$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
В течение нескольких десятилетий как синтетические, так и природные материалы изучались для использования в качестве каркасов в тканевой инженерии1,2. В то время как синтетические материалы, такие как полимеры, обладают превосходной структурной целостностью и настраиваемыми механическими свойствами, они часто обладают недостаточной биологической активностью для стимулирования роста и инфильтрации тканей. С другой стороны, природные материалы, такие как белки внеклеточного матрикса (ECM), обладают отличной биологической активностью, но имеют ограничения, такие как вариабельность от партии к партии, быстрая деградация и проблемы иммуногенности. Таким образом, рекомбинантные белки являются желательными, поскольку они могут быть сконструированы таким образом, чтобы имитировать только желательные свойства нативных белков3,4.
Инженерия рекомбинантных белков вызвала широкий интерес как универсальная платформа для разработки и производства новых биополимеров искусственных белков. Контролируя генетическую последовательность, функциональные возможности искусственных белков могут быть адаптированы для широкогоспектра применений. В частности, белки искусственного внеклеточного матрикса (aECM) могут быть адаптированы таким образом, чтобы иметь множество функциональных возможностей для применения в тканевой инженерии, регенерации и заживлении ран2,7. Что еще более важно, достижения в технологиях клонирования и очистки значительно повысили масштабируемость и значительно снизили стоимость производства рекомбинантных белков. Возможно получение большого количества рекомбинантных белков при низких производственных затратах, которые экономически выгодны для использования в клинике5.
Искусственные белки внеклеточного матрикса были разработаны для применения в тканевой инженерии8-11. Например, Tirrell et al. разработали сосудистый трансплантат малого диаметра с использованием искусственных белков, содержащих последовательность фибронектина CS5 и эластиноподобные повторы (ELP-CS5). Они показали, что эндотелиальные клетки пупочной вены человека (HUVECs) способны адгезивоваться и расти на этих материалах12. Другие также включили короткие биологически активные последовательности, взятые из фибронектина, коллагена, ламинина, фибриногена и витронектина, а также структурные домены, которые имитируют эластин, паучий шелк и коллаген для создания различныхгибридных белков. Объемные сшитые пленки, изготовленные из белков aECM на основе эластина, также проявляли механические свойства, сходные с механическими свойствами нативного эластина (модули упругости колеблются в пределах 0,3-0,6 МПа)13. Впоследствии, как сообщалось, белки aECM, содержащие более длинные фрагменты фибронектина, также ускоряют заживление ран in vitro из-за повышенного сродства связывания с интегринами8.
Недавно Тджини его коллеги разработали интегрин-специфичные искусственные белки ECM. Каждый белок aECM содержит биоактивный клеточно-связывающий домен, взятый из компонентов ECM нативной кожи человека2,7,15, таких как ламинин-5, коллаген-IV и фибронектин. Например, было показано, что интегрин α3Β1 связывается с последовательностью PPFLMLLKGSTR, обнаруженной в глобулярном домене 3 (LG3) альфа-3 цепи ламинина-5 (LG3)16,17. В своем отчете они показали, что первичные эпидермальные кератиноциты кожи человека преимущественно взаимодействуют с различными интегринами для связывания с каждым из белков aECM, в зависимости от типа присутствующего клеточного связывающего домена.
Белки aECM, обсуждаемые в работе Tjin et al., содержат фланкирующие эластин-подобные домены {(VPGIG)2VPGKG(VPGIG)2}8, которые придают эластичность, имитирующую механические свойства человеческой кожи. Кроме того, включение остатков лизина в эластиноподобные повторы также увеличивает общую растворимость белка в водных растворителях. Кроме того, остатки лизина также служат сайтами сшивки для облегчения формирования сшитых пленок aECM12. Включение эластиноподобных повторов в белковую последовательность aECM позволяет легко очищать белки с помощью обратного переходного цикла (ITC)14. Эластины претерпевают резкий и обратимый фазовый переход при определенной температуре, известной как нижняя критическая температура раствора (LCST) или обратная температура перехода (Tt)18-20. Эластины и эластиноподобные повторы принимают гидрофильные случайные спиральные конформации ниже LCST и становятся растворимыми в воде, в то время как выше LCST эластины быстро агрегируются в частицы микронного размера. Такие фазовые переходы являются обратимыми и, следовательно, могут быть использованы для обеспечения легкой очистки белков aECM на основе эластина с помощью методаITC 21.
В этой работе мы сообщаем об обобщенной процедуре проектирования, конструирования и очистки искусственных белков ECM, содержащих биоактивные клеточно-связывающие домены, слитые с эластиноподобными повторами. Описан процесс конструирования и клонирования плазмид, которые кодируют аминокислотные последовательности белков aECM. Описаны шаги, необходимые для очистки белков aECM с помощью ITC. Наконец, обсуждаются методы определения чистоты белков aECM, полученных с помощью электрофореза SDS-PAGE и вестерн-блоттинга.