$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Biotinylatie van een eiwit creëert een krachtige tag voor zijn affiniteit isolatie en detectie. Enzymatische proteïne biotinylatie is een zeer specifieke post-translationele modificatie gekatalyseerd door Biotine-eiwit ligasen. De E. coli Biotine-proteïne ligase BirA is zeer specifiek en covalent biotinyaten slechts een beperkt aantal natuurlijk voorkomende eiwitten bij specifieke lysine residuen1. De voordelen van de door BirA gekatalyseerde biotinylatie worden momenteel benut door het doeleiwit te fusing met een kleine synthetische 15-aminozuur Biotine acceptor peptide (AP) die effectief biotinyleerd2 is en die de zeer specifieke en efficiënt in vivo en in vitro biotinylatie door co-expressie of toevoeging van BirA3,4,5. Hoewel de in vivo en in vitro BirA gekatalyseerde Biotine-eiwit ligatie een aantrekkelijke etiketterings strategie is, is de toepassing ervan beperkt tot monsters die AP-gesmolten eiwitten bevatten. Het doel van deze methode is de ontwikkeling van nieuwe mutanten van biotine-eiwit ligasen die selectief inheemse ongewijzigde eiwitten biotinyeren en daardoor het aantal toepassingen uitbreiden waarin de enzymatische biotinylatie strategie kan worden gebruikt.
Eiwit functie kan worden geëvolueerd door iteratieve rondes van de genmutatie, selectie en amplificatie van genvarianten met de gewenste functie. Een sterke en efficiënte selectie strategie is cruciaal voor de gerichte evolutie en biotine-eiwit ligase activiteit wordt gemakkelijk geselecteerd als gevolg van de sterke binding tussen Biotine en streptavidine en de homo logs6. Phage display technologieën maken het mogelijk om de Fagen te selecteren die biotinyleerd peptiden7,8vertonen. Omdat de versterking van geïsoleerde Fagen infectie van een bacteriële gastheer vereist, echter, de faag selectie met streptavidine creëert een knelpunt in dat de hoge-affiniteit binding van biotine streptavidine is vrijwel onomkeerbaar onder niet-denaturering Voorwaarden. Om een omkeerbare binding van biotinyleerd Fagen te garanderen, werden monomere avidins met een lagere affiniteit gebruikt, wat resulteerde in een bescheiden ~ 10-voudige verrijking7. We hebben onlangs een bacteriële weergavemethode ontwikkeld voor de isolatie van nieuwe BirA-varianten die de noodzaak van de elutie uit de affiniteits matrix elimineert en daardoor een knelpunt van de vorige BirA Selection Systems9verwijdert. Ons bacteriële display systeem zorgt immers voor een > 1, 000, 000-voudige verrijking van actieve klonen in één enkele selectie stap9, waardoor een effectief selectiesysteem wordt geboden voor de gerichte evolutie van nieuwe BirA-varianten.
Ons bacteriële display systeem bestaat uit twee componenten, BirA met een C-Terminal 6Xzijn tag en een steiger eiwit dat de oppervlakte weergave van een doel peptide mogelijk maakt. We gebruikten de steiger eiwit verbeterd circulair pergedempt buitenste membraan proteïne X (ecpx) omdat de effectieve weergave van peptiden kan worden waargenomen op zowel de N-en C-Termini10,11. De fusie van de doelpeptide sequentie tot het C-eindpunt van eCPX verzekert biotinylatie van bacteriën die actieve BirA-varianten uitdrukken. De bacteriën zorgen voor de effectieve streptavidine selectie als de biotinyleerd peptide nu op het oppervlak verschijnt (Figuur 1a).
Het doel van deze methode is om te selecteren voor nieuwe varianten van BirA dat biotinylates peptide sequenties aanwezig zijn in inheemse eiwitten. Het systeem is gecodeerd door genen die aanwezig zijn op het plasmide pBAD-BirA-eCPX-AP, dat een arabinose-oninduceerbaar promotor bevat die het BirA bestuurt (araBAD) en een T7 Promoter die eCPX9 bestuurt (Figuur 1b). Dit protocol beschrijft de gedetailleerde procedure voor 1) opname van een peptide afgeleid van een doel proteïne in de C-terminal van ecpx, 2) creatie van een mutatie Library van BirA door foutgevoelige PCR, 3) selectie van streptavidine-bindende bacteriën door magnetisch-geactiveerde celsortering (MACS), 4) kwantificering van bacterie verrijking en 5) initiële karakterisering van geïsoleerde klonen.