$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Voorbereiding werk - constructen en celculturen
Voordat het protocol zou het gen van belang zijn codon geoptimaliseerd voor expressie in zoogdiercellen en gekloneerd in een geschikte expressievector gebruikmaking van standaard moleculair-biologische technieken. Om de hoogste kans op succesvolle expressie te garanderen, moet meerdere varianten van het gen van belang worden gegenereerd. Veel zoogdieren expressievectoren zijn in de handel verkrijgbaar en hebben verschillende zuivering tags (polyhistidine, hemagglutinine, streptavidine, HALO-Tag, glutathion S-transferase, onder anderen). Wij geven de voorkeur aan de pDISPLAY vector die codeert voor een sterke humaan cytomegalovirus promotor, een secretiesignaal Ig κ, hemagglutinine zuivering tag, en een C-terminale transmembraan anker tegen het eiwit gericht door de secretieroute voor weergave op de plasmamembraan. We gewoonlijk plaats een stopcodon voor de vector gecodeerde transmembraan verankeringr om het eiwit uitgescheiden in het geconditioneerde medium.
Menselijke embryonale nier (HEK) 293T-cellen zijn op grote schaal beschikbaar en gemakkelijk gekweekt en getransfecteerd. HEK 293T worden gewoonlijk gebruikt voor de expressie van eiwitten van zoogdieren, maar worden beschouwd als biologisch gevaarlijk en moeten worden behandeld op bioveiligheidsniveau 2. Draag de juiste persoonlijke beschermende kleding; werk moet worden uitgevoerd in een goedgekeurde bioveiligheid kabinet met een aseptische techniek. Al het afval en de oppervlakken moeten worden gedesinfecteerd volgens de institutionele en bestuurlijke richtlijnen. Het verdient aanbeveling dat cellen worden getest mycoplasma verontreinigingen gebruiken. Cellen kunnen worden behandeld met Ciprofloxacine (10 ug / ml) gedurende tien dagen elke bron van mycoplasma spp roeien. verontreiniging. Algemene protocollen bij HEK 293T-cellen vermeerderen worden afzonderlijk gepresenteerd (Box 1).
Aanvullende overwegingen voor test-en grootschalige eiwitexpressie zijn reviewed in 11-15.
2. Kleinschalige Test Expression
Zodra constructies zijn ontworpen en geproduceerd, testopstellingen op kleine schaal transfecties kan worden uitgevoerd met behulp van HEK 293T-cellen; een schematisch overzicht van het proces wordt hieronder weergegeven (afb. 1).
- Gebruik T75 cm 2 of T225 cm2 celkweek kolven (afhankelijk van het aantal testen uitdrukkingen worden uitgevoerd) voor de HEK 293T cellen groeien en de cellen verdeeld elke 2-3 dagen wanneer cellen 100% confluent (Box 1).
- Zaad 2,5 x 10 5 HEK 293T cellen per putje in een 6-wells plaat en 2 ml DMEM met 1X pen / strep en 10% (v / v) FBS, zwenk de plaat zacht zelfs cellen dispersie in elk putje te waarborgen, en incubeer overnacht bij 37 ° C in een 5% CO2 bevochtigde kamer.
- Bij het HEK 293T-cellen tot 40% confluentie, gooi de media en voeg verse 2 ml DMEM met 1X pen / strep en 10% (v / v) FBS aan de putjes. Uitvoerentransfectie assays.
- Aliquot 90 pi serum-vrij DMEM in een steriele 1,5 ml microcentrifugebuisje. Pipetteer 3 ul GeneJuice in het serum-vrij DMEM en meng de buis (vinger vortex). Incubeer gedurende 5 minuten bij kamertemperatuur.
- Voeg 1 ug Miniprep gezuiverd plasmide DNA (DNA voorraad = 100 ng / pl) in DMEM-GeneJuice mengsel vinger vortex en incuberen gedurende 15 minuten bij kamertemperatuur.
- Pipetteer de transfectiemix druppelsgewijs op HEK 293T cellen en zwenk de 6-well plaat zachtjes een gelijkmatige verdeling van de transfectiemix mogelijk. Incubeer de 6-wells plaat bij 37 ° C in een 5% CO2 bevochtigde kamer.
- Voeg 1 ml vers DMEM met 1X pen / strep en 10% (v / v) aan elk FBS en 24 uur na transfectie en incubeer nog 48 uur (totaal 72 uur).
- Oogst 1 ml van het supernatans van elk putje drie dagen na transfectie en microcentrifuge de monsters bij 16.000 g gedurende 10 minuten bij kamertemperatuur. Voer western blot-analyse zoals beschreven in box 2. Monsters kunnen worden opgeslagen bij 4 ° C. De lengte van bewaren bij 4 ° C eiwit afhankelijk.
3. Grootschalige Test expressie en zuivering
Zodra een construct is vastgesteld milligram hoeveelheid expressie van recombinant eiwit wordt bereikt door PEI transfectie van hechtende HEK 293T cellen met 10 lagen celfabrieken (Fig. 2; 6360 cm2 specifiek oppervlak). Voor meer verkennende studies, kunnen kleinere cel fabrieken of T-kolven (tabel 1) worden gebruikt.
- Zuiver 1 mg van DNA voor transfectie met een plasmide MaxiPrep zuivering kit. Een 500 ml nacht cultuur XL-1 Blauwe cellen te produceren ten minste 1 mg zuiver DNA. Controleer zuiverheid van DNA door meting A 260 / A 280 verhouding; moet boven 1,8.
- Schaal HEK 293T cellen 2,0 x 10 8 cellen. Elke T225 cm2 fles gegroeid tot 100% confluentie contains en gemiddeld 2,25 x 10 ~ 7 cellen.
- Voeg 1,2 L DMEM met 5% (v / v) FBS een 10 laag cel fabriek. Voeg 2,0 x 10 8 HEK 293T cellen de cel fabriek verdelen cellen alle lagen van het vaartuig. Het is zeer moeilijk te visualiseren van cellen confluentie in de cel fabriek. Als alternatief, het opzetten van een T75 cm2 fles met een geschikt aantal cellen met dezelfde cel nummer oppervlakte verhouding als uitgevoerd bij de 10 laag vat. Monitor deze kolf voor de groeicijfers. Zie de bijbehorende video voor instructies over de behandeling van de cel als fabriek. Incubeer nacht bij 37 ° C met 5% CO2 om voor celhechting en groei.
- Voer grootschalige transfectie wanneer adherente HEK 293T-cellen zijn 70% confluent. Bereid de PEI-DNA transfectie mengsel (3:1 w / w PEI aan DNA-ratio) in een bioveiligheid kast met een steriele T75 cm 2 kolf. Meng 0,84 mg DNA met 84 ml steriele 1X PBS, voeg 2,5 ml PEI (2.5 mg totaal PEI). Incuberen bij kamertemperatuur gedurende 15 minuten. Oplossing dient te troebel wordt.
- Giet het PEI-DNA transfectie mengsel in de cel fabriek volledig verdelen over alle lagen van het vaartuig. Optioneel: voor de verhoogde expressie opbrengst, voeg valproïnezuur (4 mM eindconcentratie). Incuberen bij 37 ° C met 5% CO2 gedurende vier dagen.
- Oogst supernatant vier dagen na transfectie. Centrifugeer de geconditioneerde media bij 6000 x g gedurende 30 minuten bij 4 ° C. Verder filter de supernatant met een 0,22 pm Stericup vacuum filterinrichting. De 10-laag cel als fabriek kunnen worden hergebruikt, zie box 3 voor het reinigen van instructies. Het is belangrijk dat de reiniging direct wordt gestart na supernatant oogst; laat de cellen droog op het schip oppervlak.
- Concentreer de supernatant 75 ml met de Centramate tangentiële stroming filtratie.
- 500 ml PBS en opnieuw geconcentreerd tot 75 ml. Herhaal dit drie Additional keer volledig te bufferen wisselen het monster.
- Evenwicht een 1 ml anti-HA affiniteitskolom met 1X PBS en toepassing geconcentreerde monster door zwaartekrachtstroming een snelheid <1 ml / min.
- Was de kolom met 30 ml 1X PBS-Tween20.
- Los HA peptide in 1X PBS (1,0 mg / ml) en incuberen bij 37 ° C.
- Breng 1 ml van de HA peptide aan het anti-HA kolom en laat het peptide te gaan in de hars. Verzamel de stroom door. Stop de stroom wanneer het peptide oplossing de bedhoogte bereikt.
- Incubeer de gehele anti-HA kolom bij 37 ° C gedurende 15 minuten.
- Herhaal stap 12 twee maal.
- Breng 1 ml PBS 1X de anti-HA kolom en uitmonden in de hars tot in de bedhoogte. Verzamel de stroom door.
- Regeneratie van de anti-HA kolom met 10 ml 0,1 M glycine pH 2,2. Wassen met 10 ml PBS en op te slaan affiniteitskolom bij 4 ° C in PBS met 0,02% (w / v) NaN3.
- Voer SDS-PAGE-analyse en het zwembad van de fractions aangepast. Opmerking: De HA peptide zal met eiwit concentratie metingen verstoren door A 280 of Bradford. Om de hoeveelheid eiwit aanwezig belasting 5, 10, 15, 25 ug BSA schatten op de SDS-PAGE gel als een standaard en vergelijkt de band intensiteit.
Stappen 9-17 kan worden herhaald om extra proteïne vangen van het geconditioneerde medium.
4. Representatieve resultaten
In dit artikel beschrijven we en demonstreren van een geschikte expressie platform voor milligram-hoeveelheid productie van menselijke eiwitten die vervolgens gebruikt kunnen worden voor structurele en functionele studies. Het screenen van humaan eiwit constructen gebruikt HEK 293T cellen in 6-wells platen effectief en efficiënt in identificeren constructen vatbaar grotere schaal. Commerciële expressievectoren efficiënt kunnen worden getransfecteerd in HEK 293T cellen met verschillende transfectie reagentia zoals GeneJuice, Fugene HD PE of I. Wij raden het gebruik van een commerciële transfectie reagens, zoals GeneJuice of Fugene HD, voor de test uitdrukkingen, omdat deze reagentia zijn effectiever voor de armere uiten eiwitten (afb. 3). Constructen geselecteerd voor grotere expressie worden gekenmerkt door een, sterke band, overeenkomend met de juiste molecuulgewicht op western blot (Fig. 3). Glycoproteïnen kunnen migreren als een bredere band als gevolg van heterogeniteit in glycosylering. We hebben aangetoond dat een verscheidenheid van macromoleculen, van virale glycoproteïnen, cytokines, cytokine receptoren en andere oppervlakte-eiwitten, kan worden en gezuiverd millgram hoeveelheden eiwit met de algemene uitdrukking platform (Fig. 4) op te leveren.

Figuur 1. Workflow schema van kleinschalige transfecties.tp_upload/4041/4041fig1large.jpg "target =" _blank "> Klik hier voor een grotere afbeelding weer te geven.

Figuur 2. Corning 10-laag CellStack voor grotere schaal eiwitexpressie. Elke laag bevat 636 cm 2 oppervlakte voor celhechting. Een standaard laboratorium CO 2 incubator (6,0 cu. Ft) zal comfortabel plaats voor vier 10-laags cel fabrieken.

.. Figuur 3 Kleinschalige expressie van verschillende uitgescheiden eiwitten We voerden een reeks van testopstellingen op kleine schaal uitdrukkingen gebruik van gemeenschappelijke transfectiereagentia:. GeneJuice, Fugene HD en PEI (a) Western blot screening van geselecteerde humane cellulaire eiwitten (tetherin), receptoren (IL-2R β subunit) en cytokinen (IL-2). Tetherin is een menselijke membraan glycoproteïne dat de release van beperktopkomende HIV-1 virions 16. De extracellulaire domein van tetherin bestaat als een geglycosyleerd, disulfide-gebonden dimeren van ~ 36 kDa. Onder reducerende omstandigheden, zoals hier getoond, tetherin migreert als een monomeer met een schijnbaar molecuulgewicht van 22 kDa ~. Interleukine-2 (IL-2) is een cytokine (~ 17 kDa) betrokken bij lymfocytproliferatie 17. Interactie met het IL-2 receptor complex, waarbij IL-2R βsubunit (~ 26 kDa) een component 18. CD21 een membraan eiwit betrokken bij de activering en rijping B-cellen door het complement systeem en ook een receptor voor het Epstein-Barr virus. De geglycosyleerde extracellulaire domein van CD21 migreert als een monomeer met een schijnbaar molecuulgewicht van 20 kDa ~. (B) Western blot screening gekozen oppervlak virale glycoproteïnen (XMRV Env en ebolavirus GP). XMRV en ebolavirus glycoproteïnen (transmembraan anker verwijderd) bestaan op het virale membraan als trimere pieken en worden betrokken bij de gastheercel bijlageen fusion. De ectodomein van XMRV Env en EBOV GP zijn zwaar gedecoreerd met N-gekoppelde glycanen en migreren op schijnbaar moleculair gewicht van 70 kDa en 75 kDa, respectievelijk.

Figuur 4. Gezuiverde menselijke cellulaire eiwitten van grootschalige HEK 293T culturen. Alle eiwitten werden tot expressie gebracht met een 10 laag cel fabriek, geconcentreerd en gezuiverd door anti-HA chromatografie. Zoals blijkt uit Coomassie-gekleurde SDS-PAGE analyse van de extracellulaire domeinen van de interleukine-2 receptor (IL-2R) α en γ subeenheden migreren molecuulgewicht van 40 kDa en 46 kDa, respectievelijk. De extracellulaire domein van tetherin migreert een dimeer onder niet-reducerende omstandigheden met een schijnbaar molecuulgewicht van 36 kDa. Merk op dat er een BSA verontreinigingen die verschijnt een schijnbaar molecuulgewicht van 60 kDa. Bovendien de heterogeniteit van de N-gekoppelde glycanen presenteren tetherin,IL-2R α en IL-2R γ oorzaken bandverbreding de SDS-PAGE gel. Deze complex-type N-gekoppelde glycanen kunnen worden verwijderd met peptide: N-glycosidase F.
| Vat | Oppervlakte |
| 6-well plaat | 9,5 cm 2 (elk putje) |
| 100 mm schaaltjes | 55 cm 2 |
| 245 mm schaaltjes | 500 cm2 |
| T75 cm2 fles | 75 cm2 |
| T175 cm2 fles | 175 cm2 |
| T225 cm2 fles | 225 cm 2 |
| Roller fles-reguliere | 850 cm 2 |
| Roller fles uitgebreide oppervlak | 1700 cm 2 |
| Een laag CellStack | 636 cm 2 |
| 2-laags CellStack | 1272 cm 2 |
| 5-lagen CellStack | 3180 cm 2 |
| 10 laag CellStack | 6360 cm 2 |
| 40 laag CellStack | 25.440 cm 2 |
Tabel 1. Vergelijking van de celcultuur schepen voor de eiwitexpressie.
Lijst van Reagens Recepten
100X ciprofloxacine Voor 10 ml, oplossing, voeg 10 ml gedeïoniseerd water tot 10 mg ciprofloxacine. Voeg 10 ul 6N HCl volledig op te lossen van de ciprofloxacine.
PEI (1 mg / ml) 100 ml oplossing wordt 100 mg van 25 kDa lineaire PEI in gedeïoniseerd water en verhit tot 80 ° C. Cool oplossing op kamertemperatuur, de pH instellen op 7,2, 0,22 urn filter steriliseren, hoeveelheid en invriezen bij -20 ° C voor long-termijn opslag.
1X PBS Voor 1 L waterige oplossing: 8,0 g NaCl, 0,2 g KCl, 1,4 g Na 2 HPO 4 (watervrij), 0,24 g KH 2 PO 4. Pas de pH van de oplossing tot 7,4 en vul tot 1,0 L.
1X PBS-Tween-20 Voor 1 liter waterige oplossing: 8,0 g NaCl, 0,2 g KCl, 1,4 g Na 2 HPO 4 (watervrij), 0,24 g KH 2 PO 4, 1 ml Tween-20. Pas de pH van de oplossing tot 7,4 en vul tot 1,0 L.
1X overdracht buffer gedurende 1 L waterige oplossing: 3,0 g Tris base, 14,4 g glycine, 150 ml methanol.
1X SDS-PAGE lopende buffer gedurende 1 L waterige oplossing: 3,0 g Tris base, 14,4 g glycine, 1,0 g SDS.
SDS-PAGE-monsterbuffer vermindering van 10 ml oplossing: 0,6 g SDS, 3 ml glycerol, 1,8 ml 1,0 Tris-HCl pH 6,8, 1 mg broomfenolblauw, 5% (v / v) 2-mercaptoethanol.
Box 1. Algemene protocollen voor cel vermeerdering - Groei HEK 293T cellen in Dulbecco's gemodificeerd Eagle's medium (DMEM) aangevuld met 10% (v / v) foetaal bovine serum (FBS), 1X pen / strep bij 37 ° C in een 5% CO2-vochtige atmosfeer.
- Let op cellen onder een omgekeerde microscoop. Wanneer de cellen zijn op 100% confluentie, te verwijderen en weggooien kweekmedium.
- Spoel cellen met 5 ml steriel 1X PBS om sporen van het serum te verwijderen. Gooi de PBS wassen.
- Voeg 2 ml 0,05% (w / v) trypsine-EDTA oplossing voor een T225 cm2 fles (1 ml of 0,05% (w / v) trypsine-EDTA voor T75 cm2 fles) en incuberen bij kamertemperatuur totdat cellen los van het oppervlak. Het is ook mogelijk om steriel 1X PBS-EDTA gebruiken HEK 293T cellen los.
- Voeg 13 ml DMEM met 10% (v / v) FBS een T225 cm2 fles (of 9 ml DMEM met 10% (v / v) FBS voor T75 cm2 fles) de trypsine reactie te remmen.
- Split cel 1:5. Voor T225 cm2 fles, 3 ml celsuspensie 27 ml vers DMEM met 1X pen / strep en 10% (v / v) FBS in een nieuwe kweekvat. Voor een T75 cm2 fles, 2 ml celsuspensie 8 ml vers kweekmedium. Incubeer culturen bij 37 ° C in een 5% CO2-vochtige atmosfeer. De cellen moeten groeien naar 100% confluentie binnen twee dagen.
Box 2. Western blot analyse
- Voeg 10 ul SDS-PAGE het verminderen van monsterbuffer tot 30 ul celkweeksupernatant. Plaats monsters en prestained molecuulgewichtsmerkers op polyacrylamide gels en electrophorese met 1X SDS-PAGE lopende buffer van 175 V gedurende 1 uur tot molecuulgewichtsmerkers goed opgelost.
- Laat de PVDF Immobilon-P membraan 100% methanol gedurende 1 minuut te activeren.
- Monteren western blot inrichting. Zorg ervoor dat de PVDF-membraan wordt geconfronteerd met de positieve elektrode en houden alle onderdelen nat met 1X overdracht buffer. Avoid luchtbellen tussen de polyacrylamidegel en het membraan.
- Volledig vullen van de kamer met elektroforese 1X transferbuffer en overdracht gedurende 1 uur bij 100 V.
- Blok het membraan met 5% (w / v) magere melk in PBS-1X Tween20 gedurende 1 uur bij kamertemperatuur of overnacht bij 4 ° C.
- Incuberen met monoklonale primaire antilichaam (bijvoorbeeld 1:1000 anti-HA mAb of een ander geschikt antilichaam), opgelost in 5% (w / v) afgeroomde melk in PBS-1X Tween20 gedurende 1 uur bij kamertemperatuur of overnacht bij 4 ° C.
- Was de membranen in 1X PBS-Tween20 gedurende 10 minuten. Herhaal dit twee extra keer.
- Incuberen met een monoklonaal secundaire antilichaam geconjugeerd met alkalische fosfatase (1:1000 verdunning in 5% (w / v) afgeroomde melk in PBS-1X Tween20) gedurende 1 uur bij kamertemperatuur of overnacht bij 4 ° C.
- Was de membranen in 1X PBS-Tween20 gedurende 10 minuten. Herhaal dit twee extra keer.
- Plaats het membraan in een kleine container, voeg 5 ml alkalische fosfatase Hydrote (BVIE / NBT) oplossing. Kleur ontwikkeling moet plaatsvinden binnen 1-5 minuten. Zodra de gewenste band intensiteit is bereikt, wassen met gedemineraliseerd water en de lucht drogen. Kleur kan na verloop van tijd; elektronisch scannen van de membranen een keer droog.
Box 3. Reiniging en recycling van celkweek schepen
Terwijl de cel als fabriek zijn ontworpen om eenmalig gebruik zijn, kunnen deze schepen worden gerecycled voor extra grootschalige transfecties met de volgende schoonmaak protocol:
- Onmiddellijk na decanteren het supernatans van de 10 laag cel fabriek van 20% (v / v) bleken en schud de cellen los. Incuberen bij kamertemperatuur gedurende drie uren.
- Leeg het vaartuig en voeg verse 20% (v / v) bleken en incuberen bij kamertemperatuur.
- Leeg het schip en was met 1,5 liter gedeïoniseerd water. Herhaal dit drie keer.
- Leeg de 10-laag cel als fabriek en 0,5 L van steriele 1X PBS aangevuld met 10X antibiotica / Antimycoticum oplossing. Sla het vat bij kamertemperatuur en vervangen ontluchting caps vulopeningen (standaard 33 mm schroefdraad hoofdletters) voor het volgende gebruik. Let op: alle lagen moet volledig duidelijk zijn na het reinigen, zo niet, gebruik dan niet de cel als fabriek beschikken volgens de institutionele richtlijnen.