Artigo de método

Expressão de alto rendimento e purificação de carreadores de solutos humanos para estudos estruturais e bioquímicos

DOI:

10.3791/65878

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29 de setembro de 2023

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1Centre for Medicines Discovery, Nuffield Department of Medicine, University of Oxford, 2Nuvisan ICB GmbH, 3CeMM Research Center for Molecular Medicine of the Austrian Academy of Sciences

Neste artigo

Resumo

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Estudos estruturais e bioquímicos de transportadores de membrana humana requerem quantidades de miligramas de proteína estável, intacta e homogênea. Aqui descrevemos métodos escaláveis para selecionar, expressar e purificar transportadores de solutos humanos usando genes otimizados para códons.

Resumo

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Transportadores de solutos (SLCs) são transportadores de membrana que importam e exportam uma gama de substratos endógenos e exógenos, incluindo íons, nutrientes, metabólitos, neurotransmissores e produtos farmacêuticos. Apesar de ter emergido como alvos terapêuticos atraentes e marcadores de doença, esse grupo de proteínas ainda é relativamente subdrogado pelos fármacos atuais. Projetos de descoberta de fármacos para esses transportadores são impedidos por limitados conhecimentos estruturais, funcionais e fisiológicos, em última análise, devido às dificuldades na expressão e purificação dessa classe de proteínas embutidas em membrana. Aqui, demonstramos métodos para obter quantidades de miligramas de alta pureza de proteínas transportadoras de SLC humanas usando sequências gênicas otimizadas para códons. Em conjunto com uma exploração sistemática do projeto de construção e expressão de alto rendimento, esses protocolos garantem a preservação da integridade estrutural e da atividade bioquímica das proteínas-alvo. Também destacamos etapas críticas na expressão de células eucarióticas, purificação de afinidade e cromatografia de exclusão de tamanho dessas proteínas. Em última análise, esse fluxo de trabalho produz preparações proteicas puras, funcionalmente ativas e estáveis adequadas para determinação de estrutura de alta resolução, estudos de transporte, ensaios de engajamento de moléculas pequenas e triagem in vitro de alto rendimento.

Introdução

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As proteínas de membrana têm sido alvos de pesquisadores e indústrias farmacêuticas. Destes, os portadores de solutos (SLCs) são uma família de mais de 400 genes transportadores secundários codificados dentro do genoma humano1. Esses transportadores estão envolvidos na importação e exportação de inúmeras moléculas, incluindo íons2, neurotransmissores3, lipídios 4,5,6,7,aminoácidos8, nutrientes 9,10,11 e fármacos 12. Com tamanha amplitude de substratos, essas proteínas também estão implicadas em uma série de fisiopatologias através do transporte de toxinas13, transporte e inibição por drogas de abuso 14,15 ou mutações deletérias16. Homólogos bacterianos têm servido como protótipos para o mecanismo de transporte fundamental de várias famílias de SLC17,18,19,20,21,22,23,24,25. Em contraste com as proteínas humanas, os ortólogos procarióticos são frequentemente melhor expressos no bem compreendido sistema de expressão de Escherichia coli 26,27 e são mais estáveis nos detergentes menores, que produzem cristais bem ordenados para cristalografia de raios X 28. Entretanto, diferenças de sequência e funcionais dificultam o uso dessas proteínas distantes para a descoberta de fármacos29,30. Consequentemente, o estudo direto da proteína humana é frequentemente necessário para decifrar o mecanismo de ação de drogas direcionadas àsSLCs 31,32,33,34,35. Embora os recentes avanços na Microscopia Crioeletrônica (Cryo-EM) tenham permitido a caracterização estrutural de SLCs em condições mais nativas36,37, a dificuldade em expressar e purificar essas proteínas continua sendo um desafio para o desenvolvimento de terapêuticas e diagnósticos direcionados.

Para amenizar esse desafio, o consórcio RESOLUTE (re-solute.eu) desenvolveu recursos e protocolos para a expressão e purificação em larga escala de proteínas humanas da família SLC38. Começando com genes otimizados para códons, desenvolvemos métodos para clonagem de alto rendimento e triagem de construções SLC. Esses métodos foram sistematicamente aplicados a toda a família de SLCs, os genes foram clonados no sistema de expressão viral BacMam e a expressão da proteína foi testada em linhagens celulares humanas39 com base em métodos previamente descritos para clonagem de alto rendimento e testes de expressão40. Em resumo, o gene SLC é clonado do plasmídeo pDONR221 em um vetor pHTBV1.1. Este construto é posteriormente usado para transpor o gene de interesse para um vetor bacmid para transfecção de células de insetos, que inclui um promotor de citomegalovírus e elementos potencializadores para expressão em células de mamíferos. O baculovírus resultante pode ser usado para transduzir células de mamíferos para a expressão da proteína alvo SLC.

Desenvolvemos ainda métodos padronizados para expressão em larga escala e purificação estável de SLCs selecionadas (Figura 1). Esse protocolo inclui vários pontos de verificação para facilitar a solução de problemas eficaz e minimizar a variabilidade entre os experimentos. Notavelmente, o monitoramento rotineiro da expressão e localização de proteínas, bem como a otimização em pequena escala das condições de purificação para alvos individuais, foram auxiliados por etiquetas Strep e Green Fluorescent Protein (GFP)41,42.

Em última análise, essas amostras de proteínas quimicamente puras e estruturalmente homogêneas podem ser usadas para determinação estrutural por cristalografia de raios X ou microscopia crioeletrônica (Cryo-EM), ensaios bioquímicos de engajamento de alvos, imunização para geração de ligantes e estudos funcionais livres de células via reconstituição em lipossomas quimicamente definidos.

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Protocolo

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NOTA: Todos os genes RESOLUTE SLC otimizados para códons foram depositados no AddGene43, cujos links estão disponíveis na lista de reagentes públicos RESOLUTE44. Esses genes foram clonados no plasmídeo pDONR221 e permitem a clonagem direta dos genes no vetor de destino usando clonagem de recombinação45. Para maximizar o paralelismo, células bacterianas, de insetos e de mamíferos são cultivadas em formato de bloco para produção de bacmid (seção 3), amplificação de baculovírus (seção 5) e teste de expressão (seção 6), respectivamente. Para estas etapas, é necessário um agitador de microexpressão para garantir mistura e aeração suficientes.

1. Clonagem (de alto rendimento) de SLCs em pHTBV1.1 bacmid

NOTA: A etapa de clonagem utiliza um protocolo de clonagem de recombinação para clonagem e transformação eficientes em Escherichia coli (E. coli) usando o método de choque térmico46. O protocolo é projetado para clonagem paralela e de alto rendimento de vários alvos ou construções, mas pode ser prontamente adaptado a escalas menores.

  1. Em uma placa de 96 poços, adicione 150 ng do clone pDONR221 SLC e 100 ng do vetor pHTBV1.1-C3CGFP-SIII-10H-GTW. Levar o volume de reação para 8 μL com 10 mM Tris pH 8,0 e, em seguida, adicionar 2 μL da mistura enzimática de recombinação.
  2. Incubar à temperatura ambiente durante 1 h, adicionar 1 μL de proteinase K e incubar durante 30 minutos a 37 °C.
  3. Use 4 μL da mistura de reação para transformar 50 μL de células MACH-1 de E. coli quimicamente competentes usando o método de choque térmico46 e meio SOC para recuperação. Placa em ágar-LB contendo 5% de sacarose, ou ágar SOC, suplementado com 100 μg/mL de ampicilina.
  4. Identificar colônias que abrigam o vetor pHTBV1.1 com a inserção do gene SLC usando primers apropriados (ver Tabela 1) e protocolos padrão para PCR de colônias47.
  5. Purificar o plasmídeo recombinante de colônias únicas com o gene de interesse usando um kit de minipreparação de plasmídeos.

2. Transposição

NOTA: As etapas a seguir são usadas para transpor os genes SLC do vetor pHTBV1.1 em um bacmid para a geração de baculovírus BacMam em células Sf9. Usando o método de choque térmico46, o vetor pHTBV1.1 é transformado em células de E. coli competentes DH10Bac, que contêm um bacmid pai com uma fusão lacZ-mini-attTn7. A transposição ocorre entre os elementos do vetor pHTBV1.1 e o bacmid de origem na presença das proteínas de transposição fornecidas por um plasmídeo auxiliar48. Veja a Tabela 2 para a composição das soluções utilizadas neste protocolo.

  1. Usando 3 μL de 100-200 ng/μL purificado de DNA vetorial pHTBV1.1, transforme DH10Bac usando o método de choque térmico em uma placa de PCR de 96 poços. Recuperar as células incubando-as em meio de recuperação por 4-5 h a 37 °C enquanto agitam a 700 rpm em um agitador de microexpressão.
  2. Espalhe 50 μL de células transformadas em placas de seleção DH10Bac. Incubar as placas a 37 °C durante 48 h cobertas com papel alumínio.
  3. Escolha uma única colônia branca (contendo o DNA recombinante) e estrie até a diluição. Incubar a 37 °C durante a noite.

3. Produção de bacmid de alto rendimento

NOTA: O protocolo descreve as etapas para extrair bacmids usando um kit de purificação de bacmid de 96 poços.

  1. Inocular colônias brancas individuais (isoladas das placas raiadas a diluídas) em poços de um bloco de 96 poços profundos, contendo 1 mL de meio 2x LB (Tabela 2).
  2. Cobrir com um selo poroso e incubar a 37 °C durante a noite a 700 rpm num agitador de microexpressão.
  3. Preparar um estoque de glicerol das células misturando 120 μL da cultura com 30 μL de glicerol 60% em uma placa de microtitulação e armazenar a -80 °C.
  4. Centrifugar o bloco do poço profundo a 2.600 × g por 30 min. Decantar o sobrenadante em um recipiente adequado para descontaminação. Inverta o bloco e bata suavemente em um papel toalha. Adicionar 250 μL da Solução 1 a cada poço do bloco utilizando uma pipeta multicanal.
  5. Ressuspender os pellets; Se necessário, use uma pipeta multicanal.
  6. Adicionar 250 μL de Solução 2 a cada poço e selar com uma manta de silicone. Inverter suavemente 5x e incubar à temperatura ambiente durante 10 min. Gire muito brevemente.
  7. Adicionar 300 μL da Solução 3 e selar com um tapete de silicone. Misture delicadamente, mas completamente, invertendo 5x.
  8. Colocar a amostra no gelo durante 20 minutos e, em seguida, centrifugar a 2.600 × g durante 30 minutos a 4 °C.
  9. Transfira o sobrenadante transparente para um bloco fresco de 96 poços. Centrifugar novamente a 2.600 × g por 30 min a 4 °C.
  10. Em um bloco fresco de 96 poços profundos, dispensar 0,8 mL de isopropanol a 100% por poço. Adicionar 0,8 mL de sobrenadantes dos poços correspondentes.
  11. Pipetar suavemente para cima e para baixo usando uma pipeta, em seguida, incubar no gelo por 30 min ou durante a noite a 4 °C para produzir mais bacmid.
  12. Centrifugar a 2.600 × g por 30 min a 4 °C.
  13. Dentro de um armário de segurança biológica, borrife a parte externa do bloco com etanol 70%, abra o bloco e descarte o sobrenadante.
  14. Adicione 500 μL de etanol a 70% (v/v) em cada poço e bata suavemente no bloco para lavar o pellet. Cubra com um selo plástico adesivo e centrífuga a 2.600 × g por 30 min a 4 °C.
  15. Dentro de um Gabinete de Segurança Biológica, abra o bloco e descarte o sobrenadante. Bata o bloco muito suavemente em um papel toalha para remover o etanol. Deixe o bloco secar dentro da coifa por 1-2 h ou em forno a 50 °C.
  16. Adicionar 50 μL de tampão TE estéril para ressuspender o DNA bacmid e selar usando um selo plástico adesivo. Transfira o conteúdo para uma placa de microtitulação com fundo em V. Conservar o ADN bacmid a 4 °C até que a purificação do ensaio esteja concluída e, em seguida, armazená-lo a -20 °C.
    NOTA: Embora não seja medido rotineiramente, geralmente um rendimento de 500 a 2.000 ng/μL de DNA bacmid pode ser esperado.
  17. Use os métodos padrão de PCR de colônias47 e os seguintes primers vetoriais para rastrear bacmidas incorporando com sucesso o gene alvo:
    pFBM-fwd caaaatgtcgtaacaactccgc
    pFBM-rev tagttaagaataccagtcaatctttcac
    NOTA: O amplicon será aproximadamente 700 pb maior que o gene alvo.

4. Transfecção

NOTA: Estas etapas são usadas para transfectar células de insetos Sf9 com o bacmid produzido, o que faz com que as células do inseto gerem partículas de baculovírus (P0).

  1. Cultivar células Sf9 em meio de inseto livre de soro a uma densidade de 2,0-2,4 × 106 células/mL. Diluir as células para 2 × 105 células/mL em meio de inseto livre de soro e distribuir 1 mL das células diluídas em um poço de placa de cultura de tecidos de 24 poços. Inclua um controle somente de transfecção de reagentes , bem como um controle somente de células . Incubar a placa numa estufa humidificada a 27 °C durante 1 h para permitir a fixação celular.
  2. Misturar 38 μL por poço de meio de inseto sem soro com 2 μL por poço do reagente de transfecção. Distribuir 40 μL da mistura em uma placa de microtitulação de fundo plano estéril de 96 poços. Adicionar 2 μL de DNA bacmid recombinante a 0,5-2,0 μg/μL, cobrir a placa e incubar dentro do gabinete de segurança microbiológica por 15 min.
  3. Adicionar 160 μL de meio de insecto isento de soro em cada poço da placa de microtitulação contendo a mistura de reagentes de transfecção de ADN.
  4. Aspirar meio das células na etapa 4.1. Adicione suavemente os 200 μL da mistura reagente-meio bacmid-transfecção sobre as células, cubra a placa e incube por 4 h em uma estufa umidificada a 27 °C.
  5. Adicionar 400 μL de meio de inseto sem soro suplementado com 2% de SFB a cada poço. Para reduzir a evaporação, transfira a placa para um saco plástico limpo, mas não a lacre. Incubar a placa a 27 °C durante 72 h numa estufa humidificada.
  6. Após 3 dias, transferir o meio da placa para um bloco estéril de 96 poços profundos e centrifugar a 1.500 × g por 20 min à temperatura ambiente. Transfira o sobrenadante clarificado contendo o baculovírus P0 para um bloco estéril de 96 poços profundos e armazene a 4 °C longe da luz.

5. Amplificação do baculovírus BacMam

NOTA: As etapas a seguir são usadas para amplificar o baculovírus P0 inicial para estoques virais de títulos mais altos; a saber, P1, P2 e P3. O título final de P3 é apropriado para transdução e expressão proteica. Para eficiência e paralelismo, este protocolo utiliza razões volumétricas fixas para amplificação viral, que foram empiricamente otimizadas. No entanto, se as células subsequentemente transduzidas não mostrarem fluorescência de GFP e aumento do diâmetro celular por microscopia ou se a expressão de proteínas falhar (ver secções 6 e 8), a amplificação do baculovírus deve ser reotimizada para uma baixa multiplicidade de infeção em cada passo após quantificar o título de baculovírus 49,50,51,52, e a infeção monitorizada por microscopia de fluorescência de GFP e aumento do diâmetro celular 53.

  1. Preparar o estoque de vírus P1 cultivando células Sf9 em meio de inseto livre de soro a uma densidade de 2 × 106 células/mL, adicionar 2% de FBS e semear as células em um bloco de 24 poços profundos em um volume final de 3 mL por poço. Adicionar 120 μL de estoque de vírus P0 às células.
  2. Incubar o bloco a 27 °C enquanto agita a 450 rpm num agitador de microexpressão durante 66-72 horas. Centrifugar o bloco a 1.500 × g por 20 min à temperatura ambiente e colher o sobrenadante em blocos de poço de 96 profundidades. Conservar como stock de vírus P1 a 4 °C longe da luz.
  3. Preparar o estoque de vírus P2 infectando 50 mL de células Sf9 (2 × 106 células/mL de densidade celular), cultivadas em meio de inseto livre de soro suplementado com 2% de FBS, com 250 μL de estoque de vírus P1. Incubar as células a 27 °C com agitação a 110 rpm.
  4. Colher o estoque de vírus P2 após 66-72 h por centrifugação a 1.500 × g por 20 min e armazenar a 4 °C longe da luz.
  5. Preparar o estoque de vírus P3 infectando o volume desejado de células Sf9 (2 × 106 células/mL densidade celular) com 1:200 (v/v) estoque viral P2. Incubar as células a 27 °C com agitação a 110 rpm.
  6. Após 66-72 h, centrifugar a 1.500 × g por 20 min e colher o vírus P3 coletando o sobrenadante e armazenar a 4 °C, protegido da luz.

6. Transdução para teste de expressão

Observação : a seção a seguir descreve o teste de expressão em pequena escala e pode ser modificado para teste paralelo de várias construções usando blocos de poço profundo.

  1. Preparar uma solução de polietilenoglicol a 20% (p/v) dissolvendo 200 g de PEG 10.000 e 12 g de NaCl em 600 mL de H2O. Mexer e levar a um volume final de 1.000 mL. Autoclave a solução.
  2. Adicionar 300 μL do vírus P1 colhido nos poços de um bloco de 24 poços profundos e 75 μL da solução de PEG em cada poço. Incubar o bloco num agitador de microexpressão a 18 °C enquanto agita a 300 rpm durante 5 min e armazenar o bloco a 4 °C durante a noite.
  3. Agitar o bloco novamente a 300 rpm por 30 min a 18 °C e centrifugar o bloco a 3.000 × g por 45 min. Descarte o sobrenadante usando uma pipeta em um armário de segurança microbiológica.
  4. Preparar células HEK293 adaptadas à suspensão em meio HEK293 a uma densidade de 2 × 106 células/mL e semear 3 mL em cada poço contendo a pastilha do vírus, suplementando com 5 mM de butirato de sódio.
  5. Incubar o bloco a 30 °C com 8% de CO2 enquanto agita a 200-250 rpm durante 72 horas.
    NOTA: As concentrações de CO2 recomendadas pelo fornecedor durante a cultura celular são diferentes para linhagens celulares HEK293 adaptadas à suspensão e ancestrais, em 8% e 5%, respectivamente.
  6. Colher as células por centrifugação a 900 × g por 20 min e lavar cada poço com 1 mL de PBS.
    NOTA: Aspirar 10 μL de células ressuspensas e visualizar as células sob um microscópio de fluorescência com um cubo de filtro compatível com GFP para avaliar a expressão e localização de proteínas. Aspirar 10-15 μL de células ressuspensas e executar um gel SDS-PAGE de célula inteira para detecção de fluorescência de GFP em gel54.
  7. Centrifugar novamente a 900 × g por 20 min. Congelar os pellets a -80 °C.

7. Purificação de teste de alto rendimento em pequena escala

Observação : as etapas a seguir descrevem um fluxo de trabalho de purificação de teste rápido em um formato de bloco de 24 poços para triagem dos níveis de expressão de SLCs individuais. Veja a Tabela 2 para a composição das soluções utilizadas neste protocolo.

  1. Adicionar 1 mL de tampão de lise HT a cada poço de células colhidas e proceder ao sonicate no gelo por um comprimento total de 4 min (ciclagem a 3 s on/15 s off) em blocos de 24 poços usando uma sonda de 24 cabeças.
  2. Transfira o conteúdo para um bloco de poço de 96 profundidades, adicione 125 μL de caldo detergente e sele com um selo de silicone. Gire o bloco suavemente a 4 °C durante 1 h. Alternativamente, adicione dodecilmaltosídeo (DDM) e hemisuccinato de colesterol (CHS) diretamente aos blocos de 24 poços e coloque-os em um balancim a 4 °C.
  3. Centrifugar o bloco a 2600 × g durante 20 min a 4 °C e transferir o sobrenadante para um novo bloco de 96 poços profundos.
  4. Preparar um estoque de 50% de resina Strep-Tactin de alta capacidade pré-equilibrada com tampão de lise.
  5. Adicionar 100 μL de caldo de resina ressuspendida a cada poço.
  6. Cubra o bloco com um selo de silicone e gire a 4 °C durante 2 h e, em seguida, centrifugar muito brevemente (até 200 × g) para remover o líquido que adere à tampa.
  7. Coloque uma placa de filtro de 96 poços em cima de um bloco vazio e transfira a mistura resina/sobrenadante para a placa de filtro. Enxaguar os orifícios do bloco de poço profundo com 800 μL de tampão de lavagem HT e transferir para o bloco filtrante para coletar a quantidade máxima de resina.
  8. Deixe o tampão escorrer ou centrifugar brevemente a 200 × g e colete o fluxo. Coloque a placa filtrante em cima de um novo bloco de lavagem e lave a resina com 800 μL de tampão de lavagem HT, permitindo que o tampão escorra (ou centrifugue brevemente). Repita o passo de lavagem mais duas vezes e centrifugar o bloco a 500 × g durante 3 minutos para remover o tampão de lavagem HT residual.
  9. Coloque a placa de filtro em cima de uma placa de microtitulação de 96 poços. Adicionar 50 μL de tampão de eluição HT e incubar agitando à temperatura ambiente durante 10 minutos. Eluir amostras por centrifugação a 500 × g por 3 min.
  10. Executar 15 μL da amostra eluída em gel SDS-PAGE corado por Coomassie para verificar a expressão proteica. Coloque as amostras restantes de eluente em um sistema de Cromatografia de Exclusão de Tamanho (SEC) ou Cromatografia de Exclusão de Tamanho com Detecção de Fluorescência (FSEC) para avaliar a monodispersidade de proteínas em DDM/CHS.

8. Transdução para expressão em larga escala

Observação : as etapas a seguir são o protocolo RESOLUTE padrão para expressão SLC. Alvos individuais exigirão otimização adicional para o tempo de expressão, temperatura de incubação e concentração de butirato de sódio. Além disso, otimizamos rotineiramente a multiplicidade de baculovírus da infecção testando várias razões volumétricas do vírus P3 usado para infectar as células HEK293 adaptadas à suspensão em experimentos de pequena escala. Este é eficiente em termos de tempo, utiliza técnicas e equipamentos já disponíveis e avalia diretamente o resultado experimental desejado. Entretanto, este método empírico requer reotimização a cada amplificação do vírus P3, e outros métodos estão disponíveis para quantificar as partículas de baculovírus 49,50,51,52.

  1. Aumente o volume necessário de células HEK293 adaptadas à suspensão em meio HEK293.
  2. Diluir as células HEK293 adaptadas à suspensão para 1 × 106 células/mL e crescer por 24 h (a 170 rpm para garrafas de rolo de 2 L e 105 rpm para garrafas de rolo de 3 L).
  3. Adicionar 30 mL de vírus P3 por litro de células e adicionar 5 mM de butirato de sódio. Incubar as células a 37 °C durante 48 h ou a 30 °C durante 72 h.
  4. Durante e após o período de incubação, um passo chave é examinar as células usando microscopia de campo claro para verificar a contaminação microbiana e a viabilidade celular. Avaliar a expressão e localização de proteínas usando microscopia de fluorescência com um cubo de filtro compatível com GFP.
  5. Colher as células por centrifugação a 900 × g por 20 min.
  6. Lavar o pellet de célula ressuspendendo-o em 10-15 mL de PBS por litro de cultura celular e novamente a 900 × g por 20 min.
  7. Congelar rapidamente os pellets de células em azoto líquido e armazená-los a -80 °C.

9. Purificação de proteínas

NOTA: O seguinte é o método RESOLUTE padrão para purificação SLC para 5 L de cultura celular. Para cada alvo SLC, o detergente ideal deve ser determinado empiricamente. Preparar buffer de base, solução de estoque de detergente, lavagem, eluição e buffers SEC com antecedência (Tabela 2). Para uma lista dos detergentes padrão testados, ver quadro 3. ATP e MgCl2 no tampão de lavagem reduzem a contaminação por proteínas de choque térmico.

  1. Dia 1
    1. Descongele o pellet de célula congelada em banho-maria ajustado à temperatura ambiente.
    2. Preparar tampão de solubilização com 135 mL de tampão base e três comprimidos de Protease Inhibitor Cocktail comprimidos. Deixe os comprimidos dissolverem.
    3. Ressuspender o pellet descongelado com tampão de solubilização. Use 27 mL de tampão de solubilização por 10-15 g de pellet celular, adicione DNase e despeje em um homogeneizador Dounce gelado. Homogeneizar a solução movendo o êmbolo para cima e para baixo aproximadamente 20x, mantendo o homogeneizador sobre gelo.
      NOTA: O volume de ressuspensão precisará ser otimizado com base na proteína alvo e na massa da pelota celular, que variará devido à densidade celular na colheita. DNase comercial pode ser adicionado de acordo com as instruções do fabricante. A DNase também pode ser expressa e purificada internamente usando protocolos estabelecidos55.
    4. Adicionar a solução-mãe de detergente à concentração final a 1%.
      NOTA: Um passo fundamental para otimizar a purificação de proteínas é identificar o detergente ideal para solubilização e purificação de SLC, que deve ser identificado empiricamente. Temos utilizado regularmente vários detergentes; cada um isoladamente e em combinação com hemisuccinato de colesteril, mantendo a relação massa/CHS em 10:1.
    5. Transfira a mistura de solubilização para tubos cônicos de 50 mL. Gire lentamente durante 1 h a 4 °C.
    6. Centrifugar a solução a 50.000 × g durante 30 min a 4 °C. Colete o sobrenadante.
    7. Equilibrar 4-6 mL de volume leito de resina Strep-Tactin com o tampão base.
    8. Adicionar resina equilibrada ao sobrenadante solubilizado e rodar durante 2 h a 4 °C.
    9. Despeje a solução em uma coluna de fluxo por gravidade e deixe a solução fluir.
    10. Lave a resina com 30x o volume da cama do tampão de lavagem Strep em 3 passos de volume igual.
    11. Adicionar 3-5 mL de tampão de eluição, incubar por 15 min e coletar o eluato. Repita esta etapa mais quatro vezes, coletando cada fração de eluição separadamente.
      NOTA: Uma etapa chave é a eluição de proteínas da resina Strep-Tactina, onde é importante incubar por 15 minutos após cada adição do tampão de eluição. Normalmente, a primeira fração de eluato contém uma menor concentração de proteína devido à diluição do tampão de eluição pelo tampão de lavagem residual. Portanto, a primeira fração de eluato pode ser descartada se uma maior concentração de proteína final for desejada. Alternativamente, a concentração de proteína em todas as eluções seriadas também pode ser analisada usando SDS-PAGE para otimizar o protocolo.
    12. Medir a concentração de proteínas por espectroscopia de absorbância UV, combinar as frações de eluição desejadas e adicionar protease 3C na proporção de 1:5 (p/p) para 1:10 (p/p).
    13. Gire lentamente durante a noite a 4 °C.
      NOTA: As etapas 9.1.12 e 9.1.13 só são necessárias se a tag GFP precisar de remoção. Se a remoção da tag não for necessária, vá para a Etapa 9.2.4 diretamente. Alternativamente, a proteína pode ser mantida a 4 °C durante a noite para continuar no dia seguinte. Além disso, para SLCs com estabilidade diminuída, a concentração de protease, o período de incubação e a temperatura podem necessitar de otimização. A protease 3C é ativa em uma ampla faixa de temperaturas e permite a otimização mais adequada para vários SLCs.
  2. Dia 2
    1. Equilibrar 2-4 mL de volume de leito de resina de afinidade por metal cobalto com tampão SEC.
    2. Adicione a resina de afinidade metálica de cobalto equilibrada à mistura de reação 3C durante a noite e gire por 1 h a 4 °C.
    3. Despeje a solução em uma coluna de fluxo por gravidade e colete o fluxo.
    4. Concentrar o fluxo num filtro centrífugo de corte de 100 kDa, girando a 3.000 × g a 4 °C e misturar suavemente a amostra a cada 5 minutos até atingir o volume de injeção SEC desejado.
    5. Equilibre uma coluna de cromatografia de exclusão de tamanho à base de dextran-agarose usando buffer SEC. O procedimento SEC deve ser realizado a 4 °C (câmara refrigerada ou câmara fria).
      NOTA: Etapa chave: Dependendo do estado oligomérico do SLC, uma coluna diferente, como uma coluna de cromatografia de exclusão de tamanho baseada em agarose, pode ser usada para executar SEC.
    6. Injete a amostra no loop de amostra e execute o programa SEC, com uma taxa de fluxo tal que a pressão da coluna esteja abaixo das especificações do fabricante da coluna. Usando um coletor de frações, colete automaticamente frações de 0,3 mL durante toda a execução do SEC.
    7. Agrupe as frações de pico, meça a absorbância UV e concentre-se em um concentrador centrífugo de corte de 100 kDa até o volume/concentração requerido girando a 3.000 × g a 4 °C.

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Resultados

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Genes SLC podem ser clonados de plasmídeos resolutos pDONR em vetores BacMam para expressão em mamíferos
Os protocolos descritos para clonagem, expressão e purificação provaram ser bem-sucedidos para muitos transportadores SLC em múltiplas dobras proteicas. No entanto, os procedimentos incluem vários pontos de verificação para monitorar o progresso, permitindo a otimização para levar em conta as diferenças na expressão, enovelamento de proteínas, estabilidade dependente de lipídios e detergentes e sen...

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Discussão

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O desenvolvimento de terapias direcionadas para SLC tem permanecido dificultado devido à ausência de caracterização sistemática da função do transportador. Isso levou a um número desproporcionalmente menor de drogas direcionadas a essa classe de proteínas em relação aos GPCRs e canais iônicos63, apesar de seus inúmeros papéis em processos normais e fisiopatológicos. RESOLUTE é um consórcio internacional que visa desenvolver técnicas e ferramentas de pesquisa de ponta para acelerar e melhorar a pes...

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Divulgações

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Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.

Agradecimentos

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Este trabalho foi realizado dentro do projeto RESOLUTE. A RESOLUTE recebeu financiamento da Empresa Comum Iniciativa para os Medicamentos Inovadores 2 ao abrigo do acordo de subvenção n.º 777372. Esta Empresa Comum recebe apoio do programa de investigação e inovação Horizonte 2020 da União Europeia e da EFPIA. Este artigo reflecte apenas a opinião dos autores e nem o IMI, nem a União Europeia e a EFPIA são responsáveis por qualquer utilização que possa ser feita da informação nele contida. O plasmídeo pHTBV foi gentilmente cedido pelo Prof. Frederick Boyce (Harvard).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Protease 3CConcentradores
SartoriusVS0242
5-Ciclohexil-1-Pentil-β-D-MaltosídeoAnatraceC325CYMAL-5
Kit de purificação bacmid de 96 poçosMilliporeLSKP09604Montage Plasmid Miniprep
Bloco de 96 poços (2 mL)Greiner Bio-One780271
Selos plásticos adesivosQiagen19570Tapetes Coluna de
cromatografia de exclusão de tamanho de agaroseCytiva29091596Superose 6 Aumento 10/300 GL
Benzonase DNAseProduzido internamente
BisTrisSigma AldrichB9754
Hemisuccinato de colesterol Sal de trisAnatraceCH210CHS Resina de
afinidade de metal cobaltoTakara Bio635653TALON Resina de afinidade de metal
D (+) -BiotinaSigma Aldrich851209
Dextran-agarose coluna de cromatografia de exclusão de tamanhoCytiva28990944Superdex 200 Aumento 10/300 GL
DigitoninaApollo ScientificBID3301
Dounce tecido moedor (40 mL)DWK Life Sciences357546
coquetel de inibidor de protease sem EDTASigma Aldrich4693132001coquetel de inibidor de protease completo e sem EDTA Soro
fetalThermo Fisher10500064
Fos-Colina-12AnatraceF308SFS-12
GlicerolSigma AldrichG5516
Glico-diosgeninaAnatraceGDN101GDN
Colunas de fluxo por gravidadeCole-ParmerWZ-06479-25
HEK293 médioThermo Fisher12338018FreeStyle 293 médio
HEPESApollo ScientificBI8181
Coluna UHPLC de sílica neutra hidrofílicaSepax231300-4615Unix-C SEC-300 4.6 x 150
ImidazolSigma Aldrich56750
Reagente de transfecção de insetosSigma Aldrich71259Reagente
Lauryl Maltose Neopentil GlicolAnatraceNG310LMNG
Cloreto de Magnésio HexahidratadoSigma AldrichM2670
Agitador de microexpressãoGlas-Col107A DPMINC24CE
NaClSigma AldrichS9888
n-decil-β-D-maltosídeoAnatraceD322DM
n-Dodecil-b-D-MaltopiranosídeoAnatraceD310DDM
n-Dodecil-N,N-Dimetilamina-N-ÓxidoAnatraceD360LDAO
n-nonil-β-D-glicopiranosídeoAnatraceN324SNG
n-octil-d17-β- D-GlucopiranosídeoAnatraceO311DOGNG
Octaetilenoglicol Monododecil
Éter		AnatraceO330C12E8
Octil Glicose Neopentil GlicolAnatraceNG311OGNG
Fosfato Tampolado SalinoSigma AldrichD8537DPBS
Polioxietileno(10)Éter DodecílicoAnatraceAP1210C12E10
Polioxietileno (9) éter dodecilAnatraceAPO129C12E9
Vedação porosa para placas de cultura de tecidosVWR60941-084Filmes de rayon para culturas biológicas
Proteinase KNew England BiolabsP8107S
Mistura enzimática de recombinaçãoThermo Fisher11791020Gateway LR Clonase II
Meio de inseto sem soroGibco10902088Sf-900 II mídia sem soro
Butirato de sódioSigma Aldrich303410
Sonda de 24 cabeças SonicatorSonics630-0579
Unidade de energia SonicatorSonicsVCX 750
Resina Strep-TactinIBA Life Sciences2-5030-025Strep-TactinXT 4Flow resina de alta capacidade
SacaroseSigma AldrichS7903
Monododecanoato de sacaroseAnatraceS350DDS
Células HEK293 adaptadas à suspensãoThermo FisherA14527Expi293F
Reagente de transfecçãoSigma Aldrich70967Reagente de transfecção GeneJuice
centrífugos de corte de 50 ou 100 kDa produzidos internamente bovino

Referências

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