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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Expressão de proteínas da malária em sistemas baseados em células permanece um desafio. Nós demonstramos dois sistemas de célula livre expressão de passo e um passo IVT (em tradução vitro) para expressar proteínas recombinantes rhoptry malária a partir de células HeLa. Nós usamos um sistema de purificação baseado afinidade Ni-resina para purificar as proteínas rhoptry.
A malária causa de morbidade e mortalidade mundial significativa. Nenhuma vacina de rotina está disponível no momento. Uma das principais razões para a falta de uma vacina é o desafio de identificar candidatos a vacinas adequadas. Proteínas malária expresso utilizando sistemas procariotas e eucariotas de expressão baseados em células são mal glicosilada, geralmente insolúveis e passam por dobragem inadequada levando a imunogenicidade reduzida. Os sistemas de expressão livres de gérmen de trigo, lisado de reticulócitos de coelho e lisado de células de Escherichia coli são actualmente utilizados para a expressão de proteínas da malária. No entanto, o período de tempo e a expressão inadequada de glicosilação de proteínas continua a ser um desafio. Nós demonstramos a expressão de proteínas de Plasmodium in vitro utilizando células HeLa sistemas baseados livre expressão, denominados "in vitro de células livre sistemas de expressão humanos". Os sistemas de expressão isentos de células HeLa baseado 2 transcrever o ARNm em 75 min e 3 ul de transcribed ARNm é suficiente para traduzir proteínas em 90 min. O sistema de expressão de um-passo é uma transcrição e tradução acoplado sistema de expressão; a transcrição e tradução de co-ocorre em 3 h. O processo também pode ser estendido durante 6 horas, fornecendo energia adicional. No sistema de expressão de 2 passos, o ARNm é transcrita em primeiro lugar e, em seguida, adicionados à mistura de tradução para a expressão da proteína. Nós descrevemos como expressar proteínas de malária; um hidrofóbico Cleft de PF3D7_0114100 Maurer - 2 proteína transmembranar (CGFP-2TM), uma proteína PF3D7_0925900 hidrófilo e um tatu repetições contendo proteína PF3D7_1361800, utilizando o sistema de livre expressão de células HeLa base. As proteínas são expressas em micro volumes empregando 2-passo e um passo-estratégias de expressão. Um método de purificação por afinidade para purificar a 25 ul de proteínas expressas utilizando o sistema isento de células humanas de expressão in vitro é também descrito. Rendimento de proteína é determinada pelo ensaio de Bradford e a expressoe proteínas purificadas pode ser confirmada por análise de transferência de western. Proteínas recombinantes expressas podem ser utilizados para a vacinação, imunoensaios e sequenciação de proteínas.
Na pesquisa da malária, a expressão de proteínas imunogénicas utilizando sistemas baseados em células procarióticas ou eucarióticas continua a ser um desafio. A riqueza AT do genoma de Plasmodium e desconhecidos os mecanismos pós translacionais 14,7, contribuir para as dificuldades associadas com a obtenção de proteínas correctamente dobradas e imunogénicos para produção de anticorpos e estudos de vacinas. Sistemas procariotas tais como Escherichia coli, têm sido utilizados para a expressão da proteína recombinante. Sistemas procariotas são de baixo custo, eficaz, produzir altos rendimentos de proteína recombinante e ter vários vectores de clonagem. Anfitrião E. coli são fáceis de transformar e células crescem rapidamente. No entanto, os sistemas procarióticos têm limitações, tais como a falta de substituição de aminoácidos, modificação pós-translacional, risco de contaminação, produtos heterogéneos e acumulação de proteínas recombinantes dentro de corpos de inclusão 24.
Em umestudo realizado por Mehlin et al. (2006), 1000 grelhas de leitura aberta (ORF) foram expressos. Aproximadamente 7% das proteínas expressas foram solúvel 14. A insolubilidade observado é devido à natureza tendenciosa dos genes e da alta freqüência de códons que são usados idealmente pelo Plasmodium AT genoma rico 14. Uma estratégia alternativa para ultrapassar este problema foi desenvolvido usando plasmídeos ou células hospedeiras contendo ARNt que reconhece codões raros ou codões que correspondem aos três frequências. Mesmo depois de executar essas otimizações, muito pequenas porções de proteínas são expressas como solúvel, ativa e imunogênica 14. Os sistemas de expressão isentos de células contêm todos os componentes necessários para a transcrição e tradução, tais como os ribossomos, fatores de iniciação, factores de alongamento (traduções fatores), tRNA e aminoacil-tRNA. Ambas as reacções de transcrição e de tradução são acopladas no procedimento de um só passo 11,29. O transcriPÇÃO reacção é realizada num tubo antes quantidade adequada de mRNA é incubada com uma maquinaria de tradução em 11,29 tubo diferente. Embora estes métodos são bem sucedidos em Plasmodium sp. A expressão da proteína, uma grande desvantagem é o período de tempo para a expressão da proteína, que é de aproximadamente 22 h 29. Além disso, o alto custo dos materiais para inclusão nos protocolos 29, os preparativos de trabalho intensivo do ligado celular e inconsistências nos preparativos de componentes, tornar esses sistemas inatingível. O principal foco dos pesquisadores para o desenvolvimento de um sistema de expressão livre de células depende de fatores como a rápida modificação genética, os rendimentos rápidos com altas concentrações e preparações lisado para a frente em linha reta 1.
Os sistemas eucarióticos, tais como leveduras, linhas celulares de mamíferos, baculovírus sistema de expressão mediada, Tetrahymena thermophilia, Dictyostelium discoideum e sistemas de expressão parasitárias such como Leishmania foram utilizados para a expressão da proteína recombinante 7. Os sistemas eucarióticos partes relação filogenética e, por conseguinte, também partilham características, tais como glicosilação, acilação, formação de ligação dissulfureto, interacção chaperona, proteólise e compartimentalização sub-celular. Eventos secreção de proteínas em eucariotas evitar a acumulação e toxicidade diminui para sistemas de expressão 13. A utilização de sistemas de leveduras é preferível que elas sejam adequadas para a expressão de proteínas em grande escala e para a obtenção de rendimentos elevados 4. Dois P. proteínas falciparum PfCP-29 e Pvs25 foram produzidas utilizando o sistema de levedura 4. No entanto, uma grande desvantagem na síntese da maioria das proteínas foi padrões irregulares de N e O-glicosilação, truncagem e dobragem incorrecta de proteínas a partir da sua forma nativa 4.
A utilização de células de mamíferos para a síntese de proteínas recombinantes é trabalho intensivo e é expensive para manter linhas de células recombinantes estáveis 4. Portanto, as células de mamíferos têm-se limitado para a análise de sinalização de proteína, as interacções proteína e interacções hospedeiro-parasita e também para testar as vacinas de ADN 4. O ADN humano e de ARNm no sistema in vitro isento de células de expressão da proteína aqui descrito é um sistema de mamífero baseados em derivados de células HeLa que expressam as proteínas em 3 h. As proteínas expressas utilizando pT7CFE1-chis vetor de expressão têm uma tag C-terminal facilitando a identificação e purificação. O sistema de base de HeLa é suplementado com factores de iniciação da tradução e um regulador de tradução, aumentando assim a eficiência do sistema de tradução. As proteínas podem ser rapidamente traduzidos, peneirados, verificado e processado para uso em várias aplicações imunológicas e estruturais 15.
Os sistemas de expressão isentos de células eucarióticas, tais como germe de trigo e de reticulócitos de coelho são actualmente utilizados para a expressão de varproteínas eucarióticas ious incluindo proteínas de Plasmodium 11,29. Além disso, a E. sistemas livres de células com base coli também são empregues para a expressão da proteína eucariótica 11. A Tabela 1 resume os diferentes sistemas de expressão de células livres, comparando as características dos sistemas, bem como a facilidade da utilização dos sistemas para a expressão da proteína. O sistema isento de células humano em comparação com os outros tem a capacidade de executar pós e co-translacional modificações e é menos dispendiosa. Codon optimization é possível e todas as reacções podem ser realizadas em 3 h. O sistema de HeLa é um sistema de tradução ideal para a síntese de proteína no ambiente de laboratório.
Uma grande vantagem dos sistemas de expressão de células humanas livre em relação a outros sistemas livres de células, é a disponibilidade de várias linhas celulares diferentes derivadas de diferentes órgãos e tecidos. Existem diversas variedades de sistemas isentos de células pode ser desenhado dependendo da linha celular. O extractos derivados a partir de células de mamífero têm uma maior eficiência de sintetizar proteínas grandes do que quaisquer outros sistemas de expressão de célula livre. Estes sistemas de células sem expressão podem também ser utilizados em aplicações de diagnóstico e caracterização de proteínas, tais como micro matrizes 30. As linhas de células HeLa populares são mais amplamente utilizados para realizar a expressão de proteínas 33. O retículo endoplasmático nas linhas de células HeLa é subdesenvolvidos, levando à ausência de glicosilação pós-tradução actividade modificação 33. No entanto, este sistema é que se acredita ser vantajoso para a síntese de proteínas Plasmodium Plasmodium como também não possui modificação pós tradução 29 glicosilação. O protocolo de transcrição-tradução livre de células HeLa é de fácil execução, barata e as proteínas podem ser expressas em 90 min, pronta para a purificação e aplicações a jusante.
1. Preparação de culturas de células de parasitas, Coleção de Parasite Pellets
2. Preparar plasmídeo Vector
3. Usando Protein Expression in Vitro Célula humana Livre Expressão Sistema
4. Purificação de proteínas recombinantes expressas
5. Coomassie (Bradford) Ensaio de Proteína 34
6. Western Blotting
Validação das proteínas recombinantes expressas através de reactividade com anticorpos específicos é um primeiro passo importante para confirmar a dobragem correcta das proteínas expressas. Proteínas da malária recombinantes foram expressos utilizando o passo e de dois passos em sistemas de expressão isentos de células humanas in vitro. As proteínas recombinantes são o método de afinidade de Ni-quelante purificada. Em seguida, usamos anti-soros contra roptrias inteiras merozoite em transferência Western de proteínas recombinantes separados SDS-PAGE.
A Figura 1 mostra fragmentos de genes amplificados por PCR de PY17X_1139200, PY17X_1402200, PY17X_1366000, PY17X_0830000 PF3D7_1436300 e em um gel de agarose a 1%. As bandas de DNA foram excisadas e DNA purificado por congelamento no DNA extração rotação da coluna.
Malária genes amplificados com sucesso (mostrados na Tabela 2) a partir de ADN genómico foram clonados no vector de expressão pT7CFE-Chis. Re-amplificação dos genes do recoplasmídeos mbinant demonstrou a presença dos fragmentos de genes clonados no vector. O diagrama de fluxo de sistemas de expressão utilizados para a tradução da proteína é mostrada na Figura 2. As Figuras 2A e 2B mostra um procedimento prudente passo do procedimento de 2 passos em sistema de expressão in vitro humano e de células sem o sistema de tradução acoplado IVT 1-passo. Expressão sucesso de proteínas de Plasmodium utilizando sistemas in vitro de células humanas livre expressão foi confirmada por rhoptry anti-soros de coelho específico. Tal como ilustrado na Figura 3A, as proteínas recombinantes foram reconhecidos por anti-soros de coelho específico rhoptry # 676. Como mostrado anteriormente, expressaram proteínas recombinantes não foram reconhecidos por anti-soros contra proteínas de P. vacúolo parasitóforos falciparum e P. yoelii demonstrando a especificidade do anti-soro de coelho 676 contra as proteínas expressas a 32. Soro de coelho normal (NRS), não reagiram com proteínas recombinantestraduzido usando 2-passo na célula do sistema de expressão in vitro humano livre e um passo IVT acoplado sistema de tradução (Figura 3B). A expressão bem sucedida das proteínas recombinantes Plasmodium foi confirmada por diferentes técnicas, tais como Na-gel de coloração de histidina e de níquel-HRP 32 coloração. As proteínas expressas foram purificadas pelo sistema de purificação por afinidade. A purificação é realizada no método descontínuo (não colunas usado). A técnica é optimizado por alteração da concentração de imidazole de 60 mM a 100 mM. A concentração óptima para a eluição é de 250 mM. A Figura 4 mostra a purificação bem sucedida de proteínas traduzidas a partir de 25 ul de produtos proteicos traduzidos. A Figura 4A mostra a purificação bem sucedida de fenda proteína transmembranar de Maurer 18. A Figura 4B mostra a purificação bem sucedida de PF3D7_0925900, P. falciparum ortólogo de Plasmodium yoelii PY17X_0830000 gene, umaproteína hipotética de 32. A Figura 4C mostra a purificação bem sucedida de repetições tatu contendo proteína PY17X_1139200, uma proteína hipotética usando pérolas de resina de Ni e 100 mM de imidazole em 1x tampão de eluição. O rendimento de proteína após a purificação é de 3,5 ug / 25 uL.

Figura 1. A amplificação de P. falciparum e P. genes. yoelii produtos em gel de agarose 1% de brometo de etídio mostrando coradas PCR de fragmentos de genes de PFc14_0344, PF3D7_0925900, PF3D7_1361800, PY07482 e PFA0680cw amplificados a partir de P. ADN genómico de P. falciparum.

Figura 2. Fluxograma de bas HeLa celular ed sistema de expressão livre. Representação esquemática de ambos 2-step e 1-passo em sistemas in vitro livre expressão de células humanas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3. Imunotransferência confirmação da expressão da proteína. A análise de Western blot de proteínas recombinantes expressas utilizando coelho específico todo rhoptry anti-soros # 676 e soro de coelho normal. (A) A reactividade de anti-soros de 676 com as proteínas recombinantes expressas. (B) de soro normal de coelho não reagiu com as proteínas recombinantes expressas. Proteína vacúolo parasitóforo não reagiu com as proteínas recombinantes 32."target =" _ blank hres.jpg "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4. Purificação de proteínas a partir das micro volumes de produto de tradução. A purificação de proteínas recombinantes expressas utilizando níquel quelante método de afinidade em resina. As proteínas expressas (tradução) (A) PF3D7_0114100, (B) PY17X_0830000, e (C) PY17X_1139200 proteínas foram incubadas com Níquel - resinas quelantes são purificados com resina quelante de Níquel, na ausência de tampão de imidazol em tampão de ligação e purificação. Após a incubação, as esferas foram centrifugadas, as proteínas não ligadas foram separadas e as pérolas lavadas duas vezes em tampão de lavagem. Proteínas recombinantes ligadas foram eluídas duas vezes seguida de uma lavagem das pérolas. Proteínas traduzidas, lavagens, eluatos e contasforam solubilizados em tampão de amostra de electroforese. Imidazole foi usado na lavagem (20 mM de imidazol) e eluição (100 mM de imidazol) buffers. Os anti-soros # 676 reconhecido com sucesso e expressa proteínas recombinantes purificadas. Soro normal de coelho não reagiu com proteínas expressas como mostrado na Figura 3B. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Características | Sistema de expressão de célula humana gratuito | Trigo células germinativas sistema de expressão livre | Sistema de expressão de reticulócitos de coelho | Lisado de E. coli sistema de expressão de proteínas |
| Tempo | Feito transcrição e tradução em 3 horas | Transcrição durante 6 horas e tradução de 10-20 horas | ARN tem de ser isolado a tradução é 90 min | Dome em 1 hora |
| Vector adequado | T7 vector pode ser | SP6 vector | T7 pode ser utilizada | T7 pode ser utilizada |
| Escala adequada | Adequado para a síntese de laboratório | Usado para a síntese de proteínas em grande escala | Adequado para estudos laboratoriais e imunização | Adequado para estudos laboratoriais e imunização |
| Extrato | Extractos livres de células HeLa | Embrião de extratos de trigo | Extractos de células dos reticulócitos | Extractos de E. coli lisado celular |
| Modificação | A co-translacional e modificação pós translacional | Pós translacional | A co-translacional modificação | Modificação pós-translacional |
| Tamanho da proteína traduzida | 8 kDa e 250 kDa | 220 KDa | 250 KDa | <td> 200 KDa|
| Otimização códon | Justa | Justa | Solto | Justa |
| Dissulfeto de formação de ligação | Sim | Sim | Não | Sim |
| Rendimento | Baixo rendimento | Alto rendimento | Baixo Rendimento | Muito alto rendimento |
| Custo | $ 130,00 para 10 reacções | 173,00 $ para 10 reacções | 136,00 $ 5 para reacções | 159,00 $ 8 para reacções |
| A concentração de proteínas | 3 a 5 ug por reacção | 100 ug / ml | 100 ug / ml | 500 ug / ml |
| Referências | 32, 30 | 7, 28, 29 | 7 | 7, 24, 25 |
Tabela 1. Celulares sistemas de livre expressão na pesquisa da malária. Comparação de celularOs sistemas de expressão livres usado actualmente em investigação da malária.
| Gene ID | Ort�logo ID | Proteína | Sequência iniciadora para PCR |
| PF3D7_1436300 | Componente translocon | CTCGAGAATAATAACAATCATAATAATAAG | |
| GAATTCATTATCATCAGGTTTAGCTAATTTTC | |||
| PF3D7_0114100 | Proteína de fenda CGFP-2TM Maurer | GGATCCATGTTAGGTCAAAAAAACACAAATA | |
| CTCGAGTGTTATTTGCTTTTTGTTTTGAAAA | |||
| PY17X_0830000 | PF3D7_0925900 | Proteína hipotética | GGATCCATGAAATTTTTTAATATTCTCGCA |
| CTCGAGTCCTTGGACAACATATATACT60; | |||
| PY17X_1139200 | PF3D7_1361800 | Proteína hipotética | GGATCCATGGGGTGCGACCCTGGGGTCAGCA |
| CTCGAGGCTCTTCAGATACTAAGCTACTAAT |
Tabela 2. genes Rhoptry no estudo. Os iniciadores de diferentes genes expressos neste estudo 19.
| Nome dos Materiais | Companhia | Número de catálogo | Descrição |
| 2-step em células humanas in vitro sistema de livre expressão 32 | Thermo Fisher | 88.856 | Interrompido. Sempre armazenar a -80 ° C. Não descongelar em água morna. |
| Um passo in vitro acoplado sistema de tradução | Thermo Fisher | 88.860 | Sempre armazenar a -80 ° C. Não thaw em água morna. |
Tabela 3. Hela com células, os sistemas de expressão livres. Kits utilizados para a expressão de proteínas.
Não temos nenhum interesse financeiro conflitante neste estudo.
Expressão de proteínas da malária em sistemas baseados em células permanece um desafio. Nós demonstramos dois sistemas de célula livre expressão de passo e um passo IVT (em tradução vitro) para expressar proteínas recombinantes rhoptry malária a partir de células HeLa. Nós usamos um sistema de purificação baseado afinidade Ni-resina para purificar as proteínas rhoptry.
Esta pesquisa foi apoiada pelos Fundos de Desenvolvimento do Corpo Docente da Universidade Estadual de Cleveland.
| Sistema de expressão livre de células humanas in vitro de 2 etapas | Thermo Fisher | 88856 | Descontinuado. Armazene sempre a -80 °C. Não descongele em água morna |
| Sistema de tradução acoplado de 1 passo in vitro | Thermo fischer | 88860 | Armazene sempre a -80 ° C. Não descongele em água morna |
| Sistema de purificação ProBond | Invitrogen | K850-01 | Armazene na RT |
| Resina quelante de níquel Probond | Invitrogen | R801-01 | Armazene em 4oC. |
| Banco de | Sangue Interestadual | de Sangue Humano A + | em 4 ° C. |