Method Article

Инженерно Cell-проницаемой белка

DOI:

10.3791/1627

December 28th, 2009

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Белки трансдукции позволяет прямой доставки биологически активных белков в клетки. В отличие от традиционных методов, таких как трансфекции ДНК или вирусной трансдукции этой неинвазивной парадигма позволяет высокоэффективных сотовых манипуляции в титруемой образом в обход сотового токсичность и риск онкогенных преобразование постоянного генетической модификации.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Техника белков трансдукции позволяет прямой доставки биологически активных веществ в клетках млекопитающих [см. обзор 1,2]. Для этого можно использовать translocating способность так называемого ячейки проникающих пептидов (ППС), также обозначается как белка трансдукции доменов (PTDs). TAT-CPP происходит от иммунодефицита человека вирусом типа 1 (ВИЧ-1) Tat (транс-активатор транскрипции) белок широко используется. Положительно заряженные ТАТ способствует клеточной проницаемости тем самым преодолевая барьеры клеточной мембраны путем эндоцитоза и / или прямое проникновение мембраны 2. В сочетании с сигнал ядерной локализации (NLS) слитые белки способны проникать ядра выставке функциональность. Наши видео-презентацию демонстрирует, как иллюстрация для инженерных клеточных белков проницаемой, строительства, производства и применения клеточных проницаемой версию ДНК-модифицирующие фермент Cre.

Cre является конкретным участкам рекомбиназы, который может распознавать и рекомбинировать 34 база сайтов пара loxP в клетках млекопитающих в пробирке и в естественных условиях. Поэтому Cre / loxP система широко используется для условного вызывать мутации в геноме живых клеток 3,4. Доставки активных Cre рекомбиназы к клеткам, однако, представляет собой ограничение.

Мы описываем системы pSESAME вектор, который позволяет прямое включение гена интересов, и предоставляет платформу для быстрого клона разных доменах и тегов, используемых в вектор в удобной и стандартизованным образом. Реорганизация различных тегов, как было показано изменение биохимических свойств белков слияния предоставление возможности для достижения более высокой урожайности и лучшей растворимости. Мы демонстрируем, как можно выразить и очистить рекомбинантных клеточных белков в проникающий и от кишечной палочки. Функциональность рекомбинантный белок Cre, наконец, утверждены в культуре клеток, оценивая его внутриклеточной активности рекомбиназы.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Строительство вектор экспрессии и выражения:

PSESAME-Cre вектор экспрессии была построена вставка Cre-кодирования фрагмента в pSESAME через AvrII и NheI сайты рестрикции с использованием стандартных методов клонирования. pSESAME кодирует белок слияния, состоящий из гистидина-теги, ТАТ-область, NLS последовательности и Cre, сокращенно HTNCre. Для выражения HTNCre pSESAME-Cre было преобразовано в TUNER (DE3) pLacI и используется для подготовки глицерина акций.

  1. В течение ночи культуру засевают использованием пипетки наконечник покрытием с преобразованным бактерий из глицерина акций. В течение ночи культуры состояла из LB среде с 0,5% глюкозы [об. /] и карбенициллин в конечной концентрации 50 мкг / мл и было позволено расти при температуре 37 ° С в течение 16 часов.
  2. На следующий день густо выросли на ночь культуры используют для инокуляции выражение культуры в соотношении 1 к 40 и был помещен в инкубатор при 37 ° C. Выражение культуры состояла из ТБ среде с 0,5% глюкозы [об. /] и ампициллин в конечной концентрации 100 мкг / мл.
  3. В OD 595 из 1,5 выражение культуры вызывали с 0,5 мМ IPTG в течение 1 ч.
  4. Впоследствии бактерий были собраны путем центрифугирования при 5000 оборотах в минуту в течение 10 минут в SLA3000 ротора.
  5. Бактерии гранулы хранились при температуре минус 20 ° С до очистки.

Очистка ячейки проницаемой белка:

  1. Замороженные гранулы бактерии ресуспендировали в 10 мл лизирующего буфера на литр культуры колбу в течение 15 минут при комнатной температуре.
  2. Затем суспензию инкубировали с 1 мг / мл лизоцима еще на 15 минут при перемешивании при комнатной температуре.
  3. 25 Ед / мл benzonase был добавлен позже и инкубировали при перемешивании в течение 15 минут при комнатной температуре.
  4. После озвучивания на льду в течение 1,5 мин с 0,5 импульсов с при 45% мощности, 1 мл холодного буфера соль винной (БСЭ) в мл суспензии осторожно добавляют при перемешивании и выдерживают в течение 5 мин на льду. SDS-PAGE образец лизат фракции (L) принято не было.
  5. Очищенные лизат получали центрифугированием при 4 ° С в течение 30 мин при 30000 g. SDS-PAGE образцов растворимого (S) и нерастворимых фракций (I) были приняты.
  6. Супернатант переносили в 50 мл свежего труб сокола и был затем осторожно перемешивают в течение 1 ч при 4 ° С с 2 мл 50% Ni-NTA шлама на литр первичной культуры выражения.
  7. Суспензию упакованы в самотеком EconoPac колонке (SDS-PAGE образец проточного фракции (FT) была сделана) и дважды промывают 5 постельное объемов моющий буфер. SDS-PAGE образцах как мытье фракций (W1 и W2) были собраны.
  8. HTNCre-содержащие фракции элюировали 3 постельное объемами буфера элюирования и образца элюата фракции (Е) для SDS-PAGE анализа был взят.
  9. Имидазола удаляли диализа элюирования фракция против высоких буфера соли в два раза.
  10. Раствора белка еще более концентрируется диализа против буфера глицерина в два раза. Во всех диализных шаги отношение буфер для образца, по крайней мере 50. Эта процедура привела к решению глицерина семенного материала, HTNCre в обычной концентрации от 200 до 450 мкм, то есть 1 литр выражение культуры приведет к ~ 12 мг белка. Пример глицерина акций (GS) для SDS-PAGE анализа была собрана. HTNCre маточный раствор можно хранить при температуре минус 20 ° С.

figure-protocol-1
Рисунок 1: SDS-PAGE анализа проб, взятых при очистке Cre рекомбиназы. Индукция выражение Cre указывается доминирующей группой в лизат фракции. Хотя часть белка нерастворимые белки Cre может быть обогащен как видно из элюата и фракции глицерина акций. L: лизат, я: Не растворяется, S: Супернатант, FT: проточные, Вт: стиральная, E: элюата, Г. С.: Gylcerol бирже. Пожалуйста, нажмите здесь , чтобы видеть большую версию рисунке 1.

Белки трансдукции в мышиных эмбриональных стволовых (ЭС) клеток:

  1. ES клеток, несущих условной β-галактозидазы репортер 5 построить высевают как отдельные клетки, используя TrypLE ™ Express для диссоциации прилипшие клетки. После 4-х до 6 часов клетки было повторное подключение и среду удаляли.
  2. Впоследствии ЭС клетки инкубировали с HTNCre среде, содержащей в течение 16 часов.
    • Соответствующее количество белка HTNCre (соответствует 10 мкМ) из глицерина акции разбавляли в среду ES, а затем стерильной фильтрации (0,22 мкм).
  3. После среду белков трансдукции был изменен обратно в нормальный средний рост.
  4. После двух дней клетки промывали PBS и фиксировали 4% Параформальдегид (PFA) в течение 10 минут.
  5. Два дополнительныхных этапов промывки с PBS были казнены до X-Gal окрашивание проводилось.
  6. Фиксированные клетки были покрыты слоем X-Gal красящим раствором 6 и инкубировали в течение ночи при температуре 37 ° C.

Представитель Результаты:

На следующий день X-Gal окрашивание раствора стремилась и клетки были покрыты слоем PBS для микроскопии анализа. От 80 до 100% от рекомбинированное клетки можно было наблюдать в мышиных клетках ES судить по β-галактозидазы.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Во время процесса очистки слитый белок Cre важно не пропустить добавлением льда буфера холодной TBS перед центрифугированием. В противном случае Cre рекомбиназы имеет тенденцию осаждаться внутри глицерина буфера.

Если элюата фракция появляется, чтобы стать мутной из-за высокой концентрации гибридный белок дополнительного буфера элюирования следует добавить, пока раствор не прояснилось снова.

Применение 10 мкмоль белка слияния Cre обычно приводит к рекомбинации эффективность от 80 до 100%. Эмбриональной телячьей сыворотки (FCS) является одной из основных компонент среднего ячейки ES сильно подавляет белок трансдукции. Поэтому высокая концентрация Cre рекомбиназы должны были быть использованы. При работе в бессывороточной условиях меньше белка (0,5 - 2 мкм) может быть использован для достижения аналогичных эффективность рекомбинации.

С системой pSESAME вектор в стороны, можно применить технику белков трансдукции к другим белкам, включая транскрипционные факторы, такие как Oct4 и Sox2 7 и Scl/Tal1 8.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы благодарим Оливера Brüstle и всех членов инженерно стволовых клеток группы, Боннский университет, за поддержку и ценные обсуждения. Мы благодарим Сабина Шенк для подготовки SDS-PAGE и прочной поддержкой на протяжении всего проекта. Николь Руси и Анна Magerhans при условии, отличную техническую поддержку. Кроме того, мы хотели бы поблагодарить Андреаса и Шейла Бэр Мертенса для производства фильма. Эта работа была поддержана грантами фонда Фольксваген (Az I/77864) и германского министерства образования и научных исследований (BMBF, 01 GN 0813).

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
ТЮНЕР (DE3) pLacINovagen, EMD Millipore70625
ГлицеринCarl Roth GmbH3783.2
Na2HPO4CarlRoth GmbhT876.1
Trizma BaseSigma-AldrichT1503
HClCarl Roth Gmbh4625.1
ИмидазолCarl Roth GmbhX998.4
NaClCarl Roth Gmbh9265.2
Экстракт дрожжейCarl Roth Gmbh2363.4
Триптон/ПептонCarl Roth Gmbh8952.4
K2HPO4 Carl Roth GmbhP749.2
KH2PO4Carl Roth Gmbh3904.1
АмпициллинSigma-AldrichA9518
КарбенициллинSigma-Aldrich6344.2
HEPESSigma-AldrichH3375
ЛизоцимSigma-Aldrich62971
БензоназаНоваген, EMD Millipore
L-Винная кислота, динатриевая соль Sigma-Aldrich
50% Ni-NTA суспензияInvitrogenR901-15
EconoPac колонкиBio-Rad732-1010
Стерильный фильтр 0,22&м; mВатман, GE Healthcare
Параформальдегид (PFA)Sigma-Aldrich
LB среднийдрожжевой экстракт, триптон/пептон, средний
дрожжевой экстракт NaCl TB, триптон/пептон, глицерин, K2HPO4, KH2PO4
Lysis Buffer50 мМ Na2HPO4, 5 мМ Tris, pH 7,8
Винный солевой буфер (TSB)содержащий 2 М L-винной кислоты, динатриевую соль и 20 мМ Имидазол
Промывочный буферPTB, 500 мМ NaCl, 15 мМ Имидазол
Элюционный буферPTB, 500 мМ NaCl, 250 мМ Имидазол
Высокосолевой буфер600 мМ NaCl, 20 мМ HEPES, pH 7,4
Gylcerol Buffer50% глицерин, 500 мМ NaCl, 20 мМ HEPES, pH 7,4
TrypLE™ ЭкспрессИнвитроген
ESGRO (LIF)EMD Millipore
NEAAGIBCO, от Life Technologies11140035
L-глутаминGIBCO, от Life Technologies25030024
β-Mercapt– танолGIBCO, от Life Technologies31350010
DMEMGIBCO, от Life Technologies11960044
PBSGIBCO, от Life Technologies
Fetal Calf Serum (FCS)PAA Laboratories
раствор для окрашивания X-Gal:4 мМ K3(FeIII(CN)6), 4 мМ K4(FeII(CN)6),
2mM MgCl2 0,4 мг/мл X-Gal, растворенный в PBS
K3(FeIII(CN)6)Sigma-AldrichP-3367
K4 (FeII(CN)6)Sigma-AldrichP-9387
MgCl2Sigma-AldrichM8266
X-GalSigma-AldrichB4252
PTB,

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Gump, J. M., Dowdy, S. F. TAT transduction: the molecular mechanism and therapeutic prospects. Trends Mol Med. 13 (10), 443-448 (2007).
  2. Edenhofer, F. Protein transduction revisited: novel insights into the mechanism underlying intracellular delivery of proteins. Curr Pharm Des. 14 (34), 3628-3636 (2008).
  3. Branda, C. S., Dymecki, S. M. Talking about a revolution: The impact of site-specific recombinases on genetic analyses in mice. Dev Cell. 6 (1), 7-28 (2004).
  4. Nolden, L. Site-specific recombination in human embryonic stem cells induced by cell-permeant Cre recombinase. Nat Methods. 3 (6), 461-467 (2006).
  5. Zhang, Y. Inducible site-directed recombination in mouse embryonic stem cells. Nucleic Acids Res. 24 (4), 543-548 (1996).
  6. Peitz, M. Enhanced purification of cell-permeant Cre and germline transmission after transduction into mouse embryonic stem cells. Genesis. 45 (8), 508-517 (2007).
  7. Bosnali, M., Edenhofer, F. Generation of transducible versions of transcription factors Oct4 and Sox2. Biol Chem. 389 (7), 851-861 (2008).
  8. Landry, J. R. Runx genes are direct targets of Scl/Tal1 in the yolk sac and fetal liver. Blood. 111 (6), 3005-3014 (2008).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Protein TransductionCell Permeable ProteinsCre RecombinaseHistidine Tag PurificationNickel Affinity ChromatographyE coli ExpressionSDS Page AnalysisNuclear Localization SignalTAT PeptideRecombinase Activity Assay

Related Articles