Описан новый подход к созданию электронного язычка (eT), который значительно упрощает проектирование и производство чувствительных материалов и позволяет eT генерировать непрерывные профили эволюции и ландшафты для образцов в жидкости. Полученный eT эффективен для общего анализа белков, такого как дискриминация.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Электронный язык Генерация непрерывные узоры признание за анализа белков
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
В текущем протоколе был разработан комбинаторный подход для упрощения проектирования и производства чувствительных материалов для создания электронных языков (eT) для анализа белков. Смешивая небольшое количество простых и легкодоступных молекул с различными физико-химическими свойствами, используемых в качестве строительных блоков (BB), в различных и контролируемых пропорциях и позволяя смесям самособираться на золотой поверхности призмы, был создан массив комбинаторных поверхностей с соответствующими свойствами для восприятия белка. Таким образом, можно быстро и эффективно получить большое количество перекрестно-реактивных рецепторов. Комбинируя такой массив комбинаторных кросс-реактивных рецепторов (CoCRR) с оптической системой детектирования, такой как поверхностная плазмонная резонансная томография (SPRi), полученный eT может отслеживать события связывания в режиме реального времени и генерировать непрерывные шаблоны распознавания, включая 2D-профиль непрерывной эволюции (CEP) и 3D-ландшафт непрерывной эволюции (CEL) для образцов в жидкости. Такая система eT эффективна для различения общих очищенных белков.
Введение
Точные и быстрые методы белок датчиков очень важно в медицинской диагностике и протеомики. Классические белковые обнаружения массивы, такие как биочипов, основаны на "заблокировать-и-ключа" принципом признания и требуют специфические рецепторы, такие как аптамеров, антитела, или имитаторов.
В последние годы, дифференциал зондирования вдохновлен человеческого обоняния и gustation стала альтернативной 1. Это электронный нос / язык (EN / ET) подход основан на дифференциальных связывания анализируемых на массив перекрестно реагирующих рецепторов (CRRs), которые не должны быть очень специфичными или селективными для молекул-мишеней, таким образом, позволяют преодолеть кропотливая Процесс разработки высокоселективных рецепторы. Это в сочетании ответ всех рецепторов, что создает отдельный шаблон для каждого образца, как отпечатки пальцев, обеспечивающее ее идентификацию.
Два ключевых проблем для развития электоприводтроник нос / язык для эффективного зондирования белка являются производство чувствительных элементов, которые имеют способность различать среди структурно подобных аналитов и соответствующей системы трансдукции для связывания события. До сих пор, исследования показали, различные подходы к развитию массива 2. Например, в одном исследовании на основе массивов идентификация белков была разработана с использованием CRRs, полученных из производных тетра-carboxyphenylporphyrin путем сочетания карбоксильных групп в различных аминокислот или дипептидов, чтобы обеспечить дифференциальные рецепторы, обладающие гидрофобную сердцевину для сродством к белкам и различных заряженных периферии для придания дифференциального связывания. Используя эту систему, различные белки и белковые смеси были определены путем измерения тушение флуоресценции рецепторов при взаимодействии с аналитов 3,4. В другом исследовании, библиотека 29 CRRs содержащих трипептид и остатки борной кислоты синтезируются в комбинаторной пути на hexasubstiщённые бензол эшафот был разработан для измерения белки с индикатором захвата колориметрического обнаружения 5,6. При такой конструкции, каждая из рецепторов показали, дифференциальный связывающую способность с белками на основе различий в пептидных оружия, и борной кислоты при содействии в дифференциации белков из гликопротеинов. Совсем недавно, массив состоит из различных катионных функционализованный наночастиц золота, сопряженных с анионным флуоресцентного полимерной поли (п-phenyleneethynylene) (СИЗ) был создан для обнаружения и идентификации белков 7. Конкурентного связывания между белковыми аналитов и гасят СИЗ / золотые наночастицы комплексов регенерированных флуоресценции, создавая различные узоры распознавания для белков. В этом исследовании, функционализованные наночастицы-белковые взаимодействия были настроены путем изменения физико-химических свойств конечных наночастиц групп. Кроме того, было показано, что такой подход является эффективным для анализа белков в сложной и богатой белком среде, такойкак сыворотке крови человека в физиологически значимых концентрациях, таким образом показывая потенциал ET в профилирования реальные образцы для диагностики болезненных состояний 8.
Хотя очень перспективным, эти системы имеют некоторые ограничения, присущие. Они требуют разработки и синтеза от 5 до 29 CRRs с довольно сложными структурами. Кроме того, в отличие от обонятельной системы, который сбрасывается после каждого измерения, белок, чувствительный требует подготовки массив на выборку. Наконец, мониторинг в реальном времени обязательные мероприятия чрезвычайно трудно.
В этом контексте, комбинаторный подход был предложен с помощью небольшого количества простых и легко доступных молекул с различными физико-химическими свойствами (гидрофильными, гидрофобными, положительно заряженные, отрицательно заряженные, нейтральный и т.д..) В качестве строительных блоков (BBS) 9. Смешивая ББ в различной и контролируемых пропорции и позволяя смесей самостоятельно собираться на золотой поверхностипризма, был создан массив комбинаторных поверхностей с участием соответствующих настроек связывающий белок. Примечательно, что самоорганизующиеся монослои на данной системы позволяют легко настройку диапазона свойств поверхности в сильно расходящихся моды, что позволяет различные комбинаторные кросс-реактивные рецепторы (CoCRRs), чтобы быть быстро и эффективно получать. Белок зондирование проводилось с помощью оптической системы обнаружения, поверхностного плазмонного резонанса (SPRI). Вкратце, широкая балка монохромные поляризованный свет от светодиода освещает всю CoCRR области массива на поверхности призмы. CCD видео камера высокого разрешения в режиме реального времени разница изображения во всех пятен массива CoCRR. Она захватывает все локальные изменения на поверхности массива CoCRR, содержащие подробную информацию о связывающих событий и кинетических процессов 10. Между тем, с помощью ПО для обработки изображений, SPR изображения, соответствующие пятен автоматически преобразуются в вариациях отражения Versuпора, создавая серию кинетических кривых связывания называемых сенсограммы. Таким образом, SPRI позволяет без наклеек, синхронный, параллельно, и в режиме реального времени наблюдать обязательных мероприятий. Кроме того, полученный массив CoCRR является регенерировать и повторно для анализа белков.
Этот протокол описывает конструкцию электронного языка, используя только два небольших молекул в качестве строительных блоков и иллюстрирует его применение для анализа общих белков на основе непрерывных моделей распознавания, полученных с SPRI.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
1 Подготовка различные решения и белковых проб
- Приготовьте 100 мл фосфатного буферного раствора (PBS-G), содержащем 50 мМ NaH 2 PO 4, 50 мМ NaCl, 10% глицерина при рН 6,8.
- Приготовьте 250 мл буферного раствора HEPES, содержащего 10 мМ HEPES, 150 мМ NaCl, 0,005% Tween 20 при рН 7,4.
- Подготовка исходного раствора строительного блока 1 (BB1) лактозы и строительный блок 2 (BB2) сульфатной лактозы (Рисунок 1) на 0,2 мм в PBS-G.
- Подготовить 1 мл белковых растворов в HEPES: рахис hypogaea лектин (АХЛ) при 500 нм, миоглобина при 1 мкм, и лизоцим при 500 нМ.
- Подготовка 20 мл 1% SDS в сверхчистой воде.
2 Получение массива CoCRR
- Очистите золотую поверхность призмы 48 часов до использования очистителем плазмы в течение 3 мин в этих условиях: 75% кислорода, 25% аргона, 0,6 мбар, мощность 40 Вт
- Подготовьте одиннадцать чистых и смешанных SOLUTIOнс ВВ1 и ВВ2 с BB1 [] / ([BB1] + [BB2]) соотношение между 0 и 100% с шагом 10% при общем BB концентрации 0,1 мМ в PBS-G.
- Депозит 8 NL капли этих чистых и смешанных растворов на поверхности призмы, используя бесконтактную корректировщик в четырех экземплярах для каждого коэффициента с 44 мест в общей сложности (рисунок 2).
Примечание: 10% глицерина добавлен в PBS-G очень важно, чтобы уменьшить испарение растворителя и изменение концентрации ВВ после осаждения. - Поместите призму внутри чашку Петри, содержащую 1 мл сверхчистой воды и оставить его O / N при комнатной температуре самосборки BB1 и ВВ2 на поверхности золота. При этом предполагается, что средний состав поверхности в смешанном ЗРК отражает состав осаждения смешанного раствора (фиг.3) 11.
- Тщательно промойте призму с особо чистой воды, а затем высушить его в потоке аргона.
3 Белки зондирования по SPRI
- Установите incubatoR, в котором устройство SPRI помещают при 25 ° С, чтобы избежать изменения показателя преломления, вызванные изменением температуры во время зондирования белка.
- Вставьте нефункционализированных полоскания призму в 10 мкл полиэфирэфиркетон (PEEK) ячейка соединена с компьютерным управлением шприцевой насос, дегазатор и 6-порта клапана впрыска среднего давления потока (Рисунок 4). Заполните проточной системы с свежеотфильтрованная и дегазированной работает буферных HEPES.
- Снимите полоскания призму и вставьте призму, содержащий массив CoCRR в проточную ячейку. Выполнить HEPES в / мин скоростью потока 100 мкл. С помощью ПЗС-камеры удалить пузырьки воздуха, присутствующие на поверхности призмы путем передачи подвижного буфера быстро.
- Определите область исследования для каждого пятна рисуя круг такого же диаметра для интересующей области, основанной на хорошо получается контрастное изображение массива и с помощью интегрированного программного обеспечения в системе SPRI.
- Трассировка плазмонного кривые, которые представляют отражаютКривые ivity в зависимости от угла падающего, для всех пятен.
- Выберите угол (положение, при котором будет записан кинетические кривые) рабочих на самом высоком наклона кривых отражательной. Поверните сканирования зеркало, чтобы установить выбранный рабочий угол для кинетических измерений.
- Продолжение работы HEPES через систему потока до тех пор, отражательная сигнал для всех пятен не является стабильным и постоянным.
- Введите 1 мл раствора AHL с помощью шприца в петлю образца (500 мкл) с инжекторного клапана в позицию "нагрузки". Затем положить впрыска клапан в положение "инъекцию". Скорость потока используется для всех инъекции белка 100 мкл / мин.
- Начните кинетических измерений путем мониторинга изменения отражательной способности на время одновременно на всех точках.
- В конце инъекции белка, промыть массив с рабочим буфером в течение 8 мин. И, наконец, вводят 1 мл 1% SDS, чтобы восстановить ее.
- Повторите ту же процедуру для другой рroteins.
4 Обработка и анализ данных
- После ввода белкового раствора в проточную кювету, молекулярного связывания происходит, и вызывает сдвиг кривых плазмонов и изменение отражательной способности. Программное обеспечение захвата изображений преобразует измеренные значения интенсивности света, чтобы Оттенки серого, давая SPR изображения Рисунок 5А, и генерирует изменение отражательной от времени, давая сенсограмм (Рисунок 5б).
- С помощью вычислительной математики программное обеспечение для построения отражательную способность (R%) в конце каждой инъекции белка по сравнению с [BB1] / ([ВВ1] + [BB2]) Соотношение генерировать 2D непрерывного профиля эволюции (СПФ) для каждого образца (рисунок 5C).
- Добавьте [BB1] / ([BB1] + [BB2]) соотношение в сенсограмм (5В) для генерации 3D непрерывной эволюции ландшафта (CEL) для каждого белка (Рисунок 5D).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Чтобы исследовать возможность электронного языка для общего анализа белка, были использованы три белка: AHL, миоглобина и лизоцим. Для каждого белка, особым 2D постоянная эволюция профиль, CEP, было сгенерировано ET, как показано на рисунке 6.
Кроме того, благодаря SPRI, который способен контролировать в режиме реального времени адсорбции и десорбции кинетики, для каждого белка время зависит шаблон непрерывное признание, называется 3D постоянная эволюция ландшафта (КВЖД), бы...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Наиболее важные шаги для построения этой ET посвящены обеспечить хорошую воспроизводимость системы. Например, очистка золотую поверхность призмы с стандартизированной процедуры перед использованием, добавляя 10% глицерина в одиннадцати чистых и смешанных растворов ВВ1 и ВВ2, чтобы исключить испарение растворителя при ББ самосборки на золотой поверхности призмы, хранение нескольких повторов для каждого [BB1] / ([BB1] + [BB2]) соотношение, и т.д.. Что касается белка зондирования по SPRI, выбор рабочего угла...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.
Благодарности
Авторы выражают благодарность за грант Ph.D. от LANEF в Гренобле за поддержку Лори-Амандин Гарсон. Эта работа была выполнена при финансовой поддержке Национального исследовательского агентства Франции (ANR-грант 06-NANO-045).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Аппарат SPRi | Аппарат Horiba Scientific-GenOptics | SPRi помещается в инкубатор с регулируемой температурой при температуре 25 °C. | |
| Инкубатор | Memmert | ||
| Шприцевой насос | Научные приборы Cavro | Cavro XLP 6000 | |
| Micro Elite Degasser | Alltech | AT590507 | |
| 6-линейный инжекторный клапан среднего давления | Upchurch Scientific | Объем используемого контура впрыска составляет 500 мкл. | |
| Фемтоплазменный очиститель (версия 7) | Diener Electronic | On-line система дегазации с 2 каналами. | |
| Споттер | Siliflow | представляет собой бесконтактный пьезоэлектрический споттер. | |
| SPRi-Biochip | Horiba Scientific-GenOptics | 36000067 | Призма изготовлена из стеклянной призмы с высоким коэффициентом преломления, покрытой тонкой золотой пленкой (45 нм) и специально разработанной для целей визуализации. |
| Erythrina cristagalli lectin | Sigma-Aldrich | L5390 | |
| Arachis hypogaea lectin | Сигма-Олдрич | L0881 | |
| Миоглобин | Сигма-Олдрич | M1882 | |
| Лизоцим | Сигма-Олдрич | L6876 | |
| CXCL12&альфа; | Предоставлено д-ром Хьюгом Лорта-Жакобом; подробную информацию о подготовке см. в ссылке 9 | ||
| CXCL12γ | Предоставлено д-ром Хьюгом Лорта-Жакобом; подробности приготовления см. в ссылке 9 | ||
| Лактоза | предоставлена профессором Дэвидом Боннаффом; подробности приготовления см. в ссылке 9 | ||
| Сульфатированная лактоза | предоставлена профессором Дэвидом Боннаффом; подробности приготовления см. в ссылке 9 | ||
| Глицерин | Sigma-Aldrich | G5150 | |
| SDS | Sigma-Aldrich | L4509 | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | 274348 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| Одноосновной фосфат натрия | Sigma-Aldrich | S0751 | |
| Хлорид натрия | Sigma-Aldrich | S3014 |
Ссылки
- Margulies, D., Hamilton, A. D. Combinatorial protein recognition as an alternative approach to antibody-mimetics. Current Opinion in Chemical Biology. 14, 705-712 (2010).
- Umali, A. P., Anslyn, E. V. A general approach to differential sensing using synthetic molecular receptors. Current Opinion in Chemical Biology. 14, 685-692 (2010).
- Baldini, L., Wilson, A. J., Hong, J., Hamilton, A. D. Pattern-based detection of different proteins using an array of fluorescent protein surface receptors. J. Am. Chem. Soc. 126, 5656-5657 (2004).
- Zhou, H. C., Baldini, L., Hong, J., Wilson, A. J., Hamilton, A. D. Pattern recognition of proteins based on an array of functionalized porphyrins. J. Am. Chem. Soc. 128, 2421-2425 (2006).
- Wright, A. T., Griffin, M. J., Zhong, Z., McCleskey, S. C., Anslyn, E. V., McDevitt, J. T. Differential receptors create patterns that distinguish various proteins. Angew. Chem. Int. Ed. 44, 6375-6378 (2005).
- Wright, A. T., Anslyn, E. V. Differential receptor arrays and assays for solution-based molecular recognition. Chem. Soc. Rev. 35, 14-28 (2006).
- You, C. C., et al. Detection and identification of proteins using nanoparticle–fluorescent polymer ‘chemical nose’ sensors. Nature Nanotechnology. 2, 318-323 (2007).
- De, M., et al. Sensing of proteins in human serum using conjugates of nanoparticles and green fluorescent protein. Nature Chemistry. 1, 461-465 (2009).
- Hou, Y., et al. Continuous evolution profiles for electronic-tongue-based analysis. Angew. Chem. Int. Ed. 51, 10394-10398 (2012).
- Campbell, C. T., Kim, G. SPR microscopy and its applications to high-throughput analyses of biomolecular binding events and their kinetics. Biomaterials. 28, 2380-2392 (2007).
- Stranick, S. J., et al. Nanometer-scale phase separation in mixed composition self-assembled monolayers. Nanotechnology. 7, 438-442 (1996).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
