Oczyszczanie białek rekombinowanych z systemów roślinnych jest zwykle kwestionowane przez białka roślinne. Praca ta zapewnia metodę skutecznej ekstrakcji i oczyszczania wydzielanego rekombinowanego białka z apoplastu Nicotiana benthamiana.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Oczyszczanie białek rekombinowanych z systemów roślinnych jest zwykle kwestionowane przez białka roślinne. Praca ta zapewnia metodę skutecznej ekstrakcji i oczyszczania wydzielanego rekombinowanego białka z apoplastu Nicotiana benthamiana.
Rośliny to nowo rozwijający się system ekspresji eukariotycznej, który jest badany do produkcji białek terapeutycznych. Oczyszczanie rekombinowanych białek z roślin jest jednym z najbardziej krytycznych etapów procesu produkcyjnego. Zazwyczaj białka były oczyszczane z całkowitych rozpuszczalnych białek (TSP), a obecność różnych białek wewnątrzkomórkowych i cytochromów stanowi wyzwanie dla kolejnych etapów oczyszczania białek. Co więcej, większość białek terapeutycznych, takich jak antygeny i przeciwciała, jest wydzielana w celu uzyskania prawidłowej glikozylacji, a obecność niecałkowicie zmodyfikowanych białek prowadzi do niespójnych struktur antygenów lub przeciwciał. Praca ta wprowadza bardziej efektywną metodę otrzymywania wysoce oczyszczonych białek rekombinowanych z roślinnej przestrzeni apoplastycznej. Rekombinowane białko zielonej fluorescencji (GFP) jest modyfikowane w taki sposób, aby było wydzielane do apoplastu Nicotiana benthamiana, a następnie ekstrahowane metodą infiltracji i wirowania. GFP-His z wyekstrahowanego apoplastu jest następnie oczyszczany metodą chromatografii powinowactwa niklu. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod stosowanych przez TSP, oczyszczanie z apoplastu daje wysoce oczyszczone białka rekombinowane. Stanowi to istotne ulepszenie technologiczne dla systemów produkcji roślinnej.
Obecnie badane są różne rekombinowane białka terapeutyczne produkowane przez rośliny, w tym przeciwciała, szczepionki, białka bioaktywne, enzymy i małe polipeptydy1,2,3,4,5,6. Rośliny stają się coraz częściej wykorzystywaną platformą do produkcji białek terapeutycznych ze względu na ich bezpieczeństwo, niski koszt i zdolność do szybkiego skalowania produkcji7,8. Ekspresja i modyfikacja białek w systemach roślinnych, wraz z oczyszczaniem białek, są krytycznymi czynnikami decydującymi o produktywności bioreaktorów roślinnych9,10. Zwiększenie produktywności roślin i uzyskanie docelowych białek o wysokiej czystości to główne wyzwania stojące przed systemami produkcji roślinnej11,12.
Subkomórkowa lokalizacja i modyfikacja rekombinowanych białek zależy od specyficznego peptydu sygnałowego kodowanego na N-końcu, który kieruje białko do jego końcowego miejsca przeznaczenia organelli podczas ekspresji genu. Białka rekombinowane są zaprojektowane tak, aby lokalizować się w apoplastach, retikulum endoplazmatycznym (ER), chloroplastach, wakuoli lub cytoplazmie, w oparciu o ich unikalne właściwości13. W przypadku antygenów i przeciwciał preferowane są białka wydzielane. Przed wydzieleniem białka przechodzą przez ER i Golgiego w celu prawidłowego fałdowania i modyfikacji potranslacyjnych14,15,16.
Po produkcji w roślinach, rekombinowane białka muszą zostać oczyszczone z ekstraktów roślinnych. Zazwyczaj białka są oczyszczane z całkowicie rozpuszczalnych ekstraktów roślinnych, które zawierają obfite białka wewnątrzkomórkowe, nieprawidłowo sfałdowane i niezmodyfikowane produkty oraz cytochromy17. W celu usunięcia zanieczyszczeń ekstrakty roślinne poddawane są intensywnemu frakcjonowaniu, w tym chromatografii powinowactwa specyficznej dla karboksylazy/oksygenazy rybulozo-1,5-bisfosforanu (RuBisCO), wytrącaniu fitynianów, wytrącaniu glikolu polietylenowego oraz regulacji temperatury i pH18,19. Takie etapy usuwania zanieczyszczeń są pracochłonne i mogą pogorszyć jakość białka.
Przedział komórki roślinnej poza błoną plazmatyczną jest zdefiniowany jako apoplast, obejmujący ścianę komórkową, przestrzenie międzykomórkowe i ksylem20. Faza wodna jest potocznie nazywana płynem do płukania apoplastów (AWF). AWF zawiera cząsteczki wydzielane przez komórki w celu regulowania licznych postępów biologicznych, takich jak transport, metabolizm ściany komórkowej i reakcje na stres21,22. W przeciwieństwie do TSP, składniki molekularne AWF są mniej złożone. Ekstrakcja rekombinowanych białek z AWF może uniknąć zanieczyszczenia białkami wewnątrzkomórkowymi, nieprawidłowo sfałdowanymi produktami i pozostałościami cytoplazmatycznymi. Krótko mówiąc, lipid ekstrakcyjny dostaje się do liści przez aparaty szparkowe pod podciśnieniem, a AWF jest zbierany przez delikatne wirowanie23. Podczas gdy izolacja AWF jest szeroko stosowana do badania postępu biologicznego wewnątrz apoplast24,25,26,27, nie była ona wykorzystywana w systemach produkcji opartej na roślinach.
Poprawa produktywności roślin i uzyskanie docelowych białek o wysokiej czystości to główne wyzwania dla systemów produkcji roślinnej28. Zazwyczaj białka są oczyszczane z całkowicie rozpuszczalnych ekstraktów roślinnych zawierających duże ilości białek wewnątrzkomórkowych, nieprawidłowo sfałdowanych i niezmodyfikowanych produktów oraz cytochromów29, co wymaga dużych kosztów późniejszego oczyszczania30. Zastosowanie metod ekstrakcji białek AWF do ekstrakcji egzogennych białek rekombinowanych wydzielanych do apoplastu może skutecznie poprawić jednorodność rekombinowanych białek i obniżyć koszty oczyszczania białek. Tutaj używamy peptydu sygnałowego PR1a, aby umożliwić wydzielanie białka egzogennego do przestrzeni apoplastowej i wprowadzić szczegółową metodę oczyszczania białka rekombinowanego z AWF N. benthamiana.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie roślin N. benthamiana
2. Budowa rekombinowanego GFP-His
3. Produkcja GFP-His w N. benthamiana
4. Obserwacja subkomórkowej lokalizacji GFP
5. Ekstrakcja GFP z roślin
6. Oczyszczanie GFP-His za pomocą chromatografii powinowactwa niklu (Ni)
UWAGA: Wykonaj wszystkie kroki w temperaturze 4 °C.
7. Niebieskie barwienie białek Coomassie
8. Western blotting białek
9. Oznaczanie stężenia białka
10. Kwantyfikacja białka 31
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
GFP-His jest kierowany do wydzielania do przestrzeni apoplastycznej w N. benthamiana
GFP sklonowano do plazmidu pCAMBIA1300 z N-końcowym peptydem sygnałowym PR1a dla sekrecji oraz C-końcowym znacznikiem His dla puryfikacji, otrzymując p35s-PR1a-GFP-His (Rysunek 1A)Białko rekombinowane wykazano w ekspresji przejściowej w N. benthamiana a za pomocą metody western blot, przy użyciu przeciwciał anty-His, w 3. dniu po agroinfiltracji wykryto...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wykorzystanie roślin do produkcji białek terapeutycznych szybko się rozszerzyło w ostatnich latach 1,2,3,4,5,6. Geny kodujące białka są klonowane do wektorów ekspresyjnych i dostarczane do tkanek roślinnych poprzez agroinfiltrację. Po wyprodukowaniu przez komórki roślinne białka są oczyszczane do dalszych zastosowań. Zazwycza...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Ta praca jest wspierana przez Stowarzyszenie Promocji Innowacji Młodzieży CAS (2021084) oraz Fundusz Wsparcia Kluczowych Projektów Wdrożeniowych Trzyletniego Planu Działania Instytutu Mikrobiologii Chińskiej Akademii Nauk.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Przędza nylonowa o drobnych oczkach 100 | Guangzhou Huayu Trading limited company | hy-230724-2 | Do ekstrakcji białka AWF |
| 50 ml probówek wirówkowych | Vazyme | TCF00150 | Do wirówki |
| ClonExpress II jednoetapowy zestaw do klonowania | Vazyme | C112-02 | Do klonu |
| FastDigest Sac1 | NEB | R3156S | Do klonu |
| FastDigest XbaI | NEB | FD0685 | Do klonu |
| ImageJ 1.5.0 | / | /Do | analizy w skali szarości |
| Duży filtr | Thermo Fisher | NEST | Do filtrowania |
| Laserowa skaningowa mikroskopia konfokalna | Leica SP8 | Do lokalizacji subkomórkowej | |
| Sefaroza Ni excel | Cytiva | 10339806 | Do oczyszczania białek |
| Prefabrykat białkowy plus żel | YEASEN | 36246ES10 | Dla SDS-PAGE |
| Mały filtr | Nalgene | 1660045 | Do filtrowania |
| SuperSignal West Femto Substrate Trial Kit | |||
| Triton X-100 | SCR | 30188928 | Aby skonfigurować bufor ekstrakcyjny |
| Typ rotaryvang pompa | próżniowa Zhejiang taizhouqiujing pompa próżniowa spółka z ograniczoną odpowiedzialnością | 2XZ-2 | Do infiltracji próżniowej |
| Mieszalnik pionowy | Haimen Qilinbel Instrument Manufacturing spółka z ograniczoną odpowiedzialnością | BE-1200 | Do mieszania |
| i beta;-merkaptoetanolu | SIGMA | BCBK8223V | Aby skonfigurować bufor ekstrakcyjny |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.