Name: Metoda oparta na ekstrakcji apoplastów w celu poprawy czystości rekombinowanego białka wytwarzanego przez rośliny (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-07-05T14:20:00.000+00:00
Duration: 5 min 33 s
Description: Poznaj metodę ekstrakcji apoplastów w celu uzyskania wysokiej czystości rekombinowanych białek z Nicotiana benthamiana. Technika ta zwiększa homogeniczność próbek i obniża koszty oczyszczania.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

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.

1. Przygotowanie roślin N. benthamiana
<ol>
	<li>Umieść bloki sadzonek na tacy, dodaj 1 l wody i moczyć przez około 2 godziny, aż do całkowitego nasycenia.</li>
	<li>Równomiernie rozsyp nasiona N. benthamiana typu dzikiego na blokach sadzonek, przykryj pokrywką i kiełkuj przez 1 tydzień. Uprawiaj N. benthamiana w szklarni z 18-godzinnym fotoperiodem, 24 °C, 45% wilgotnością względną i nawozić co 2 tygodnie.</li>
	<li>Gdy nasiona wykiełkują, użyj pęsety, aby delikatnie usunąć sadzonkę, uważając, aby nie uszkodzić jej korzeni. Wykop mały dół na środku nowej tacy, umieść w nim sadzonkę i lekko przykryj korzenie ziemią. Przykryj pokrywką i kontynuuj wzrost.</li>
	<li>Rosnąć, aż sadzonki będą miały trzy liście, z założoną pokrywką. Zdejmij pokrywkę, gdy pojawi się4-ty prawdziwy liść.</li>
	<li>Pozwól roślinom kontynuować wzrost jeszcze przez dwa tygodnie przed agroinfiltracją.</li>
</ol>
2. Budowa rekombinowanego GFP-His
<ol>
	<li>Przeprowadzić optymalizację i syntezę kodonów N. benthamiana GFP i PR1a (MGFVLFSQLPSFLLVSTLLLFLVISHSCRAG) w oparciu o sekwencje genów.</li>
	<li>Przeprowadzić podwójne roztwarzanie wektora pCAMBIA1300 przy użyciu enzymów Xba I i Sac I (patrz tabela materiałów).</li>
	<li>Przeprowadzić amplifikację PR1a za pomocą starterów upstream (TTGGAGAGAACACGGGACTCTAGAATGGGATT 
	TGTTCTCTTTTC) i startery końcowe (TCCTCG 
	CCCTTGCTCACCATGTCGACCCCGGCACGGCAAGA 
	GTGGG), amplifikacja GFP za pomocą starterów upstream (CCCACTCTTGCCGTGCCGGGGGGGGGACATGGTGAG 
	CAAGGGCGAGGA) i startery (GGGGAAATTCGAGCTCTCAGTGGTGATGGTGGTG 
	GTGAGATCTTCCGGACTTGT).</li>
	<li>Stosując rekombinację homologiczną, sklonuj PR1a i GFP do wektora ekspresji roślinnej pCAMBIA1300. Po przeniesieniu do E. coli należy wybrać pojedyncze klony i wysłać je do firmy w celu sekwencjonowania. Porównanie wyników sekwencjonowania i właściwego plazmidu to rekombinowany plazmid pCAMBIA1300-PR1a-GFP-His, określany jako p35s-PR1a-GFP-His.</li>
</ol>
3. Produkcja GFP-His w N. benthamiana
<ol>
	<li>Dodać 1 μl plazmidu GFP do 50 μl komórek receptorowych Agrobacterium GV3101, delikatnie wymieszać i dodać do miseczki elektrody, usunąć po porażeniu prądem na elektrowstrząsaczu.</li>
	<li>Rozprzestrzenianie się transformowane Agrobacterium tumefaciens na stałej pożywce LB zawierającej 50 μg/ml kanamycyny (Kan) i 50 μg/ml ryfampicyny (Rif). Inkubować odwróconą w temperaturze 28 °C przez 48 godzin. Wektor pCAMBIA1300 jest odporny na kan, a Agrobacterium jest odporny na rif; tylko prawidłowe Agrobacterium może rosnąć na płytkach z kan i rif. Klonami monoklonalnymi były dodatnie transformanty o nazwie A. tumefaciens GV3101-p35s-PR1a-GFP-His (AtGPG).</li>
	<li>Użyj wysterylizowanej wykałaczki, aby pobrać odpowiednią ilość AtGPG i zaszczepić ją w 4 ml płynnego LB z Kan i Rif. Hodowla w temperaturze 28 °C, 220-300 obr./min przez 24 godziny.</li>
	<li>Subkultura bakterii 1:50 do świeżego LB (50 μg/ml Kan, 10 mM kwasu 2-(N-Morfolino) etanosulfonowego (MES), 20 μM acetosyringonu (AS)) i inkubować w temperaturze 28 °C, 220-300 obr./min przez 10-12 godzin.</li>
	<li>Zebrać bakterie przez odwirowanie przy 1500 x g przez 10 minut i ponownie zawiesić osad z 1 ml MMA (10 mM MgCl2, 10 mM MES pH 5,6, 100 μM AS).</li>
	<li>Zmierz i dostosuj gęstość optyczną (OD) AtGPG do OD600=0.8 za pomocą MMA. Inkubuj bakterie przez kolejne 2-4 godziny w temperaturze pokojowej. Pobrać roztwór bakteryjny za pomocą strzykawki bez igły, lekko docisnąć go do tylnej części liści i mocno docisnąć, aby wniknął roztwór do liści. Wstrzyknij tylko środkowe 3-4 liście na roślinę.</li>
	<li>Kontynuuj uprawę N. benthamiana w szklarni przez 3-4 dni przed zbraniem liści w celu ekstrakcji białka.</li>
</ol>
4. Obserwacja subkomórkowej lokalizacji GFP
<ol>
	<li>Po 48 godzinach agroinfiltracji wybierz płaski liść i użyj dziurkacza o średnicy 6 mm, aby zacisnąć ostrze do przebijania.</li>
	<li>Wlej 30% roztwór sacharozy na szkiełko podstawowe, umieść próbkę liści tyłem do góry i przykryj ją szkłem nakrywkowym.</li>
	<li>Ustaw długość fali wzbudzenia na 488 nm i wykryj zieloną fluorescencję przy 490-550 nm po powiększeniu 400x. Pierwsze zdjęcie zrób po przygotowaniu zjeżdżalni, a kolejne 10 minut później.</li>
</ol>
5. Ekstrakcja GFP z roślin
<ol>
	<li>Ekstrakcja AWF
	<ol>
		<li>Zebrać nienaruszone świeże liście N. benthamiana wykazujące ekspresję rekombinowanego GFP po 3 dniach od agroinfiltracji. Delikatnie traktuj liść i utrzymuj integralność liścia, aby uniknąć wewnątrzkomórkowego wypływu białka. Zebrane liście należy natychmiast wykorzystać do następnego kroku, aby uniknąć degradacji białka.</li>
		<li>Opłucz blaszkę liściową wstępnie schłodzonym wysterylizowanym ddH2O, aby usunąć zanieczyszczenia.</li>
		<li>Zważyć świeże liście i zanurzyć 20 g liści (stroną odbytową do dołu) w 100 ml wstępnie schłodzonego 100 mM buforu fosforanowego (PB 100 mM Na2HPO4 i 100 mM NaH2PO4 zostały oddzielnie skonfigurowane i zmieszane w stosunku 2,2:1 pH 7,0) w zlewce o pojemności 200 ml. Przykryj liście przędzą nylonową o drobnych oczkach o oczkach 100 (patrz Tabela materiałów) i plastikową płytką. 
		UWAGA: Wstępne chłodzenie zapobiega degradacji białek. Objętości można regulować w oparciu o skalę eksperymentalną. Upewnij się, że wszystkie liście są zanurzone.</li>
		<li>Umieść zlewkę w pompie próżniowej. Zastosuj podciśnienie 0,8 MPa przez 1 minutę, a następnie szybko przywróć ciśnienie atmosferyczne.</li>
		<li>Usuń liście z bufora i delikatnie osusz chłonnym papierem. Zwiń liście, owiń przędzą siatkową i umieść 5 g liści w każdej probówce wirówkowej o pojemności 50 ml. Aby zebrać AWF, umieść zwinięte liście czubkiem do góry w tubach z przędzą siatkową przymocowaną za pomocą nasadek rury.</li>
		<li>Wirować w temperaturze 4 °C, 500 x g przez 5 min. Usunąć liście i zebrać AWF na dnie probówki za pomocą pipety. Z każdej probówki można uzyskać około 5 ml AWF. 
		UWAGA: W celu zminimalizowania interferencji ze strony białek wewnątrzkomórkowych i ekstrakcji maksymalnej ilości białek AWF, ekstrakcję można powtórzyć 2x-3x, ale nie więcej niż 3x.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Całkowita ekstrakcja białka rozpuszczalnego
	<ol>
		<li>Zmiel 20 g liści na drobny proszek w ciekłym azocie. Dodać bufor ekstrakcyjny (50 mM Tris-HCl pH 7,4, 150 mM NaCl, 10% glicerolu, 1% Triton X-100, 0,034% β-merkaptoetanolu (patrz tabela materiałów)) w stosunku 1: 2.</li>
		<li>Wstrząsać homogenatem w mieszalniku pionowym przez 30 minut w temperaturze 4 °C. Odwirowywać homogenat w temperaturze 13 000 x g przez 15 minut w temperaturze 4 °C.</li>
		<li>Przenieść supernatant do nowej probówki i powtarzać wirowanie przez 15 minut. Przenieść oczyszczony supernatant do innej probówki.</li>
		<li>Przefiltrować supernatant przez filtr 0,22 μm (patrz tabela materiałów), aby uzyskać całkowity rozpuszczalny ekstrakt białkowy.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
 
6. Oczyszczanie GFP-His za pomocą chromatografii powinowactwa niklu (Ni)
UWAGA: Wykonaj wszystkie kroki w temperaturze 4 °C.
<ol>
	<li>Dodać żywicę Excel sefarozy Ni (patrz tabela materiałów) do probówki w stosunku 1:1000 w stosunku do objętości ekstraktu białkowego z kroku 5.1.6. Objętość żywicy równa się 1/1000 objętości ekstraktu białkowego.</li>
	<li>Żywicę Ni przemyć 3x oddzielnie z 10-krotną objętością żywicyddH2O i PB (pH 7,0) i usunąć supernatant.</li>
	<li>Inkubować ekstrakt białkowy z żywicą Ni przez 2 godziny, aby umożliwić pełne wiązanie. Wirować przy 500 x g przez 5 minut w celu usunięcia niezwiązanych białek z supernatantu. Umyć 3x z 20x objętością żywicy PB. Wirować przy 500 x g przez 5 minut i usunąć supernatant.</li>
	<li>Elute GFP-His przez dodanie 10x objętości żywicy 250 mM imidazolu (50 mM Tris-HCl pH 7,4, 150 mM NaCl, 10% glicerolu, 250 mM imidazolu) i zebrać supernatant.</li>
</ol>
7. Niebieskie barwienie białek Coomassie
<ol>
	<li>Do 40 μl próbek białka dodać 10 μl buforu ładującego 5x SDS, gotować przez 10 minut, a następnie uruchomić na 15% SDS-PAGE przy 110 V przez 60 minut.</li>
	<li>Żele białkowe barwić roztworem Coomassie blue (0,1% R-250, 25% izopropanol, 10% lodowaty kwas octowy) przez 2 godziny.</li>
	<li>Odlej roztwór i myj roztworem odbarwiającym przez 2 godziny. Obserwuj żel; białka na żelu będą pokolorowane na niebiesko.</li>
</ol>
8. Western blotting białek
<ol>
	<li>Do 40 μl próbek białka dodać 10 μl buforu ładującego 5x SDS, gotować przez 10 minut, a następnie uruchomić na 15% SDS-PAGE przy 110 V przez 60 minut.</li>
	<li>Przenieś białka do membrany nitrocelulozowej o wielkości 0,45 μm w temperaturze 280 mA. Zablokuj membranę 5% odtłuszczonym mlekiem na 1 godzinę.</li>
	<li>Rozcieńczyć przeciwciała anty-His-tag w stosunku 1:5000 i inkubować błonę z przeciwciałami przez 1 godzinę. Użyj tris-buforowanego soli fizjologicznej i tween 20 (TBST), aby przemyć membranę 4x przez 5 minut.</li>
	<li>Rozcieńczyć przeciwciała anty-mysie w stosunku 1:10000 i inkubować błonę z przeciwciałami przez 1 godzinę. Użyć TBST do przemycia membrany 4x przez 5 min.</li>
	<li>Wymieszaj wywoływacz (patrz tabela materiałów) w stosunku 1:1. Dodać 400 μl do membrany i pozostawić do reakcji na 1 minutę. Rób zdjęcia po 1 minutach naświetlania za pomocą wizualizatora.</li>
</ol>
9. Oznaczanie stężenia białka
<ol>
	<li>Dodaj 5 μl białka do 1 ml odczynnika barwnikowego Bradford 1x i reaguj przez 5 minut.</li>
	<li>Określić wartość OD595 po wyzerowaniu i obliczyć stężenie białka na podstawie krzywej wzorcowej.</li>
</ol>
10. Kwantyfikacja białka 31
<ol>
	<li>Wykonaj Western blot próbek białek wraz z wzorcami.</li>
	<li>Przeprowadzić kwantyfikację GFP według stosunku do wzorców przy użyciu analizy skali szarości ImageJ 1.5.0.</li>
</ol>

Efficient Extraction and Purification of GFP-His from N. benthamiana Leaves

<ol><li>Zahmanova, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Green+biologics%3A+Harnessing+the+power+of+plants+to+produce+pharmaceuticals%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Mol+Sci%22%5BJournal%5D)">Green biologics: Harnessing the power of plants to produce pharmaceuticals.</a> Int J Mol Sci. 24 (24), 1757(2023).</li>
<li>PREVAIL II Writing Group. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+randomized%2C+controlled+trial+of+ZMapp+for+Ebola+virus+infection%5BTitle%5D)+AND+%22N+Engl+J+Med%22%5BJournal%5D)">A randomized, controlled trial of ZMapp for Ebola virus infection.</a> N Engl J Med. 375 (15), 1448-1456 (2016).</li>
<li>Ma, J. K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulatory+approval+and+a+first-in-human+phase+I+clinical+trial+of+a+monoclonal+antibody+produced+in+transgenic+tobacco+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Biotechnol+J%22%5BJournal%5D)">Regulatory approval and a first-in-human phase I clinical trial of a monoclonal antibody produced in transgenic tobacco plants.</a> Plant Biotechnol J. 13 (8), 1106-1120 (2015).</li>
<li>Shanmugaraj, B., Rattanapisit, K., Manopwisedjaroen, S., Thitithanyanont, A., Phoolcharoen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monoclonal+antibodies+B38+and+H4+produced+in+Nicotiana+benthamiana+neutralize+SARS-CoV-2+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Monoclonal antibodies B38 and H4 produced in Nicotiana benthamiana neutralize SARS-CoV-2 in vitro.</a> Front Plant Sci. 11, 589995(2020).</li>
<li>Takeyama, N., Kiyono, H., Yuki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant-based+vaccines+for+animals+and+humans%3A+Recent+advances+in+technology+and+clinical+trials%5BTitle%5D)+AND+%22Ther+Adv+Vaccines%22%5BJournal%5D)">Plant-based vaccines for animals and humans: Recent advances in technology and clinical trials.</a> Ther Adv Vaccines. 3 (5-6), 139-154 (2015).</li>
<li>Ward, B. J., Séguin, A., Couillard, J., Trépanier, S., Landry, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phase+III%3A+Randomized+observer-blind+trial+to+evaluate+lot-to-lot+consistency+of+a+new+plant-derived+quadrivalent+virus+like+particle+influenza+vaccine+in+adults+18-49+years+of+age%5BTitle%5D)+AND+%22Vaccine%22%5BJournal%5D)">Phase III: Randomized observer-blind trial to evaluate lot-to-lot consistency of a new plant-derived quadrivalent virus like particle influenza vaccine in adults 18-49 years of age.</a> Vaccine. 39 (10), 1528-1533 (2021).</li>
<li>Siriwattananon, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant-produced+receptor-binding+domain+of+SARS-CoV-2+elicits+potent+neutralizing+responses+in+mice+and+non-human+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Plant-produced receptor-binding domain of SARS-CoV-2 elicits potent neutralizing responses in mice and non-human primates.</a> Front Plant Sci. 12, 682953(2021).</li>
<li>Leblanc, Z., Waterhouse, P., Bally, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant-based+vaccines%3A+The+way+ahead%5BTitle%5D)+AND+%22Viruses%22%5BJournal%5D)">Plant-based vaccines: The way ahead.</a> Viruses. 13 (1), 5(2020).</li>
<li>Sethi, L., Kumari, K., Dey, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+of+plants+for+efficient+production+of+therapeutics%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Engineering of plants for efficient production of therapeutics.</a> Mol Biotechnol. 63 (12), 1125-1137 (2021).</li>
<li>Webster, D. E., Thomas, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Post-translational+modification+of+plant-made+foreign+proteins%3B+glycosylation+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Adv%22%5BJournal%5D)">Post-translational modification of plant-made foreign proteins; glycosylation and beyond.</a> Biotechnol Adv. 30 (2), 410-418 (2012).</li>
<li>Streatfield, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Approaches+to+achieve+high-level+heterologous+protein+production+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Biotechnol+J%22%5BJournal%5D)">Approaches to achieve high-level heterologous protein production in plants.</a> Plant Biotechnol J. 5 (1), 2-15 (2007).</li>
<li>Nandi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+development+and+economic+evaluation+of+recombinant+human+lactoferrin+expressed+in+rice+grain%5BTitle%5D)+AND+%22Transgenic+Res%22%5BJournal%5D)">Process development and economic evaluation of recombinant human lactoferrin expressed in rice grain.</a> Transgenic Res. 14 (3), 237-249 (2005).</li>
<li>Ullrich, K. K., Hiss, M., Rensing, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Means+to+optimize+protein+expression+in+transgenic+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Means to optimize protein expression in transgenic plants.</a> Curr Opin Biotechnol. 32, 61-67 (2015).</li>
<li>Su, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant-made+vaccines+against+viral+diseases+in+humans+and+farm+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Plant-made vaccines against viral diseases in humans and farm animals.</a> Front Plant Sci. 14, 1170815(2023).</li>
<li>Agrawal, G. K., Jwa, N. S., Lebrun, M. H., Job, D., Rakwal, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant+secretome%3A+Unlocking+secrets+of+the+secreted+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Proteomics%22%5BJournal%5D)">Plant secretome: Unlocking secrets of the secreted proteins.</a> Proteomics. 10 (4), 799-827 (2010).</li>
<li>Kim, T., Gondré-Lewis, M. C., Arnaoutova, I., Loh, Y. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dense-core+secretory+granule+biogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Physiology%22%5BJournal%5D)">Dense-core secretory granule biogenesis.</a> Physiology. 21, 124-133 (2006).</li>
<li>Menkhaus, T. J., Bai, Y., Zhang, C., Nikolov, Z. L., Glatz, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Considerations+for+the+recovery+of+recombinant+proteins+from+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Prog%22%5BJournal%5D)">Considerations for the recovery of recombinant proteins from plants.</a> Biotechnol Prog. 20 (4), 1001-1014 (2004).</li>
<li>Kim, S. T., Cho, K. S., Jang, Y. S., Kang, K. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+electrophoretic+analysis+of+rice+proteins+by+polyethylene+glycol+fractionation+for+protein+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional electrophoretic analysis of rice proteins by polyethylene glycol fractionation for protein arrays.</a> Electrophoresis. 22 (10), 2103-2109 (2001).</li>
<li>Xi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polyethylene+glycol+fractionation+improved+detection+of+low-abundant+proteins+by+two-dimensional+electrophoresis+analysis+of+plant+proteome%5BTitle%5D)+AND+%22Phytochemistry%22%5BJournal%5D)">Polyethylene glycol fractionation improved detection of low-abundant proteins by two-dimensional electrophoresis analysis of plant proteome.</a> Phytochemistry. 67 (21), 2341-2348 (2006).</li>
<li>Dani, V., Simon, W. J., Duranti, M., Croy, R. R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+the+tobacco+leaf+apoplast+proteome+in+response+to+salt+stress%5BTitle%5D)+AND+%22Proteomics%22%5BJournal%5D)">Changes in the tobacco leaf apoplast proteome in response to salt stress.</a> Proteomics. 5 (3), 737-745 (2005).</li>
<li>Delaunois, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uncovering+plant-pathogen+crosstalk+through+apoplastic+proteomic+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Uncovering plant-pathogen crosstalk through apoplastic proteomic studies.</a> Front Plant Sci. 5, 249(2014).</li>
<li>Andreasson, E., Abreha, K. B., Resjö, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation+of+apoplast%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Isolation of apoplast.</a> Methods Mol. Biol. 1511, 233-240 (2017).</li>
<li>Lohaus, G., Pennewiss, K., Sattelmacher, B., Hussmann, M., Hermann, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Is+the+infiltration-centrifugation+technique+appropriate+for+the+isolation+of+apoplastic+fluid%3F+A+critical+evaluation+with+different+plant+species%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Plant%22%5BJournal%5D)">Is the infiltration-centrifugation technique appropriate for the isolation of apoplastic fluid? A critical evaluation with different plant species.</a> Physiol Plant. 111 (4), 457-465 (2001).</li>
<li>Nouchi, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overcoming+the+difficulties+in+collecting+apoplastic+fluid+from+rice+leaves+by+the+infiltration-centrifugation+method%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Cell+Physiol%22%5BJournal%5D)">Overcoming the difficulties in collecting apoplastic fluid from rice leaves by the infiltration-centrifugation method.</a> Plant Cell Physiol. 53 (9), 1659-1668 (2012).</li>
<li>Rumyantseva, N. I., Valieva, A. I., Kostyukova, Y. A., Ageeva, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+leaf+plasticity+on+the+isolation+of+apoplastic+fluid+from+leaves+of+tartary+buckwheat+plants+grown+in+vivo+and+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Plants%22%5BJournal%5D)">The effect of leaf plasticity on the isolation of apoplastic fluid from leaves of tartary buckwheat plants grown in vivo and in vitro.</a> Plants. 12 (23), 4048(2023).</li>
<li>Ekanayake, G., Gohmann, R., Mackey, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+method+for+quantitation+of+apoplast+hydration+in+Arabidopsis+leaves+reveals+water-soaking+activity+of+effectors+of+Pseudomonas+syringae+during+biotrophy%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">A method for quantitation of apoplast hydration in Arabidopsis leaves reveals water-soaking activity of effectors of Pseudomonas syringae during biotrophy.</a> Sci Rep. 12 (1), 18363(2022).</li>
<li>Preston, G. M., Fones, H. N., Mccraw, S., Rico, A., O'leary, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+infiltration-centrifugation+technique+for+extraction+of+apoplastic+fluid+from+plant+leaves+using+phaseolus+vulgaris+as+an+example%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">The infiltration-centrifugation technique for extraction of apoplastic fluid from plant leaves using phaseolus vulgaris as an example.</a> J Vis Exp. (94), e52113(2014).</li>
<li>Nandi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+development+and+economic+evaluation+of+recombinant+human+lactoferrin+expressed+in+rice+grain%5BTitle%5D)+AND+%22Transgenic+Res%22%5BJournal%5D)">Process development and economic evaluation of recombinant human lactoferrin expressed in rice grain.</a> Transgenic Res. 14 (3), 237-249 (2005).</li>
<li>Menkhaus, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Considerations+for+the+recovery+of+recombinant+proteins+from+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Prog%22%5BJournal%5D)">Considerations for the recovery of recombinant proteins from plants.</a> Biotechnol Prog. 20 (4), 1001-1014 (2004).</li>
<li>Streatfield, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Approaches+to+achieve+high-level+heterologous+protein+production+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Biotechnol+J%22%5BJournal%5D)">Approaches to achieve high-level heterologous protein production in plants.</a> Plant Biotechnol J. 5 (1), 2-15 (2007).</li>
<li>Yamamoto, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+the+transient+expression+system+for+production+of+recombinant+proteins+in+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Improvement of the transient expression system for production of recombinant proteins in plants.</a> Sci Rep. 8 (1), 4755(2018).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wheat+Apoplast-localized+lipid+transfer+protein+TaLTP3+enhances+defense+responses+against+Puccinia+triticina%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Wheat Apoplast-localized lipid transfer protein TaLTP3 enhances defense responses against Puccinia triticina.</a> Front Plant Sci. 12, 771806(2021).</li>
<li>Venkataraman, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+expression+and+purification+strategies+for+plant+made+vaccines%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Plant+Sci%22%5BJournal%5D)">Recent advances in expression and purification strategies for plant made vaccines.</a> Front Plant Sci. 14, 1273958(2023).</li>
<li>Witzel, K., Shahzad, M., Matros, A., Mock, H. P., Mühling, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+evaluation+of+extraction+methods+for+apoplastic+proteins+from+maize+leaves%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Meth%22%5BJournal%5D)">Comparative evaluation of extraction methods for apoplastic proteins from maize leaves.</a> Plant Meth. 7, 48(2011).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>Przędza nylonowa o drobnych oczkach 100</td><td>Guangzhou Huayu Trading limited company</td><td>hy-230724-2</td><td>Do ekstrakcji białka AWF</td></tr><tr><td>50 ml probówek wirówkowych</td><td>Vazyme</td><td>TCF00150</td><td>Do wirówki</td></tr><tr><td>ClonExpress II jednoetapowy zestaw do klonowania</td><td>Vazyme</td><td>C112-02</td><td>Do klonu</td></tr><tr><td>FastDigest Sac1</td><td>NEB</td><td>R3156S</td><td>Do klonu</td></tr><tr><td>FastDigest XbaI</td><td>NEB</td><td>FD0685</td><td>Do klonu</td></tr><tr><td>ImageJ 1.5.0</td> <td>/</td><td>/Do</td> <td>analizy w skali szarości</td></tr><tr><td>Duży filtr</td><td>Thermo Fisher</td><td>NEST</td><td>Do filtrowania</td></tr><tr><td>Laserowa skaningowa mikroskopia konfokalna</td><td>Leica SP8</td><td></td><td>Do lokalizacji subkomórkowej</td></tr><tr><td>Sefaroza Ni excel</td><td>Cytiva</td><td>10339806</td><td>Do oczyszczania białek</td></tr><tr><td>Prefabrykat białkowy plus żel</td><td>YEASEN</td><td>36246ES10</td><td>Dla SDS-PAGE</td></tr><tr><td>Mały filtr</td><td>Nalgene</td><td>1660045</td><td>Do filtrowania</td></tr><tr><td>SuperSignal West Femto Substrate Trial Kit</td><td></td><td></td><td></td>Thermo Fisher 34076 Do western blotting</tr><tr><td>Triton X-100</td><td>SCR</td><td>30188928</td><td>Aby skonfigurować bufor ekstrakcyjny</td></tr><tr><td>Typ rotaryvang pompa</td><td>próżniowa Zhejiang taizhouqiujing pompa próżniowa spółka z ograniczoną odpowiedzialnością</td><td>2XZ-2</td><td>Do infiltracji próżniowej</td></tr><tr><td>Mieszalnik pionowy</td><td>Haimen Qilinbel Instrument Manufacturing spółka z ograniczoną odpowiedzialnością</td><td>BE-1200</td><td>Do mieszania</td></tr> <tr><td>i beta;-merkaptoetanolu</td><td>SIGMA</td><td>BCBK8223V</td><td>Aby skonfigurować bufor ekstrakcyjny</td></tr></tbody></table>

metoda oparta na ekstrakcji apoplastów w celu poprawy czystości rekombinowanego białka wytwarzanego przez rośliny

Apoplast-Extraction Based Method to Improve the Purity of Plant Produced Recombinant Protein

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.

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...

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.

Metoda oparta na ekstrakcji apoplastów w celu poprawy czystości rekombinowanego białka wytwarzanego przez rośliny

Plants are a newly developing eukaryotic expression system being explored to produce therapeutic proteins. Purification of recombinant proteins from ...

Zbadaliśmy, w jaki sposób ekstrahować rekombinowane białka z komórek roślinnych. Bardziej oficjalnie odpowiedzieliśmy na pytanie, czy metoda ekstrakcji białka apoplastowego jest wykonalna w przypadku zastosowania do białek rekombinowanych. Ta metoda ekstrakcji sprawdza białka wydzielane do apoplastu, dzięki czemu mają one wyższą jednorodność.Nie ma potrzeby niszczenia komórek, co zmniejsza interferencję ze strony białek wewnątrzkomórkowych i późniejsze koszty oczyszczania komórki. Skupimy się na tym, jak zwiększyć wydzielanie białek rekombinowanych w górnej przestrzeni roślinnej, aby jeszcze bardziej poprawić efektywność metody ekstrakcji białek apoplastowych. Aby zaobserwować subkomórkową lokalizację GFP po 48 godzinach agroinfiltracji Nicotiana benthamiana, wybierz płaski liść i wykonaj sześciomilimetrowy otwór za pomocą dziurkacza.Wlej 30% roztwór sacharozy na szklane szkiełko. Umieść próbkę liścia tyłem do góry i przykryj ją szkłem nakrywkowym. Zebrać nienaruszone, świeże liście N. benthamiana wykazujące ekspresję rekombinowanego GFP po trzech dniach od agroinfiltracji i zważyć liście.Opłucz blaszkę liściową wstępnie schłodzoną, wysterylizowaną, podwójnie destylowaną wodą, aby

apoplast-extraction-based-method-to-improve-purity-plant-produced

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Rośliny oferują nowatorski system do produkcji białek farmaceutycznych na skalę komercyjną, który jest bardziej skalowalny, opłacalny i bezpieczny niż obecne paradygmaty ekspresji. W tym badaniu przedstawiamy proste i wygodne, a jednocześnie skalowalne podejście do wprowadzenia genu docelowego zawierającego Agrobacterium tumefaciens do roślin w celu przejściowej ekspresji białka.

Efektywna agroinfiltracja roślin w celu uzyskania przejściowej ekspresji białek rekombinowanych na wysokim poziomie

Ten protokół szczegółowo opisuje zoptymalizowaną ekstrakcję płynu do mycia apoplast z liści roślin, używając francuskiej fasoli (Phaseolus vulgaris) jako przykładu modelu.

Technika infiltracjjno-wirowa do ekstrakcji płynu apoplastycznego z liści roślin na przykładzie Phaseolus vulgaris

W tym badaniu porównano ekspresję docelowego ludzkiego białka rekombinowanego na różnych platformach produkcyjnych. Skupiliśmy się na tradycyjnych kulturach fermentorowych i roślinach, opisując konfigurację każdego systemu i podkreślając, na podstawie zgłoszonych wyników, nieodłączne ograniczenia i zalety każdej platformy.

Analiza porównawcza ekspresji białek rekombinowanych w różnych biofabrykach: bakteriach, komórkach owadów i systemach roślinnych

To jest szybki, efektywny kosztowo protokół produkcji wydzielanych, glikozylowanych białek ssaków i późniejszego jednoetapowego oczyszczania z wystarczającą wydajnością jednorodnego białka do krystalografii rentgenowskiej i innych badań biofizycznych.

Wydajna ekspresja komórek ssaków i jednoetapowe oczyszczanie zewnątrzkomórkowych glikoprotein do krystalizacji

Przedstawiono trzy metody wytrącania ciepła, które skutecznie usuwają ponad 90% białek komórek gospodarza (HCP) z ekstraktów tytoniowych przed jakimkolwiek innym etapem oczyszczania. HCP roślin nieodwracalnie agregują się w temperaturach powyżej 60 °C.

Porównanie metod usuwania białek komórek gospodarza tytoniu poprzez blanszowanie nienaruszonych roślin lub obróbkę cieplną ekstraktów

Tutaj opisujemy metodę oczyszczania nienaruszonych chloroplastów z liści Arabidopsis i ich trzech głównych podkomór (otoczka, zrąb i tylakoidy), używając kombinacji wirowania różnicowego, ciągłych gradientów Percoll i nieciągłych gradientów sacharozy. Metoda ta jest cenna dla subplastydialnej i subkomórkowej lokalizacji białek za pomocą immunoblottingu i proteomiki.

Przygotowanie podkompartmentów chloroplastowych z Arabidopsis do analizy lokalizacji białek za pomocą immunoblottingu lub proteomiki

Przedstawiamy zaktualizowany protokół produkcji systemu OnePot 'Protein Synthesis Using Recombinant Elements' (PURE) oraz prymitywnych rybosomów do syntezy białek wolnych od komórek, koncentrując się na kontrolowaniu wzrostu komórek w celu minimalizacji różnic między partiami.

Udoskonalenie OnePot PURE oraz surowej produkcji rybosomów dla powtarzalnej syntezy białek wolnych od komórek

Protokół ten opisuje szybką, powtarzalną metodę ekstrakcji i wytrącania opartą na rozpuszczalnikach organicznych do oczyszczania polipeptydu podobnego do elastyny (ELP) z Escherichia coli, oferując potencjalnie skalowalną alternatywę dla konwencjonalnych metod oczyszczania ELP.

Efektywne oczyszczanie polipeptydów podobnych do elastyny (ELP) z E. coli przy użyciu metody ekstrakcji i wytrącenia opartej na rozpuszczalnikach organicznych

Protokół ten opisuje zoptymalizowaną metodę izolowania pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EV) z liści Arabidopsis thaliana , wspierającą dalsze analizy molekularne i funkcjonalne.

Izolacja i oczyszczanie zewnętrznych pęcherzyków roślinnych z liści Arabidopsis przy użyciu zoptymalizowanej metody zbierania apoplastów

Metoda przygotowania komórek owadzie i zakażania ich bakulowirusem w celu produkcji rekombinowanego białka mCD1d oraz generowania tetramerów mCD1d.

Metoda produkcji rekombinowanego białka mCD1d w komórkach owadzych.

Poznaj metodę ekstrakcji apoplastów w celu uzyskania wysokiej czystości rekombinowanych białek z Nicotiana benthamiana. Technika ta zwiększa homogeniczność próbek i obniża koszty oczyszczania.

Metoda oparta na ekstrakcji apoplastów w celu poprawy czystości rekombinowanego białka wytwarzanego przez rośliny

Przeglądaj więcej filmów