MamA jest unikalnym białkiem powiązanym z magnetosomami, o którym wykazano, że bierze udział w ich aktywacji. W niniejszej pracy przedstawiamy protokół oczyszczania mutanta z delecją MamA (MamAΔ41) z M. magneticum AMB-1.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
MamA jest unikalnym białkiem powiązanym z magnetosomami, o którym wykazano, że bierze udział w ich aktywacji. W niniejszej pracy przedstawiamy protokół oczyszczania mutanta z delecją MamA (MamAΔ41) z M. magneticum AMB-1.
1. Klonowanie i ekspresja genu mamA w E. coli
Zmutowany gen mamAΔ41 został namnożony metodą reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) z DNA genomowego Magnetospirillum magneticum AMB-1, z wykorzystaniem starterów: 5'-GCATTACGCATGGACGACATCCGCCAGGTG-3' oraz 5'-GCGCGGCAGCCATA-TGGCATACG-3'. W amplifikowanych fragmentach DNA wprowadzono miejsce rozpoznawane przez enzym NcoI w kodonie startowym ATG, a kodon stop zastąpiono miejscem rozpoznawanym przez enzym SacI. Fragmenty poddano trawieniu enzymami NcoI i SacI, a następnie sklonowano w odpowiednie miejsca wektora pET52b(+), otrzymując pET52bMamAΔ41-AMB1. W tej konstrukcji mamAΔ41 gen został połączony w ramce odczytu z etykietą 10-His na końcu C. Plazmid wprowadzono do szczepu E. coli BL21 za pomocą elektroporacji. Szczep E. coli BL21 zawierający pET52bMamAΔ41 hodowano w warunkach autoindukcji (15) podłoże zawierające ampicylinę (50 mg/ml) 310°K przez 3 godziny. Następnie zmieniono temperaturę hodowli z 310° Proszę o dostarczenie tekstu źródłowego do przetłumaczenia. 300°K i utrzymywano przez dodatkowe 48 h w 300°KKomórki zebrano poprzez wirowanie przy 5465g przez 10 min w temperaturze 277°K8 litrów hodowli pozwoliło uzyskać 60 gramów mokrego osadu komórkowego.
2. Obliczenia bioinformatyczne
Obliczenia masy cząsteczkowej (MW), zgodnie z sekwencją aminokwasów oraz przewidywaną absorbancją 1mg/1ml białka przy 280nm, wykonano przy użyciu serwera ProtParam (http://www.expasy.ch/tools/protparam.html). Dla 10His-Tag-MamAΔ41 MW wynosi 2529 Da (240 aminokwasów), a dla MamAΔ41 (z pozostałymi 9 aminokwasami po usunięciu His-tagu przez trombinę) MW wynosi 20596.5Da (187 aminokwasów). Przewidywana absorbancja 1mg/1ml białka przy 280nm dla 10His-Tag-MamAΔ41 wynosi 0,595, a dla MamAΔ41 0,579. Dodatkowo sekwencja aminokwasowa nie zawiera żadnych reszt cysteiny. W związku z tym podczas procesu oczyszczania nie są wymagane środki redukujące.
3. Oczyszczanie MamAΔ41
4. Reprezentatywne wyniki
Przy prawidłowym przeprowadzeniu tego protokołu powinny zostać otrzymane wysokiej czystości, jednorodne pod względem rozmiaru i skoncentrowane próbki białka. Próbki te są następnie gotowe do prób krystalizacji oraz badań biochemicznych, takich jak kinetyka enzymatyczna, powinowactwo wiązania i inne. Opisano tutaj reprezentatywne wyniki głównych etapów protokołu oczyszczania. Analiza SDS-PAGE profilu elucji z kolumny powinowactwa Ni-NTA powinna wykazać silną nadekspresję białka w frakcji rozpuszczalnej przy odpowiedniej masie cząsteczkowej ok. 22kDa (Rycina 1). Analiza SDS-PAGE powinna również wykazać minimalną ilość białka, lub jego całkowity brak, w części przepływowej białek niewiązanych, w części przepływowej płukania oraz w osadzie po ultrawirowaniu. Jeśli w tych próbkach pojawią się wyraźne prążki odpowiedniego białka, należy rozważyć błędne przygotowanie buforu, problemy z rozbiciem komórek lub problemy z warunkami autoindukcji i wzrostem kultury.
Chromatografię wymiany jonowej przeprowadza się w celu oddzielenia pożądanego białka od pozostałych białek E.coli, które związały się z żywicą niklową (na skutek oddziaływań elektrostatycznych lub obecności pętli białkowych bogatych w histydynę/aminokwasy kwasowe) oraz od nieprzeciętego białka z His-Tagiem. Kolumna ta rozdziela białka w zależności od ich powinowactwa do dodatnio naładowanej żywicy przy rosnącym stężeniu NaCl. Białka o silnym ładunku ujemnym będą eluować przy wyższych stężeniach NaCl w porównaniu do białek o umiarkowanym ładunku ujemnym. Zaletami tej kolumny są wysoka szybkość przepływu oraz pojemność wiązania. Chromatogram wymiany jonowej (Rysunek 2) wykazuje dobrą separację trzech populacji białek przy rosnącym stężeniu NaCl. Niezbędna jest analiza SDS-PAGE w celu określenia masy cząsteczkowej (MW) każdej populacji, wyizolowania tej pożądanej oraz oceny, czy konieczne są dalsze etapy oczyszczania. Pierwsza populacja to MamAΔ41 (~20 kDa), druga to MamAΔ41+His Tag (~2kDa), który nie został przecięty przez trombinę bydlęcą, a trzecia populacja jest niewykrywalna w SDS-PAGE ze względu na niskie stężenie. Jeśli piki białek nie są wyraźnie oddzielone, należy rozważyć błąd w przygotowaniu buforu lub zmianę nachylenia gradientu NaCl.
Chromatografię wykluczania rozmiarów przeprowadza się w celu oddzielenia pożądanego białka od pozostałych białek komórek E.coli, które związały się z żywicą Ni-NTA i nie zostały usunięte podczas chromatografii wymiany jonowej. Kolumna ta rozdziela białka w zależności od ich wielkości. Białka duże będą eluować w mniejszych objętościach elucji w przeciwieństwie do białek małych, które zostaną eluowane w większych objętościach. Chromatogram kolumny (Rysunek 3) wykazuje dobrą separację pożądanego białka jako jednej głównej populacji. Populacja ta wydaje się eluować w odpowiedniej wielkości monomeru o MW ~20 kDa. Obecność prążka ~80 kDa (typowego białka E.coli wiążącego żywicę Ni-NTA) jest wykrywana w SDS-PAGE przed nałożeniem na kolumnę i znika w trakcie tego etapu. Ponieważ stężenie tego białka ~80 kDa jest początkowo niskie, jego populacja nie pojawia się na chromatogramie ze względu na rozcieńczenie, dlatego analiza SDS-PAGE jest niezbędna do określenia wydajności oczyszczania. Zalecamy nałożenie na SDS-PAGE rozcieńczonej i skoncentrowanej próbki głównego piku, aby z pewnością określić obecność czystego białka o odpowiednim MW. Na tym etapie białko jest oczyszczone, a jego homogeniczność należy ocenić za pomocą MALDI-TOF. Analiza ta wykazała białko o MW 20347 Da oraz inne o Mw 10176 Da (Rysunek 4). Białko ~10 kDa jest dwukrotnie naładowaną formą białka ~20 kDa. Przewidywane MW dla MamAΔ41 z pozostałymi 9 aminokwasami po usunięciu His-Tag wynosiło 20596,5 Da. Porównując je z uzyskanym MW z MALDI-TOF, stwierdzono różnicę wynoszącą 248 Da. Ta rozbieżność może wynikać z błędów pomiarowych MALDI-TOF i/lub z powszechnej degradacji pierwszej metioniny i drugiej glicyny. Podsumowując, białko jest wysoko oczyszczone i może być wykorzystane w dalszych eksperymentach.

Tabela 1. Składy buforów.

Rycina 1. Reprezentatywna analiza SDS-PAGE oczyszczania na kolumnie Ni-NTA. Od prawej do lewej; P – osad z ultrawirowania (krok 3.1 protokołu), W – przemycie (krok 3.12 protokołu), U – białka nieprzypisane (krok 3.10 protokołu), E – pięć ścieżek próbek elucji (krok 3.14 protokołu), M – marker białkowy (liczby wskazują MW). Strzałka wskazuje MamAΔ41.

Rysunek 2. Analiza etapu chromatografii wymiany jonowej (a) Chromatogram wymiany jonowej (kolumna MonoQ); kolor niebieski – absorbancja 280 nm, reprezentująca stężenie białka, kolor zielony – stężenie NaCl, kolor czerwony – wskazanie zebranych frakcji. (b) Reprezentacyjna analiza SDS-PAGE etapu oczyszczania metodą wymiany jonowej. Od lewej do prawej: M – marker białkowy (liczby oznaczają masę cząsteczkową Mw), A6 – frakcja pierwszego piku, A8 – frakcja drugiego piku.

Rycina 3. Analiza metodą chromatografii wykluczania molekularnego (a) Chromatogram z chromatografii wykluczania cząsteczkowego (kolumna Superdex 20); kolor niebieski – absorbancja przy 280 nm, reprezentująca stężenie białka, kolor czerwony – wskazanie zebranych frakcji. (b) Reprezentatywna analiza SDS-PAGE etapu oczyszczania metodą wykluczania cząsteczkowego. Od lewej do prawej; M – marker białek (liczby wskazują masę cząsteczkową MW), PreI – próbka przed wtryskiem, A4-6 – połączone frakcje zebrane z pierwszego piku, A4-6D – rozcieńczona frakcja zebrana z piku.

Rycina 4. Widmo masowe z desorpcją/jonizacją laserową wspomaganą macierzą (MALDI-TOF) oczyszczonego białka MamAΔ41. Matrycą jest kwas sinapowy (SA). Widoczny jest MamAΔ41 o masie 20347 Da, a także dwukrotnie naładowany gatunek MamAΔ41 o masie 10176 Da.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oczyszczanie białek jest kluczowym etapem w każdych badaniach biochemicznych lub strukturalnych białek. Ponieważ każde białko jest unikalne i charakteryzuje się odrębnymi właściwościami, konieczne jest zdefiniowanie jego cech i odpowiednie dostosowanie procesu oczyszczania. W pierwszym kroku prowadzącym do oczyszczania białko docelowe należy przeanalizować za pomocą narzędzi bioinformatycznych. Służą one do obliczenia punktu izoelektrycznego białka docelowego oraz oceny zapotrzebowania na środowisko redukujące/utleniając...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pragniemy podziękować dr. Amirowi Aharoniemu za wsparcie oraz Geuli Davidov, Noamowi Grimbergowi i Chen Guttmanowi za ich rady i uwagi.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze | |
|---|---|---|---|---|
| Prasa francuska (French Press) | Sprzęt | Thermo Fisher Scientific, Inc. | FA-078A | |
| Komora ciśnieniowa | Sprzęt | Thermo Fisher Scientific, Inc. | FA-032 | |
| Ultrawirówka | Sprzęt | Sorvall, Thermo Scientific | Discovery 90SE | |
| Rotor | Sprzęt | Beckman Coulter Inc. | Ti60 | |
| Probówki do ultrawirówki; PC-Bottle+Cap Assay 26.3ml | Sprzęt | Beckman Coulter Inc. | BC-355618 | |
| Szklane kolumny chromatograficzne Econo-Column o średnicy 2.5cm | Sprzęt | Bio-Rad | 737-2521 | |
| Żywica Ni-NTA His Bind | Sprzęt | Novagen, EMD Millipore | M0063428 | |
| Spektrofotometr | Sprzęt | Amersham | Ultraspec 2100 pro | |
| Kuweta kwarcowa | Sprzęt | Hellma | 104-QS | |
| Szybka chromatografia cieczowa (FPLC) – AKTA purifier 10 | Sprzęt | GE Healthcare | 28-4062-64 | |
| Kolumna wymiany jonowej – MonoQ 4.6/100 PE | Sprzęt | GE Healthcare | 10025543 | |
| Napełniona kolumna do chromatografii wykluczania molekularnego – HiLoad 26/60 Superdex 200 | Sprzęt | GE Healthcare | 17-1071-01 | |
| Centricon – Vivaspin15 – 10,000 MWCO | Sprzęt | Sartorius AG | VS1501 | |
| Wirówka stołowa | Sprzęt | Thermo Fisher Scientific, Inc. | IEC CL30R | |
| MALDI-TOF | Sprzęt | Bruker Corporation | Reflex IV | |
| Tris-HCl (hydroksymetylaminometan) | Odczynnik | BioLab | 20092391 | |
| Chlorek sodu | Odczynnik | FRUTROM | 235553470 | |
| Imidazol | Odczynnik | Alfa Aesar | 288-32-4 | |
| Koktajl inhibitorów proteaz bez EDTA | Odczynnik | Sigma-Aldrich | P-8849 | |
| DNaza I (Deoksiribonukleaza I) | Odczynnik | Sigma-Aldrich | DN-25 | |
| Trombina wołowa | Odczynnik | Fisher Scientific | BP25432 | |
| Glicyna | Odczynnik | BioLab | 07132391 | |
| Dodecylosiarczan sodu (SDS) | Odczynnik | BioLab | 19822391 | |
| Beta-merkapto–etanol | Odczynnik | Sigma-Aldrich | M-3148 | |
| InstantBlue | Odczynnik | Expedeon | 1SB01L | |
| Marker białkowy PageRuler Prestained Protein Ladder | Odczynnik | Fermentas | SM0671 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.