Очистка рекомбинантных белков из растительных систем обычно осложняется растительными белками. В данной работе представлен метод эффективного извлечения и очистки секретируемого рекомбинантного белка из апопласта Nicotiana benthamiana.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Очистка рекомбинантных белков из растительных систем обычно осложняется растительными белками. В данной работе представлен метод эффективного извлечения и очистки секретируемого рекомбинантного белка из апопласта Nicotiana benthamiana.
Растения являются недавно развивающейся эукариотической системой экспрессии, которая исследуется для производства терапевтических белков. Очистка растений от рекомбинантных белков является одним из наиболее важных этапов производственного процесса. Как правило, белки очищали от общего количества растворимых белков (TSP), и присутствие различных внутриклеточных белков и цитохромов создает проблемы для последующих этапов очистки белков. Более того, большинство терапевтических белков, таких как антигены и антитела, секретируются для получения надлежащего гликозилирования, а присутствие не полностью модифицированных белков приводит к несогласованным структурам антигенов или антител. В данной работе представлен более эффективный метод получения высокоочищенных рекомбинантных белков из апопластического пространства растений. Рекомбинантный зеленый флуоресцентный белок (GFP) секретируется в апопласт Nicotiana benthamiana , а затем экстрагируется методом инфильтрации-центрифугирования. GFP-His из экстрагированного апопласта затем очищается с помощью аффинной хроматографии никеля. В отличие от традиционных методов из TSP, при очистке от апопластов образуются высокоочищенные рекомбинантные белки. Это представляет собой важное технологическое усовершенствование для систем растениеводства.
В настоящее время изучаются различные рекомбинантные терапевтические белки растительного происхождения, включая антитела, вакцины, биоактивные белки, ферменты и малые полипептиды 1,2,3,4,5,6. Растения становятся все более используемой платформой для производства терапевтических белков благодаря их безопасности, низкой стоимости и способности быстро масштабировать производство 7,8. Экспрессия и модификация белка в растительных системах, наряду с очисткой белка, являются критическими факторами, определяющими производительность растительных биореакторов 9,10. Повышение продуктивности растений и получение целевых белков высокой чистоты являются основными задачами, стоящими перед производственными системами на растительной основе11,12.
Субклеточная локализация и модификация рекомбинантных белков зависит от специфического сигнального пептида, кодируемого на N-конце, который нацелен на белок до его конечного назначения в органелле во время экспрессии генов. Рекомбинантные белки предназначены для локализации в апопласте, эндоплазматическом ретикулуме (ЭР), хлоропласте, вакуоле или цитоплазме на основе их уникальных свойств13. В отношении антигенов и антител предпочтение отдается секретируемым белкам. Перед секрецией белки проходят через ER и Гольджи для правильного сворачивания и посттрансляционных модификаций 14,15,16.
После производства в растениях рекомбинантные белки должны быть очищены от растительных экстрактов. Как правило, белки очищаются от общих растворимых растительных экстрактов, которые содержат большое количество внутриклеточных белков, неправильно свернутых и немодифицированных продуктов, а также цитохромов17. Для удаления примесей растительные экстракты подвергаются обширному фракционированию, включающему рибулоз-1,5-бисфосфаткарбоксилазу/оксигеназу (RuBisCO)-специфическую аффинную хроматографию, осаждение фитатов, осаждение полиэтиленгликоля, а также регулировку температуры и pH18,19. Такие этапы удаления примесей трудоемки и могут ухудшить качество белка.
Компартмент растительной клетки за пределами плазматической мембраны определяется как апопласт, охватывающий клеточную стенку, межклеточные пространства и ксилему20. Водная фаза обычно называется апопластной промывочной жидкостью (AWF). AWF содержит молекулы, секретируемые клетками для регуляции многочисленных биологических процессов, таких как транспорт, метаболизм клеточной стенки и реакции на стресс21,22. В отличие от TSP, молекулярные составляющие AWF менее сложны. Экстракция рекомбинантных белков из AWF может предотвратить контаминацию внутриклеточными белками, неправильно свернутыми продуктами и цитоплазматическими остатками. Вкратце, экстракционный липид поступает в листья через устьица под отрицательным давлением, а AWF собирается путем щадящего центрифугирования23. В то время как выделение AWF широко используется для изучения биологического прогресса внутри apoplast 24,25,26,27, оно не использовалось в системах производства на растительной основе.
Повышение продуктивности растений и получение целевых белков высокой чистоты являются центральными задачами для систем растениеводства28. Как правило, белки очищают от общих растворимых растительных экстрактов, содержащих большое количество внутриклеточных белков, неправильно свернутых и немодифицированных продуктов, а также цитохромов29, которые требуют больших затрат на последующую очистку30. Использование методов экстракции белка AWF для экстракции экзогенных рекомбинантных белков, секретируемых в апопласт, позволяет эффективно улучшить гомогенность рекомбинантных белков и снизить затраты на очистку белков. В данной работе мы используем сигнальный пептид PR1a для обеспечения секреции экзогенного белка в апопластное пространство и представляем подробный метод очистки рекомбинантного белка из AWF N. benthamiana.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Подготовка растений N. benthamiana
2. Построение рекомбинантного GFP-HIS
3. Производство GFP-His в N. benthamiana
4. Наблюдение за субклеточной локализацией GFP
5. Извлечение GFP из растения
6. Очистка GFP-His с помощью никель(Ni)-аффинной хроматографии
ПРИМЕЧАНИЕ: Выполняйте все шаги при температуре 4 °C.
7. Кумасси синий окрашивание белков
8. Вестерн-блоттинг белков
9. Определение концентрации белка
10. Количественное определение белка 31
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
GFP-His предназначен для секреции в апопластическое пространство N. benthamiana
GFP клонировали в плазмиду pCAMBIA1300 с N-концевым сигнальным пептидом PR1a для секреции и C-концевой His-меткой для очистки, генерируя p35s-PR1a-GFP-His (рис. 1A). Рекомбинантный белок был временно экспрессирован в N. benthamiana, и полоса в 30 кДа была обнаружена с помощью вестерн-блоттинга с использованием антител против His через 3 дня после агроинфильтр...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Использование растений для производства терапевтических белков в последние годы быстро расширилось 1,2,3,4,5,6. Гены, кодирующие белки, клонируются в векторы экспрессии и доставляются в ткани растений с помощью агроинфильтрации. После производства растительными клетками белки очищаются для последующего применения. Как правило...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Эта работа поддерживается Ассоциацией содействия инновациям молодежи CAS (2021084) и Фондом поддержки ключевых проектов развертывания Трехлетнего плана действий Института микробиологии Китайской академии наук.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 100 меш нейлоновая мелкоячеистая пряжа | Guangzhou Huayu Trading limited company | hy-230724-2 | Для экстракции белка AWF |
| 50 мл центрифужные пробирки | Vazyme | TCF00150 | Для центрифуги |
| ClonExpress II одношаговый набор для клонирования | Vazyme | C112-02 | Для клона |
| FastDigest Sac1 | NEB | R3156S | Для клона |
| FastDigest XbaI | NEB | FD0685 | Для клонирования |
| ImageJ 1.5.0 | / | /Для | анализа оттенков серого |
| Большой фильтр | Thermo Fisher | NEST | Для фильтрации Лазерная |
| сканирующая конфокальная микроскопия | Leica SP8 | Для субклеточной локализации | |
| Ni sepharose excel | Cytiva | 10339806 | Для очистки белка |
| Сборный белок плюс гель | YEASEN | 36246ES10 | Для SDS-PAGE |
| Малый фильтр | Nalgene | 1660045 | Для фильтрации |
| SuperSignal West Femto Substrate Trial Kit | Thermo Fisher | 34076 | Для вестерн-блоттинга |
| Triton X-100 | SCR | 30188928 | Для настройки буфера экстракции |
| типа ротариванг вакуумный | насос Zhejiang taizhouqiujing vacuum pump limited company | 2XZ-2 | Для вакуумной инфильтрации |
| Вертикальный смеситель | Haimen Qilinbel Instrument Manufacturing ООО | BE-1200 | Для смешивания |
| β-меркаптоэтанола | SIGMA | BCBK8223V | Для настройки экстракционного буфера |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.