Stuttgart). 14 (5), 675-690 (2012).</li>
<li>Sauer, N., Caspari, T., Klebl, F., Tanner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+expression+of+the+Chlorella+hexose+transporter+in+Schizosaccharomyces+pombe%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Functional expression of the Chlorella hexose transporter in Schizosaccharomyces pombe.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 (20), 7949-7952 (1990).</li>
<li>Sauer, N., Stolz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SUC1+and+SUC2%3A+two+sucrose+transporters+from+Arabidopsis+thaliana%3B+expression+and+characterization+in+baker%27s+yeast+and+identification+of+the+histidine-tagged+protein%5BTitle%5D)+AND+%22The+Plant+Journal%22%5BJournal%5D)">SUC1 and SUC2: two sucrose transporters from Arabidopsis thaliana; expression and characterization in baker's yeast and identification of the histidine-tagged protein.</a> The Plant Journal. 6 (1), 67-77 (1994).</li>
<li>Weber, H., Borisjuk, L., Heim, U., Sauer, N., Wobus, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+role+for+sugar+transporters+during+seed+development%3A+molecular+characterization+of+a+hexose+and+a+sucrose+carrier+in+fava+bean+seeds%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell%22%5BJournal%5D)">A role for sugar transporters during seed development: molecular characterization of a hexose and a sucrose carrier in fava bean seeds.</a> Plant Cell. 9 (6), 895-908 (1997).</li>
<li>Huang, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GhDREB1+enhances+abiotic+stress+tolerance%2C+delays+GA-mediated+development+and+represses+cytokinin+signalling+in+transgenic+Arabidopsis%5BTitle%5D)+AND+%22Plant%2C+Cell+%26+Environment%22%5BJournal%5D)">GhDREB1 enhances abiotic stress tolerance, delays GA-mediated development and represses cytokinin signalling in transgenic Arabidopsis.</a> Plant, Cell & Environment. 32 (8), 1132-1145 (2009).</li>
<li>Bassham, D. C., Raikhel, N. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant+cells+are+not+just+green+yeast%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiology%22%5BJournal%5D)">Plant cells are not just green yeast.</a> Plant Physiology. 122 (4), 999-1001 (2000).</li>
<li>Garcia-Mata, R., Bebok, Z., Sorscher, E. J., Sztul, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+and+dynamics+of+aggresome+formation+by+a+cytosolic+GFP-chimera%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">Characterization and dynamics of aggresome formation by a cytosolic GFP-chimera.</a> Journal of Cell Biology. 146 (6), 1239-1254 (1999).</li>
<li>Liu, J., Sitaram, A., Burd, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+copper-dependent+endocytosis+and+vacuolar+degradation+of+the+yeast+copper+transporter%2C+Ctr1p%2C+by+the+Rsp5+ubiquitin+ligase%5BTitle%5D)+AND+%22Traffic%22%5BJournal%5D)">Regulation of copper-dependent endocytosis and vacuolar degradation of the yeast copper transporter, Ctr1p, by the Rsp5 ubiquitin ligase.</a> Traffic. 8 (10), 1375-1384 (2007).</li>
<li>Drew, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GFP-based+optimization+scheme+for+the+overexpression+and+purification+of+eukaryotic+membrane+proteins+in+Saccharomyces+cerevisiae%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">GFP-based optimization scheme for the overexpression and purification of eukaryotic membrane proteins in Saccharomyces cerevisiae.</a> Nature Protocols. 3 (5), 784-798 (2008).</li>
<li>Schachtman, D. P., Schroeder, J. I., Lucas, W. J., Anderson, J. A., Gaber, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Expression+of+an+inward-rectifying+potassium+channel+by+the+Arabidopsis+KAT1+cDNA%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Expression of an inward-rectifying potassium channel by the Arabidopsis KAT1 cDNA.</a> Science. 258 (5088), 1654-1658 (1992).</li>
<li>Boorer, K. J., Forde, B. G., Leigh, R. A., Miller, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+expression+of+a+plant+plasma+membrane+transporter+in+Xenopus+oocytes%5BTitle%5D)+AND+%22FEBS+Letters%22%5BJournal%5D)">Functional expression of a plant plasma membrane transporter in Xenopus oocytes.</a> FEBS Letters. 302 (2), 166-168 (1992).</li>
<li>Miller, A. J., Zhou, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Xenopus+oocytes+as+an+expression+system+for+plant+transporters%5BTitle%5D)+AND+%22Biochimica+et+Biophysica+Acta%22%5BJournal%5D)">Xenopus oocytes as an expression system for plant transporters.</a> Biochimica et Biophysica Acta. 1465 (1-2), 343-358 (2000).</li>
<li>Reinders, A., Sivitz, A. B., Starker, C. G., Gantt, J. S., Ward, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+analysis+of+LjSUT4%2C+a+vacuolar+sucrose+transporter+from+Lotus+japonicus%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Functional analysis of LjSUT4, a vacuolar sucrose transporter from Lotus japonicus.</a> Plant Molecular Biology. 68 (3), 289-299 (2008).</li>
<li>Kovermann, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Arabidopsis+vacuolar+malate+channel+is+a+member+of+the+ALMT+family%5BTitle%5D)+AND+%22The+Plant+Journal%22%5BJournal%5D)">The Arabidopsis vacuolar malate channel is a member of the ALMT family.</a> The Plant Journal. 52 (6), 1169-1180 (2007).</li>
<li>Blattner, F. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+complete+genome+sequence+of+Escherichia+coli+K-12%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The complete genome sequence of Escherichia coli K-12.</a> Science. 277 (5331), 1453-1462 (1997).</li>
<li>Terpe, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overview+of+bacterial+expression+systems+for+heterologous+protein+production%3A+from+molecular+and+biochemical+fundamentals+to+commercial+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Microbiology+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Overview of bacterial expression systems for heterologous protein production: from molecular and biochemical fundamentals to commercial systems.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 72 (2), 211-222 (2006).</li>
<li>Miroux, B., Walker, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Over-production+of+proteins+in+Escherichia+coli%3A+mutant+hosts+that+allow+synthesis+of+some+membrane+proteins+and+globular+proteins+at+high+levels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Over-production of proteins in Escherichia coli: mutant hosts that allow synthesis of some membrane proteins and globular proteins at high levels.</a> Journal of Molecular Biology. 260 (3), 289-298 (1996).</li>
<li>Wagner, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Consequences+of+membrane+protein+overexpression+in+Escherichia+coli%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+%26+Cellular+Proteomics%22%5BJournal%5D)">Consequences of membrane protein overexpression in Escherichia coli.</a> Molecular & Cellular Proteomics. 6 (9), 1527-1550 (2007).</li>
<li>Bernaudat, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterologous+expression+of+membrane+proteins%3A+choosing+the+appropriate+host%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Heterologous expression of membrane proteins: choosing the appropriate host.</a> PLoS One. 6 (12), e29191(2011).</li>
<li>Takabatake, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation+and+characterization+of+cDNAs+encoding+mitochondrial+phosphate+transporters+in+soybean%2C+maize%2C+rice%2C+and+Arabidopis%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Isolation and characterization of cDNAs encoding mitochondrial phosphate transporters in soybean, maize, rice, and Arabidopis.</a> Plant Molecular Biology. 40 (3), 479-486 (1999).</li>
<li>Picault, N., Palmieri, L., Pisano, I., Hodges, M., Palmieri, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+a+novel+transporter+for+dicarboxylates+and+tricarboxylates+in+plant+mitochondria.+Bacterial+expression%2C+reconstitution%2C+functional+characterization%2C+and+tissue+distribution%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biological+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Identification of a novel transporter for dicarboxylates and tricarboxylates in plant mitochondria. Bacterial expression, reconstitution, functional characterization, and tissue distribution.</a> Journal of Biological Chemistry. 277 (27), 24204-24211 (2002).</li>
<li>Snowden, C. J., Thomas, B., Baxter, C. J., Smith, J. A., Sweetlove, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tonoplast+Glu%2FAsp%2FGABA+exchanger+that+affects+tomato+fruit+amino+acid+composition%5BTitle%5D)+AND+%22The+Plant+Journal%22%5BJournal%5D)">A tonoplast Glu/Asp/GABA exchanger that affects tomato fruit amino acid composition.</a> The Plant Journal. 81 (5), (2015).</li>
<li>Kashiwagi, K., Igarashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+and+assays+of+polyamine+transport+systems+in+Escherichia+coli+and+Saccharomyces+cerevisiae%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Identification and assays of polyamine transport systems in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae.</a> Methods in Molecular Biology. 720, 295-308 (2011).</li>
<li>Kashiwagi, K., Miyamoto, S., Suzuki, F., Kobayashi, H., Igarashi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excretion+of+putrescine+by+the+putrescine-ornithine+antiporter+encoded+by+the+potE+gene+of+Escherichia+coli%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Excretion of putrescine by the putrescine-ornithine antiporter encoded by the potE gene of Escherichia coli.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 89 (10), 4529-4533 (1992).</li>
<li>Tsuchiya, T., Rosen, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calcium+transport+driven+by+a+proton+gradient+and+inverted+membrane+vesicles+of+Escherichia+coli%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biological+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Calcium transport driven by a proton gradient and inverted membrane vesicles of Escherichia coli.</a> Journal of Biological Chemistry. 251 (4), 962-967 (1976).</li>
<li>Baba, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Construction+of+Escherichia+coli+K-12+in-frame%2C+single-gene+knockout+mutants%3A+the+Keio+collection%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Systems+Biology%22%5BJournal%5D)">Construction of Escherichia coli K-12 in-frame, single-gene knockout mutants: the Keio collection.</a> Molecular Systems Biology. 2, (2006).</li>
<li>Nichols, B. P., Shafiq, O., Meiners, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequence+analysis+of+Tn10+insertion+sites+in+a+collection+of+Escherichia+coli+strains+used+for+genetic+mapping+and+strain+construction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bacteriology%22%5BJournal%5D)">Sequence analysis of Tn10 insertion sites in a collection of Escherichia coli strains used for genetic mapping and strain construction.</a> Journal of Bacteriology. 180 (23), 6408-6411 (1998).</li>
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<li>Wright, J. K., Overath, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Purification+of+the+lactose%3A+H%2B+carrier+of+Escherichia+coli+and+characterization+of+galactoside+binding+and+transport%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Purification of the lactose: H+ carrier of Escherichia coli and characterization of galactoside binding and transport.</a> European Journal of Biochemistry. 138 (3), 497-508 (1984).</li>
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<li>Kirchberger, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+and+biochemical+analysis+of+the+plastidic+ADP-glucose+transporter+%28ZmBT1%29+from+Zea+mays%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biological+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Molecular and biochemical analysis of the plastidic ADP-glucose transporter (ZmBT1) from Zea mays.</a> Journal of Biological Chemistry. 282 (31), 22481-22491 (2007).</li>
<li>Deniaud, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Expression+of+a+chloroplast+ATP%2FADP+transporter+in+E.+coli+membranes%3A+behind+the+Mistic+strategy%5BTitle%5D)+AND+%22Biochimica+et+Biophysica+Acta%22%5BJournal%5D)">Expression of a chloroplast ATP/ADP transporter in E. coli membranes: behind the Mistic strategy.</a> Biochimica et Biophysica Acta. 1808 (8), 2059-2066 (2011).</li>
<li>Sze, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((H%2B-Translocating+ATPases%3A+Advances+Using+Membrane+Vesicles%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Plant+Physiology%22%5BJournal%5D)">H+-Translocating ATPases: Advances Using Membrane Vesicles.</a> Annual Review of Plant Physiology. 36, 175-208 (1985).</li>
<li>Bush, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton-coupled+sugar+and+amino+acid+transporters+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Plant+Physiology+Plant+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Proton-coupled sugar and amino acid transporters in plants.</a> Annual Review of Plant Physiology Plant Molecular Biology. 44, 513-542 (1993).</li>
<li>Futai, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Orientation+of+membrane+vesicle+from+Escherichea+coli+prepared+by+different+procedures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Membrane+Biology%22%5BJournal%5D)">Orientation of membrane vesicle from Escherichea coli prepared by different procedures.</a> Journal of Membrane Biology. 115, 15-28 (1974).</li>
<li>Seckler, R., Wright, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sideness+of+native+membrane+vesicles+of+Escherichea+coli+and+orientation+of+the+reconstituted+lactose%3A+H%2B+carrier%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Sideness of native membrane vesicles of Escherichea coli and orientation of the reconstituted lactose: H+ carrier.</a> European Journal of Biochemistry. 142 (2), 269-279 (1984).</li>
<li>LaVallie, E. R., Lu, Z., Diblasio-Smith, E. A., Collins-Racie, L. A., McCoy, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thioredoxin+as+a+fusion+partner+for+production+of+soluble+recombinant+proteins+in+Escherichia+coli%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Enzymology%22%5BJournal%5D)">Thioredoxin as a fusion partner for production of soluble recombinant proteins in Escherichia coli.</a> Methods in Enzymology. 326, 322-340 (2000).</li>
<li>Goodman, D. B., Church, G. M., Kosuri, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Causes+and+effects+of+N-terminal+codon+bias+in+bacterial+genes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Causes and effects of N-terminal codon bias in bacterial genes.</a> Science. 342 (6157), 475-479 (2013).</li>
<li>Wacker, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((N-linked+glycosylation+in+Campylobacter+jejuni+and+its+functional+transfer+into+E.+coli%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">N-linked glycosylation in Campylobacter jejuni and its functional transfer into E. coli.</a> Science. 298 (5599), 1790-1793 (2002).</li>
</ol>

저자는 공개 할 것이 없다.

본 연구에서, 우리는 먼저 대장균에서 단백질을 발현한 다음 막 소포를 생성하여 항균제의 특성화를 위한 방법을 개략적으로 설명하여 이종발 단백질을 무세포 시스템에서 분석할 수 있도록 한다. 대부분의 분자 생물학 실험실에서 발견되는 장비 이외에, 이 전략은 프랑스 언론, 초원심분리기 및 방사성 동위 원소 검소를 실시하는 시설에 대한 액세스를 필요로합니다.
이 기술의 기본적인 요구 사항은 이종 단백질이 대장균의혈장 막을 올바르게 표적으로 한다는 것입니다. 이러한 전략은 또한 대장균 운반체가 대장균 세포막에 성공적으로 국한되고 기능적으로 특징화된35이기때문에 오르간선 기 수송기의 기능적 분석에 유용할 수 있다. 이러한 실험에 사용된 벡터(pBAD-DEST49)는 번역된 생성물의 용해도를 증가시키기 위해 N-말단 티오레독신 단백질을 함유한다. 작은 B. subtilus 단백질 신비의...

대사 산물의 인신 매매에 관여하는 단백질은 생리적 조절의 필수적인 수준을 구성하지만, 식물 막 수송자의 대부분은 아직 기능적으로 특성화되지 않았습니다. 새로운 수송 단백질을 특성화하기 위해 몇 가지 전략이 구현되었습니다. 대장균 및 효모, 제노푸스 난소, 포유류 세포, 곤충 세포 및 식물 세포와 같은 모델 유기체에서의 이종 발현은 모두 그들의 수송 활성을 결정하는 데 사용되어 왔다1. 진핵 세포는 진핵 단백질의 발현을 위해 선호되는데, 왜냐하면 기본 세포 조성, 신호 변환 경로, 전사 및 번역 기계는 기본 조건과 호환되기 때문이다.
효모는 식물에서 새로운 수송 단백질의 특성화를 위한 중요한 모델 유기체였습니다. 효모(Saccharomyces pombe)에서성공적으로 발현된 최초의 식물 수송 단백질은 클로렐라2에서헥소스 수송기 HUP1이었다. 그 이후, 많은 식물 수송 단백질은 효모 발현 시스템을 사용하여 기능적으로 특징지어졌다. 여기에는 식물 성 당 수송기 (SUC1 및 SUC23,VfSUT1 및 VfSTP14)및 보조 수송기 (AUX1 및 PIN5)가포함됩니다. 효모를 식물 성 단백질을 발현하기 위해 활용하는 단점은 효모가 이 소기관이 부족하기 때문에 석고 국소화 단백질의 활성이 손상될 수 있으며, 잘못접힌응집체의 형성 및 막 단백질의 과발현으로 인한 효모의 응집력 의 활성화7,8,9.
제노푸스 난모세포에서 의 수송 단백질의 이종발현은수송기(10)의전기생리학적 특성화에 널리 사용되어 왔다. 제노푸스 난소에서 이종발현을 이용한 제1 식물 수송 단백질은 애기장대 칼륨 채널 KAT110 및 애기장대 헥소스 수송기 STP111이었다. 그 이후, 제노푸스 난모세포는 혈장막 수송기12,공병수크로오스 수송기 SUT413 및 백공말레이 수송기 ALMT914와같은 많은 식물 수송 단백질을 특성화하기 위해 사용되어 왔다. 수송 측정을 위한 제노푸스 난모세포의 중요한 제한은 세포내 대사산물의 농도가 조작될 수 없다는 것입니다1. 더욱이, 제노푸스 난모세포를 준비하기 위해서는 전문적인 지식이 필요하며, 난모세포 배치의 가변성은 제어하기 어렵다.
모델 유기체 인 대장균에서의 이종 발현은 새로운 식물 수송 단백질의 특성화 측면에서 이상적인 시스템입니다. 완전히 서열화된 게놈15를사용하면 대장균의 분자 및 생리학적 특성이 잘 알려져 있다. 분자 도구와 기술은 잘 설립16. 또한, 상이한 발현 벡터, 비병원성 균주 및 돌연변이체는17,18,19. 또한, 대장균은 높은 성장속도를 가지고 있으며 실험실 조건하에서 쉽게 재배할 수 있습니다. 많은 단백질은 대장균9에서다량으로 쉽게 발현 및 정제될 수 있다. 세포 시스템에서 단백질을 직접 분석할 수 없을 때, 단백질을 리포솜으로 재구성하는 것은 또한 성공적이었습니다, 정제된 막 단백질의 특성화를 위한 도전적인 혁신이기는 하지만. 대두, 옥수수, 쌀 및 애기장대의 인산수송기, 디카르복실레이트-트리카르복실레이트 캐리어 등의 용질 수송기를 포함하는 식물 미토콘드리아 수송 단백질의 기능적 특성은 이 모델 시스템20,21을사용하여 달성되었다. 그러나, 토마토 단백질 SICAT9의 재조합 단백질은 재구성 실험에서 비기능성 인 것으로 나타났으며, CAT 수송기 패밀리의 다른 구성원은 제노푸스 난모세포 검소22에서비기능성인 것으로 나타났다. 따라서 멤브레인 수송기의 특성화를 위해 추가적인 분자 도구가 필요합니다.
5 개의 폴리 아민 수송 시스템은 대장균23에서발견된다. 그들은 정자와 퍼트린의 섭취를 중재 두 ABC 수송을 포함, 퍼트린 / 오르니틴 교환기, 시체 / 리신 교환기, 정자 수출 및 퍼트린 수입. 상기 푸트르신 교환기 PotE는 원래 소포 분석을 사용하여 특징지어졌으며, 여기서 내부 소포는 프랑스 프레스로 세포를 포하하고 오르니틴24에대한 대가로 소포내로 방사성 발염된 푸트르신의 섭취를 측정함으로써 제조되었다. 소포 분석또한 양성자 구배25에응하여 칼슘의 수송을 중재한 칼슘 수송기를 특성화하기 위하여 이용되었습니다. 이 실험은 우리가 다른 폴리 아민 교환기의 특성화를위한 전략을 개발하도록 자극했다. 우리는 먼저 PotE 및 CadB 교환기에서 대장균 결핍의 변형을 만들었습니다. 여기서, 우리는 변형된 대장균 균주에서 이질적인 발현에 의한 식물 폴리아민 항균제의 기능적 특성화, 프랑스 프레스를 이용한 막 소포의 생성, 및 방사성 표지된 세포사이다.

<table><tbody><tr><td>2-메르캅토에탄올</td><td>시그마-알드리치</td><td>M6250</td><td></td></tr><tr><td>3H-putrescine</td><td>PerkinElmer</td><td>NET185001MC</td><td></td></tr><tr><td>3H-스페르미딘</td><td>PerkinElmer</td><td>NET522001MC</td><td></td></tr><tr><td>4-클로로-1-나프톨</td><td>시그마-알드리치</td><td>C8890</td><td></td></tr><tr><td>14C 아르기닌</td><td>Moravek Inc.</td><td>MC137</td><td></td></tr><tr><td>Arginine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A-5006</td><td></td></tr><tr><td>Anti-His (C-term)-HRP 항체</td><td>ThermoFisher</td><td>R931-25</td><td>C 말단 폴리히스티딘 (6xHis) 태그 검출, 검출을 위해 무료 carboxyl 그룹 필요</td></tr><tr><td>Arabinose</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A3256</td><td></td></tr><tr><td>BCA 단백질 분석 키트</td><td>ThermoFisher</td><td>23227</td><td>Pierce BCA 단백질 분석 키트.</td></tr><tr><td>브로모페놀 블루</td><td>Bio-Rad</td><td>161-0404</td><td></td></tr><tr><td>카르복시펩티다아제 B</td><td>시그마-알드리치</td><td>C9584-1mg</td><td></td></tr><tr><td>원심분리기</td><td>Sorvall</td><td></td><td>SS-34 고정각 로터 및 GA-6 고정각 로터</td></tr><tr><td>Dounce 조직 분쇄기</td><td>LabGenome</td><td>7777-7</td><td>Corning 7777-7 파이렉스 균질화기(주둥이 포함).</td></tr><tr><td>Ecoscint-H</td><td>National Diagnostics</td><td>LS275</td><td>섬광 칵테일</td></tr><tr><td>EDTA</td><td>시그마-알드리치</td><td></td><td></td></tr><tr><td>여과 매니폴드</td><td>Hoefer</td><td>FH225V</td><td></td></tr><tr><td>프렌치 압력 셀</td><td>글렌 밀스</td><td>FA-080A120</td><td></td></tr><tr><td>GABA</td><td>시그마-알드리치</td><td>A2129</td><td></td></tr><tr><td>글루타메이트</td><td>시그마-알드리치</td><td>G6904</td><td></td></tr><tr><td>글리세롤</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>GraphPad 프리즘 소프트웨어</td><td></td><td></td><td><a href="http://www.graphpad.com/prism/Prism.htm" target="_blank">http://www.graphpad.com/prism/Prism.htm</a></td></tr><tr><td>과산화수소</td><td>KROGER</td><td></td><td></td></tr><tr><td>염화칼</td>륨 <td>J.T. Baker</td><td>3040-01</td><td></td></tr><tr><td>액체 섬광 카운터</td><td>Beckman</td><td>LS-6500</td><td></td></tr><tr><td>말레산</td><td>염 시그마-알드리치</td><td>M0375</td><td></td></tr><tr><td>나노드롭</td><td>ThermoFisher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>니트로셀룰로오스 멤브레인 필터</td><td>Merck Millipore</td><td>hawp02500</td><td>0.45 &마이크로; M</td></tr><tr><td>PCR 클린업 키트</td><td>Genscript</td><td></td><td>QuickClean II</td></tr><tr><td>인산칼륨 이염기성</td><td>ThermoFisher</td><td>P290-500</td><td></td></tr><tr><td>putrescine</td><td>fluka</td><td>32810</td><td></td></tr><tr><td>인산칼륨 일염기성</td><td>J.T.Baker</td><td>4008</td><td></td></tr><tr><td>Spermidine</td><td>Sigma-aldrich</td><td>S2501</td><td></td></tr><tr><td>균주 :E. coli &Delta; potE740(del)::kan, &Delta; cadB2231::Tn10</td><td>이 원고는</td><td>요청 시 제공됩니다.</td><td>PotE 및 CadB 폴리아민 교환기에는 스트레인이 부족합니다.</td></tr><tr><td>Tris-base</td><td>Research Products</td><td>T60040-1000</td><td></td></tr><tr><td>초원심분리기</td><td>Sorvall MTX 150</td><td>46960</td><td>Thermo Fisher S150-AT 고정각 로터</td></tr><tr><td>초원심분리기 튜브</td><td>ThermoFisher</td><td>45237</td><td>S150-AT 로터용 원심분리기</td></tr><tr><td>튜브 벡터: pBAD-DEST49</td><td><</td><td></td><td>em>E. coli</td></tr></tbody></table>

대장균의 이종 식에 의한 멤브레인 수송기의 특성화 및 멤브레인 소포 생산

Characterization of Membrane Transporters by Heterologous Expression in E. coli and Production of Membrane Vesicles

새로운 멤브레인 수송기를 기능적으로 특성화하기 위해 여러 가지 방법이 개발되었습니다. 폴리 아민은 모든 유기체에서 유비쿼터스이지만 식물의 폴리 아민 교환기는 확인되지 않았습니다. 여기서, 우리는 대장균 세포의 용해로부터 생성된 막 소포를 이용하여 폴리아민 항균제를 이종적으로 발현하는 식물 항균제를 특성화하는 방법을 간략하게 설명한다. 첫째, 우리는 이질적으로 폴리아민 및 아르기닌 교환 수송기결핍된 대장균 균주에서 AtBAT1을 표현하였다. 소포는 프랑스 프레스를 사용하여 제조되었고, 초원심분리에 의해 정제되고, 수송기의 기질 특이성을 입증하기 위해 표지된 기판의 멤브레인 여과 분석에서 활용하였다. 이 검역은 AtBAT1이 아르기닌, γ-아미노부티르산(GABA), 푸레신 및 스페르미딘의 양성자 매개 수송기임을 입증했습니다. AtBAT1의 분석을 위해 개발된 돌연변이 균주는 식물 및 동물 폴리아민 교환기의 다른 패밀리의 기능 분석에 유용할 수 있다. 우리는 또한 이 단백질이 세균성 세포막에서 표현될 수 있는 한, 이 접근이 antiporters의 많은 그밖 모형을 특성화하기 위하여 이용될 수 있다는 것을 가설합니다. 대장균은 토착 수송기를 돌연변이시키는 데 사용할 수 있는 여러 가지 방법이 있기 때문에 새로운 운송업자의 특성화에 좋은 시스템입니다.

이 프로토콜의 주요 단계는 그림 1에그림으로 요약되어 있습니다. 간략하게, 대장균 세포는 모든 폴리아민 교환기에서 결핍되고 AtBAT1을 발현하여 배양되고, 원심분리되고, 완충액으로 세척하고, 프랑스 프레스를 사용하여 세포 용해를 행하였다. 용해는 주로 내부 아웃소포를 생성하고 세포 외부의 버퍼를 트랩하는 경향이있다. 세포 파편은 원심 분리에 의해 제거되고, 제 2 초원환 단계는 막 펠렛을 수집하는 데 사용된다. 멤브레인 펠릿은 트리스-말레아테 완충액 pH 5.2에서 재중단되고 -80°C에서 저장된다. 수송 성 애세포는 12°C에서 이루어지며, 이는 멤브레인 안정성을 유지하기에 최적인 것으로 밝혀졌다. 공산학은 방사성 표지기의 첨가 및 소포의 완충현탁액의 pH의 pH의 변화에 의해 pH 8.0으로 개시된다. 1 분 후, 표지되지 않은 기판을 가진 얼음 차가운 분석 버퍼는 소포로 방사성 ...

우리는 프랑스 프레스를 사용하여 대장균 및 세포의 용해에서 이종 발현에 의해 생성된 막 소포 제제에서 양성자 구동 막 수송기의 특성화 방법을 설명합니다.

Several methods have been developed to functionally characterize novel membrane transporters. Polyamines are ubiquitous in all organisms, but polyamine ...

멤브레인 수송기를 특성화하기위한이 기술의 주요 장점 중 하나는 특정 기판에 대한 수송기의 상대적 선호도를 결정할 뿐만 아니라 운송 메커니즘에 대한 통찰력을 얻을 수 있다는 것입니다. 기판 수송을 구동하기 위하여 단백질 그라데이션을 사용하는 막 단백질의 특성은 우리가 여기에서 설명하는 이 안쪽 아웃 소포 분석에 특히 적합합니다. 이 분석법은 프랑스 언론과 같은 일부 특수 장비와 초원심분리기에 대한 접근이 필요하지만, 멤브레인 수송기를 인공 리포솜으로 재구성해야 한다는 분석보다 기술적으로 더 쉬울 수 있다고 생각합니다.이 기술의 주요 장점은 우리가 다른 기판에 대한 상대적 친화성을 정량화하고 운송 화격자에 경쟁 기판의 효과를 테스트하기 위해 경쟁 분석을 할 수 있다는 것입니다. 이 분석방법을 설명하는 데 사용되는 BAT1 수송기의 경우, 우리는 또한 아르기닌에 의해 수송기의 기판 활성화를 표시 할 수 있었다. 이 절차를 시작하기 위해, 적절한 항생제를 가진 폴리 아민 3 배지의 5 밀리리터에서 단일 식민지를 접종하고 섭씨 37도에서 하룻밤 을 성장시킴으로써 표적 단백질을 표현하는 준비된 대장균 돌연변이 세포를 배양합니다.다음날, 이 문화를 신선한 폴리아민 3 배지의 500밀리리터로 옮기고 0.0002%의 아라비노스로 보충되어 세포 배양이 0.6~0.8의 OD600에 도달할 때까지 성장한다. 그 후, 원심분리기는 2000배 G에서, 섭씨 4도에서 15분 동안 세포 펠릿을 수집한다. 펠릿을 다시 일시 중단하고 버퍼로 3회 세척하여 2000회 G에서 원심분리하고 매번 섭씨 4도에서 15분간 세척합니다.세 번째 스핀 후 버퍼 1의 마지막 셀 볼륨은 10 밀리리터여야 합니다. 35 밀리리터 프렌치 압력 셀을 설정하고 셀의 본체에 세포 현탁액을 붓습니다. 장치 뒷면의 RHS스위치를 사용하여 기기를 켜고 비율 선택기 스위치를 높게 설정합니다.펌프 스위치를 켭니다. 피스톤은 기지에서 일어나 챔버의 공기를 대체하기 시작합니다. 게이지가 640 PSI에 도달할 때까지 압력 증가를 시계 방향으로 돌이면서 압력을 증가시면 압력을 증가시면 됩니다.이렇게 하면 10, 000 PSI의 내부 압력이 생성됩니다. 셀이 목표 압력에 도달하면 시계 반대 방향으로 전환하여 유동 밸브 어셈블리를 약간 엽니다. 밸브의 개구부를 조정하여 분당 약 10방울의 유속을 허용합니다.피스톤 본체의 정지 선이 유동 셀의 상단에 도달하면 펌프가 꺼지게 됩니다. 비율 선택기 스위치를 아래로 배치한 다음 펌프 스위치를 켜서 하단 플레이트를 낮춥습니다. 바닥 플레이트가 완전히 철회되면 압력 증가 밸브를 시계 반대 방향으로 완전히 돌려 시스템 압력을 0으로 줄입니다.펌프 스위치를 끄고 기기를 끕니다. 원심 분리기 는 10, 000 배 G와 4 섭씨에서 15 분 동안 깨진 세포와 세포 파편을 제거합니다. 펠릿을 버리고 상체를 초원심분리기 튜브로 옮기십시오.초음파 는 150, 000 배 G와 4 섭씨에서 1 시간 동안 막 소포를 펠렛으로 생성 된 상체를 생성합니다. 완충 2에서 다시 현탁액없이 멤브레인 소포를 한 번 씻으하십시오. 그런 다음, Dounce 조직 분쇄기를 사용하여 완충 제 2에서 막 소포를 다시 일시 중단하십시오.1.5 밀리리터 원심분리기 튜브에 멤브레인 제제의 100 마이크로리터 알리쿼트를 준비하고 영하 80°C에 보관하십시오. 먼저, 코발트 II 염화물의 0.1 밀리몰라를 포함하는 pH 7.8에서 트리스의 30 밀리머에서 소포를 세척하고 다시 중단합니다. 염화나트륨, 트리스, 코발트 II 염화물 1마이크로리터를 100마이크로리터 샘플에 첨가합니다.섭씨 20도에서 20분간 배양하세요. 소화를 막기 위해 EDTA 나트륨과 2-Mercaptoethanol을 포함하는 용액의 5마이크로리터를 PH 7.5에 추가합니다. 효소를 완전히 비활성화하기 위해 실온에서 1 시간 동안 용액을 배양하십시오.다음으로, 리튬 도데실 황산염, 글리세롤, 브로모페놀 블루, 트리스를 포함하는 용액의 5~10마이크로리터를 pH 7.5~100 마이크로리터에 추가하고 전기포뇌증에 의한 샘플을 분석한다. 아미노 블로팅을 수행하려면 폴리아크릴라미드 젤에 25밀리머 나트륨 인산염으로 촉촉한 니트로셀룰로오스 필터를 놓습니다. 촉촉한 셀룰로오스 필터 두 개와 마지막으로 촉촉한 두 개의 플라스틱 수색 패드 사이에 배치합니다.25 밀리머 나트륨 인산염을 포함하는 챔버의 전극 사이에이 조립을 2 섭씨 와 4 섭씨 사이의 온도에 놓습니다. 단백질을 20볼트에서 3시간 동안 2~3암페어로 전기전달합니다. 하룻밤 동안 완충을 차단하는 니트로셀룰로오스 멤브레인을 2도에서 차단하십시오.다음 날, 니트로셀룰로오스를 1-5, 000의 안티-그의 C-말단 HRP 항체의 희석20밀리리터에 배양하고 버퍼를 2시간 동안 차단하고 총 60분 동안 50밀리리터의 완충제로 두 번 세척한다. 아미노 블롯을 시각화하려면 4-클로로-1-나프톨 6밀리그램을 변성 알코올 20밀리리터에 녹이고 15밀리머 트리의 80밀리리터와 과산화수소 30%의 마이크로리터 50밀리리터를 추가합니다. 이 기판 용액에 필터 용지를 20분 동안 바치면 됩니다.충분한 색상이 개발되면 멤브레인을 물로 헹구고 건조시키십시오. 시작하려면 100 마이크로리터 알리쿼트의 멤브레인 소포를 섭씨 12도에서 5분간 배양합니다. 1.5 밀리리터 미세원심분리기 튜브에서 멤브레인 소포에 50 마이크로몰러의 최종 농도에서 방사성 표지폴리아민을 함유한 완충제 3을 추가하여 수송을 개시한다.1 분 동안 섭씨 12도에서 교통 분석을 수행하십시오. 그 후, 반응 혼합물을 여과 매니폴드로 옮기고 0.45 마이크로미터 니트로셀룰로오스 멤브레인 필터를 통해 필터링한다. 라벨이 부착되지 않은 폴리아민의 10배 더 높은 농도를 포함하는 얼음-차가운 분석 버퍼 3개, 폴리아민이 없는 3밀리리터의 분석 버퍼를 추가하여 특이적이지 않은 결합을 줄입니다.세척된 필터를 10밀리리터의 신경액을 함유한 일회용 신경환 바이알로 옮기고, 액체 신경화 카운터를 사용하여 방사능을 결정합니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 순 폴리아민 섭취량을 계산합니다. 표적 단백질을 발현하는 소포로 방사성 표지기기의 섭취를 측정하여 기판에 대한 Km을 결정하고 비선형 회귀 방법을 사용하여 Michaelis-Menten 운동학을 계산한다.경쟁 실험의 경우, 분석 버퍼에서 만든 비표지 경쟁 기판을 12도에서 100 마이크로리터의 소포를 포함하는 원심분리기 튜브에 추가하면서 동시에 방사성 표지 폴리아민의 50 마이크로몰라를 추가한다. 이전에 설명한 대로 소포 내부에 갇힌 방사능을 측정합니다. 방사성 표지폴리아민의 섭취와 100마이크로몰러 이상의 비표지기판의 존재를 측정하여 경쟁기판에 대한 부모 KM을 결정하고 비선형 회귀 방법을 사용하여 곡선을 플롯한다.본 연구에서는, 항 포터는 먼저 대장균에서 단백질을 발현한 다음, 이종성 발현 단백질이 세포 없는 시스템에서 분석될 수 있도록 막 소포를 생성하는 것이 특징입니다. 서쪽 얼룩은 AtBAT1이 소포로 전이되는지 확인하는 데 사용됩니다. 항-그의 C-말단 항체로 블롯을 프로빙하면 약 72.3킬로달톤인 융합 생성 단백질을 드러냈다.SDS-PAGE 이전에 소포의 소화로 인해 프로브 신호가 완전히 손실되지는 않았지만 감소는 초래되었습니다. 섭씨 12도에서 소포에 의한 방사성 라벨이 부착된 정자를 1분에 가장 높고 3분 이상 선형으로 유지됩니다. 따라서, 수송 분석의 인큐베이션 시간은 1분에 고정된다.1 분 후, 소포 막에 걸쳐 양성자 그라데이션이 없기 때문에 pH 8.0에 준비되고 저장된 멤브레인 소포에 의해 동위원소의 순 조리가 없습니다. 인공 양성자 그라데이션의 소멸 효과를 입증하기 위해 멤브레인 소포는 표지된 기판을 첨가하기 전 10분 동안 pH 8.0 버퍼로 배양되어 방사성 라벨이 부착된 기판의 최소한의 섭취로 이어진다. 종합하면, 이러한 결과는 정액의 양성자 구동 섭취량이 BAT1 단백질 때문임을 나타냅니다.단백질의 기판 특이성을 결정하기 위해 Km 값은 상이한 농도에서 방사성 표지기기의 섭취를 측정하여 계산됩니다. 정자, putrescine 및 아르기닌에 대한 Km 값은이 단백질이 높은 친화성 폴리 아민및 아르기닌 교환기임을 나타냅니다. 특정 기판에 대한 수송기의 선호도는 또한 경쟁 적 애사를 사용하여 간접적으로 결정될 수 있다.이러한 assays 는 GABA가 정자의 경쟁 억제제임을 밝힙시다. 또한, 다른 아미노산의 다양 한 농도의 존재에 방사성 라벨 된 정자의 50 마이크로 몰러의 섭취를 측정 AtBAT1 또한 밀머 농도에서 글루타민트와 알라닌을 수송 할 수 있음을 밝혀. 이 절차를 수행할 때 멤브레인 수송기를 세균 막에 통합하는 것은 분명히 매우 중요합니다.관심 있는 단백질이 막내로 통합된다는 검증은 C-말단 태그에 대하여 지시된 항체를 사용하여 행해질 수 있다. 인간 수송기의 유전 적 변이는 특정 수송기의 기판인 대사 산물 및 약물의 수송에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서, 알꼴 변이는 약물의 흡수와 배설에 영향을 미칠 수 있다.많은 색인종 변이체는 발현 벡터에서 수송 유전자의 측면 지향 돌연변이 발생에 의해 신속하게 이루어질 수 있다. 이러한 변종의 기능적 소는 내부 아웃 소포 스캔을 사용하여 매우 통제 된 조건에서 테스트 할 수 있습니다. 멤브레인 수송기는 모든 단백질의 8-10을 구성하고 대다수는 모형 유기체의 전부에서 완전히 특징지지 않았습니다.세포막에 국한된 수송기는 진핵 세포에서 이종 발현을 특징으로 하는 것이 특히 도전적입니다. 교환 유형 또는 양성자 매개 수송기는 이 대장균 멤브레인에 국한될 수 있는 경우, 이러한 수송기는 시험관 내 분석에서 이를 사용하여 기능적으로 특징화될 수 있다. 소포의 품질과 수율은 프랑스 언론의 세포 조각용출률에 의해 영향을 받습니다.동위원소와 소포의 전송 assays를 수행에서, 실험 복제를 용이하게 실험 설정을하는 것이 중요합니다. 이 작업을 수행하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 우리는 우리가 어떻게 했는지 보여주는 것이 도움이 될 것이라고 생각합니다.

characterization-membrane-transporters-heterologous-expression-e-coli

Research

연구

JoVE Journal

Biochemistry

생화학

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표현, 세제 Solubilization 및 멤브레인 전송, MexB의 Multidrug 저항 단백질의 정제

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