Espressione e purificazione dei canali ionici di mammiferi Bestrophin
Summary
La purificazione dei canali ionici è spesso provocatorio, ma una volta raggiunto, potenzialmente può permettere le indagini in vitro delle funzioni e delle strutture dei canali. Qui, descriviamo le procedure graduale per l’espressione e purificazione delle proteine di mammiferi bestrophin, una famiglia di Ca2 +-attivato canali Cl– .
Abstract
Il genoma umano codifica quattro bestrophin paralogs, vale a dire BEST1, BEST2, BEST3 e BEST4. BEST1, codificata dal gene BEST1 , è Ca2 +-attivato Cl– canale (CaCC) espressi principalmente nell’epitelio retinico del pigmento (RPE). Il significato fisiologico e patologico del BEST1 è evidenziato dal fatto che oltre 200 mutazioni distinte del gene BEST1 sono state collegate geneticamente a uno spettro di almeno cinque disturbi degenerativi della retina, come migliori vitelliforme distrofia maculare (malattia di Best). Pertanto, comprendere la biofisica dei canali di bestrophin a livello di singola molecola contiene un enorme significato. Tuttavia, ottenere canali ionici dei mammiferi purificata è spesso un compito impegnativo. Qui, segnaliamo un protocollo per l’espressione delle proteine di mammiferi bestrophin con il sistema di trasferimento del gene baculovirus BacMam e loro purificazione di affinità e la cromatografia di esclusione dimensionale. Le proteine purificate hanno il potenziale per essere utilizzato nelle successive analisi funzionali e strutturali, quali registrazioni elettrofisiologiche in lipidici e cristallografia. D’importanza, questa pipeline può essere adattata per studiare le funzioni e le strutture di altri canali ionici.
Introduction
Bestrophins sono una famiglia di canali ionici conservata attraverso specie variano da batteri a esseri umani1. In esseri umani, del gene BEST1 , localizzato sul cromosoma 11q12.3, codifica per la proteina di membrana Bestrophin-1 (BEST1) che si esprime principalmente nella membrana basolaterale delle cellule epitelio retinico del pigmento del occhi2,3 ,4. Composto da 585 aminoacidi, il primo ~ 350 di cui sono altamente conservati tra specie e contenere la sua regione transmembrana, BEST1 agisce come un CaCC in esseri umani1,5,6. Inoltre, gli omologhi BEST1 nei polli e Klebsiella pneumoniae entrambi funzionano come homopentamers7,8, suggerendo un alto livello di conservazione nel corso dell’evoluzione.
In esseri umani, oltre 200 mutazioni del gene BEST1 sono stati clinicamente collegate ad un gruppo di malattie di degenerazione retinica denominato bestrophinopathies1,9. Cinque bestrophinopathies specifici sono stati segnalati, compreso la malattia di Best, distrofia vitelliforme di adulto-inizio, Vitreoretinocoroidopatia autosomica dominante, autosomica recessiva Bestrofinopatia e retinite pigmentosa3,4 ,10,11,12,13,14. Queste malattie, che conducono ad una riduzione della vista e persino cecità, sono attualmente incurabili. Al fine di sviluppare trattamenti terapeutici e medicina potenzialmente personalizzata, è fondamentale per capire come queste mutazioni malattia-causanti BEST1 influenzano la funzione e la struttura del BEST1 canale15. Per questi scopi, i ricercatori devono ottenere canali purificata bestrophin (wild-type e/o mutante) e condotta in vitro analisi5,8.
Il primo passo fondamentale è l’espressione di canali bestrophin da specie superiori in cellule di mammifero. Come baculovirus trasduzione di cellule HEK293-F (sistema BacMam) è un metodo potente per esprimere heterologously membrana proteine16,17, questo protocollo utilizza un vettore di BacMam ottimizzato (pEG BacMam) per robusta espressione della destinazione della proteina18, che in questo caso è un omologo mammifero bestrophin. Questo vettore è stato utilizzato per l’espressione di varie proteine di membrana, tra cui i recettori accoppiati a proteine G, recettori nucleari e altri canali ion18. C’è inoltre la prova che le proteine prodotte sono adatte per cristallografia18. Con alti livelli di espressione in cellule HEK293-F, le proteine possono essere purificate poi mediante cromatografia; in particolare, nel caso di bestrophins, affinità e la cromatografia di esclusione dimensionale può essere utilizzati.
Una volta che questo protocollo è messa a punto per un canale di bestrophin, la proteina purificata possa poi essere analizzata per la sua funzione e la struttura attraverso il doppio strato lipidico planare e cristallografia a raggi x, rispettivamente5,8. Complessivamente, queste tecniche forniscono una potente pipeline per indagini strutturali e funzionali di bestrophins e altri canali ionici.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo descrive una pipeline utile per espressione e purificazione dei canali ionici bestrophin mammiferi da utilizzare per le analisi future in vitro . Mentre il dispositivo FPLC è richiesto per la cromatografia di esclusione dimensionale, una pompa a siringa è sufficiente per tutti i passaggi di cromatografia di affinità tra cui associazione, lavaggio e medicati. Quando si utilizza una pompa a siringa a soluzioni di push (in una siringa) attraverso una colonna, è essenziale per sottofondo il lat…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo progetto è stato finanziato da sovvenzioni NIH EY025290, GM127652 e Università di Rochester finanziamento di Start-up.
Materials
| HEPES | Fisher Scientific | AC327265000 | |
| NaCl | Fisher Scientific | AC446212500 | |
| Glycerol | Fisher Scientific | G33-500 | |
| Imidazole | Fisher Scientific | AC301870010 | |
| MgCl2 | Fisher Scientific | AC197530010 | |
| TCEP | Fisher Scientific | AA4058704 | |
| Aprotinin | Fisher Scientific | AAJ63039MA | |
| Leupeptin | Fisher Scientific | AAJ61188MB | |
| Pepstatin A | Fisher Scientific | AAJ20037MB | |
| Phenylmethylsulfonyl fluoride | Fisher Scientific | AC215740050 | |
| DDM sol-grade | Anatrace | D310S | |
| DDM anagrade | Anatrace | D310 | |
| Sf-900 II SFM | ThermoFisher | 10902179 | |
| FreeStyle medium | ThermoFisher | 12338018 | |
| NanoDrop spectrophotometer | ThermoFisher | ND-2000 | |
| High pressure homogenizer | Avestin | Emulsiflex-C5 | |
| HisTrap column | GE | 17-5248-01 | |
| Superdex-200 column | GE | 28990944 | |
| AKTA Pure | GE | 29018224 | |
| Ultra-15 centrifugal filter units | Millipore | UFC910024 | |
| Ultra-4 centrifugal filter units | Millipore | UFC810024 | |
| Ultra-0.5 centrifugal filter units | Millipore | UFC505024 | |
| Optima XE-90 Ultracentrifuge | Beckman Coulter | A94471 | |
| Mini-PROTEAN Tetra Cell | Bio-Rad | 1658004 | |
| Mini-PROTEAN precast gel | Bio-Rad | 4561084 | |
| T100 Thermal Cycler | Bio-Rad | 1861096 | |
| PolyJet transfection reagent | SignaGen | SL100688 | |
| pEG BacMam vector | Obtained from the Gouaux lab at Vollum Institute |
References
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