W obecnym protokole demonstrujemy wysoce efektywną i opłacalną metodę oczyszczania białek na małą skalę, która pozwala na oczyszczanie rekombinowanych białek poprzez unikalne połączenie rozszczepialnego znacznika GST i małego znacznika His.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
W obecnym protokole demonstrujemy wysoce efektywną i opłacalną metodę oczyszczania białek na małą skalę, która pozwala na oczyszczanie rekombinowanych białek poprzez unikalne połączenie rozszczepialnego znacznika GST i małego znacznika His.
Kluczowe testy enzymatyczne do biochemicznej charakterystyki białek in vitro wymagają wysokich stężeń oczyszczonego białka, które jest przedmiotem zainteresowania. Protokoły oczyszczania białek powinny łączyć w sobie skuteczność, prostotę i opłacalność1. Tutaj opisujemy metodę GST-His jako nowy system oczyszczania powinowactwa na małą skalę dla białek rekombinowanych, oparty na N-końcowym znaczniku sefarozy glutationu (GST)2,3 i C-końcowym znaczniku 10xHis4, które są połączone z białkiem będącym przedmiotem zainteresowania. Ten ostatni konstrukt jest używany do generowania bakulowirusów, do infekcji komórek zakażonych Sf9 w celu ekspresji białka5. GST to dość długa etykieta (29 kDa), która służy do zapewnienia skuteczności oczyszczania. Może jednak wpływać na właściwości fizjologiczne białka. W związku z tym jest on następnie odcinany od białka za pomocą enzymu PreScission6. Aby zapewnić maksymalną czystość i usunąć rozszczepiony podatek od towarów i usług, dodaliśmy drugi etap oczyszczania powinowactwa oparty na stosunkowo małym His-Tagu. Co ważne, nasza technika opiera się na dwóch różnych znacznikach flankujących dwa końce białka, co jest skutecznym narzędziem do usuwania zdegradowanych białek, a tym samym wzbogaca białka o pełnej długości. Przedstawiona tutaj metoda nie wymaga drogiego zestawu instrumentalnego, takiego jak FPLC. Dodatkowo zastosowaliśmy myjki MgCl2 i ATP w celu usunięcia zanieczyszczeń białkowych szoku cieplnego oraz obróbkę nukleazą w celu zniesienia zanieczyszczających kwasów nukleinowych. Podsumowując, połączenie dwóch różnych znaczników otaczających N- i C-koniec oraz zdolność do odcięcia jednego ze znaczników gwarantuje odzyskanie wysoce oczyszczonego i pełnowymiarowego białka, które jest przedmiotem zainteresowania.
Oczyszczanie białek rekombinowanych jest kluczowe dla odpowiedzi na fundamentalne pytania w biochemii. Konwencjonalne metody oczyszczania białek, takie jak chromatografia jonowymienna i chromatografia wykluczania wielkości, opierają się na właściwościach fizycznych białka docelowego, takich jak odpowiednio jego punkt izoelektryczny i ładunek lub rozmiar. Te ostatnie cechy białek są wspólne dla różnych białek, co znacznie zwiększa szansę na zanieczyszczenie białek w konwencjonalnych strategiach oczyszczania białek. Problem ten można obejść za pomocą wielu kolumn oczyszczających, co jest czasochłonne. Jednocześnie te ostatnie metody chromatograficzne wymagają kosztownej konfiguracji eksperymentalnej. Oczyszczanie znacznika powinowactwa silnie zwiększa swoistość docelową, ponieważ w większości przypadków znacznik będzie unikalny dla białka będącego przedmiotem zainteresowania. W ostatnich badaniach szeroko stosowane jest oczyszczanie z powinowactwem do flagi lub HA.
W przeciwieństwie do istniejących protokołów oczyszczania białek rekombinowanych, w których używane są pojedyncze znaczniki, ustaliliśmy unikalną kombinację dwóch znaczników. Nasza metoda polega na fuzji znacznika GST na końcu N i znacznika Hisa na końcu C białka będącego przedmiotem zainteresowania, w celu uzyskania optymalnego stosunku między ilością a czystością pożądanego białka. GST to długa etykieta (29 kDa), która jest bardzo skuteczna w oczyszczaniu kulek glutationu Sepharose. Co więcej, stosowanie podatku od towarów i usług gwarantuje opłacalność naszej metody1. Możliwość odszczepienia GST za pomocą enzymu PreScission (z sekwencją rozpoznającą LeuGluValLeuPheGln/GlyPro, co skutkuje dodaniem tylko dwóch aminokwasów) ma wiele zalet, na przykład strategia ta pozwala uniknąć zmian fizjologicznych funkcji białek z powodu przeszkody allosterycznej. Mały znacznik Hisa połączony z drugim końcem białka służy w drugim etapie oczyszczania do zwiększenia czystości białka poprzez zmycie rozszczepionego GST, a także zdegradowanych białek i innych zanieczyszczeń. Dodatkowo protokół nie wymaga etapu dializy przy przełączaniu z kolumny etapowej GST na kolumnę etapową oczyszczania His (żywica TALON). Powszechnymi zanieczyszczeniami w takich procesach oczyszczania są białka szoku cieplnego (HSP). Dodanie etapu inkubacji z MgCl2 i ATP pozwala na usunięcie tych zanieczyszczeń (ryc. 1).
Szybka chromatografia cieczowa białek (FPLC) i wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) są powszechnymi technikami, które polegają na drogim oprzyrządowaniu, aby uzyskać wysoką wydajność oczyszczonego białka. Z kolei prezentowany przez nas protokół oczyszczania wsadowego jest ręczny i nie wymaga drogiej konfiguracji instrumentalnej. Wysoką wydajność białka można osiągnąć poprzez zwiększenie skali protokołu. Jednocześnie, dzięki protokołowi oczyszczania partii, objętość elucji można dostosować w celu zwiększenia stężenia białka, czego nie podaje się za pomocą FPLC lub HPLC.
Ponadto, dzięki protokołowi oczyszczania partii GST-His, białka o zakresie wielkości ~10-300 kDa mogą być oczyszczane. Jedną z największych zalet jest fakt, że można oczyścić kilka białek jednocześnie, na przykład zarówno białko typu dzikiego, jak i jego zmutowane. Powodzenie przedstawionego protokołu zależy wyłącznie od poziomu ekspresji i rozpuszczalności białka będącego przedmiotem zainteresowania.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Produkcja rekombinowanego bakulowirusa
Baculowirusy są generowane przy użyciu Systemu Ekspresji Baculowirusa Bac-to-Bac firmy Invitrogen głównie zgodnie z protokołem producenta, z niewielkimi tylko modyfikacjami:
2. Ekspresja białka rekombinowanego
3. Przygotowanie rozpuszczalnego lizatu komórkowego
Wszystkie poniższe etapy inkubacji są przeprowadzane w temperaturze 4 °C przy łagodnym obrocie.
4. Wiązanie białka na koralikach GST
Komentarz: Czas inkubacji musi być zoptymalizowany pod kątem stabilności białka i skuteczności wiązania.
5. Podział GST przed rozcięciem
Komentarz: Czas inkubacji etapu PreScission musi być zoptymalizowany zgodnie z masą cząsteczkową oraz stabilnością białka. Jeśli zaobserwuje się degradację, czas inkubacji można skrócić do minimum 2 godzin zamiast przez noc.
Komentarz: Pozostałe koraliki mogą być użyte do analizy efektywności dekoltu (Rysunek 3B, ścieżka 3). Zwykle 70-80% białka jest rozszczepione.
6. Wiązanie białek z żywicą TALON Metal Affinity
Komentarz: Dzielenie elucji na kilka frakcji zwiększa skuteczność wiązania/płukania.
Komentarz: To odpowiada próbce związanej z TALON (Rysunek 3B, pas 4).
7. Elucja oczyszczonego białka
Komentarz: Pozostałe koraliki mogą być użyte do analizy skuteczności elucji (Rysunek 3B, ścieżka 8). Zazwyczaj 60-80% białka jest całkowicie eluowane.
Komentarz: Interesujące białko można również wykryć podczas procedury oczyszczania za pomocą przeciwciał anty-GST i anty-His (Rysunek 3C).
8. Przechowywanie oczyszczonego białka
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby zilustrować skuteczność protokołu oczyszczania GST-His, oczyściliśmy Rec14, białko S. pombe o sile 32,9 kDa. CDNA Rec14 zostało sklonowane w naszym zmodyfikowanym wektorze pFastBac1, co pozwoliło na dodanie znaczników GST i His odpowiednio na końcach N i C (Figura 1A). Następnie przygotowano rekombinowany bakulowirus i wykorzystano go do zakażenia komórek zakażonych SF9 w celu ekspresji białek. Rozpuszczalne lizaty komórkowe inkubowano z kulkami GST, a białka związane eluowano przez rozszcze...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedstawiony tutaj protokół oczyszczania GST-His jest odpowiedni do oczyszczania szerokiego zakresu rozmiarów rekombinowanych białek: Z powodzeniem oczyściliśmy LiRAD51 (41 kDa), piBRCA2 (120 kDa), PALB2 (130 kDa) i niestabilne białko o wysokiej masie cząsteczkowej Leishmania infantum: LiBRCA2 (125 kDa)6,9. Co więcej, białka oczyszczone za pomocą tego protokołu były aktywne biochemicznie6. Sukces tej metody zależy wyłącznie od ekspresji, rozpuszczalności i stabilności po...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dziękujemy Anne-Marie Dion-Cote za dyskusje, które doprowadziły do rozwoju metody. J.K. i R.B. są doktorantami FQNRT, M.-M.G. jest stypendystą Vanier CIHR, a J.-Y.M. jest starszym badaczem FRSQ. Prace te były wspierane przez fundusze Rady Nauk Przyrodniczych i Inżynierii dla J-Y. M.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| ODCZYNNIKI | |||
| E.Coli DH10Bac (kompetentny) | Invitrogen | ||
| Bac-to-Bac | Invitrogen | ||
| Maxi Qiagen | 12163 | Roztwór I i II | |
| Ultra Pure Bluo-Gal | Gibco (Life) | 15519028 | |
| IPTG | Gibco (Życie) | 15529019 | |
| Komórki zakażone Sf9 | ATCC | CRL-1711 | |
| Enzym PreScission | GE Healthcare | 27084301 | |
| Zakażone podłoże Grace uzupełnione | Gibco (Life) | 11605-094 | |
| Płodowa surowica bydlęca charakteryzująca | się Hyklon | SH30396,03 | |
| P / S (penicylina-streptomycyna) | Gibco (Life) | 15070-063 | |
| Glutation Sepharose żywica | GE bioscience | 17075605 | |
| Koktajl inhibitorów proteazy | Roche | 11873580001 | |
| Talon żywica | Clontech | 635504 | |
| Imidazole | BioShop | 288324 | |
| Gentamycyna | Gibco (Life) | 15710064 | |
| Poliklonalne przeciwciało GST | Produkcja we własnym zakresie | ||
| Przeciwciało monoklonalne 6X-His-Clontech | 631212 | ||
| EQUIPMENT | |||
| Dounce homogenizator (tight) | Wheaton | 357546 | |
| Sonicator (Fisher dismembrator) | Fisher | Model 150 | |
| Torba do dializy (50 mm) | Fisher Scientific | ||
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie