이 작품은과 ShanghaiTech 대학, 상하이, 중국 (DP1CA174426 카를로스 F. 바스 (Barbas)로) (JL에) 건강의 국립 연구소에 의해 지원되었다. 분자 그래픽 파이 몰을 이용하여 생성 하였다.

1. 복제 <ol><li> 애완 동물-28 발현 벡터 시스템에 클로닝 SUB 요청 (PET-2F-ZIF)에 따라 사용할 수 있습니다되었습니다 알라닌 치환 두 손가락 ZIF 도메인을 가져옵니다. (34) </li><li> PCR은 프라이머 플라스미드 에메랄드 pBAD에서 EmGFP를 증폭 5 &#39;XmaI-EmGFP (5&#39;-GGAAATTG CCCGGG ATGGTGAGCAAGGGCGAGGAGCTGTTCAC-3&#39;; 굵게 XMA I 사이트) 및 3 &#39;를 SacI-EmGFP (5&#39;-CGGATCT GAGCTC TTACTTGTACAGCTCGTCCATGCCGAG-3&#39; ; 굵게 골목 I 사이트). <ol><li> 주형 DNA 5 ng를 10 배 중합 효소 완충액 10 μL, 증류 / 탈 이온수로 이루어진 하나의 Taq DNA 중합 효소, 0.2mM의 각각의 dNTP의 단위 (U)와 나머지 부피 100 μL 용액에서 각 프라이머의 0.2 μM 사용 . 사이클링 조건을 사용하여 5 분 동안 95 ° C를; 30 초 동안 95 ° C의 30주기, 30 초 동안 55 ° C에서 1 분 72 ° C; 10 분 동안 72 ° C에서. 겔 extracti 의해 PCR 생성물을 정제하여에와 애비 260 × 50 ㎍ / ml의 측정 분광 광도계를 사용하여 DNA 농도를 결정한다. </li></ol></li><li> 다이제스트 애완 동물 2F-ZIF 및 제한 EmGFP을 코딩하는 삽입 DNA의 1 μg의 당 효소 10 U를 사용하여 37 ° C에서 3 시간 동안 권장 버퍼에 XMA I과 골목 I 효소. 이러한 티듐 브로마이드 인터 형광 염료를 이용한 아가로 오스 겔 전기 영동에 의해 DNA를 시각화. </li><li> 젤 추출 키트에 의해 소화 DNA를 정화하고 복근 260 × 50 ㎍ / ml의 측정 분광 광도계에 의해 DNA 농도를 결정한다. </li><li> 실온에서 최소 1 시간 동안 T4 DNA 리가 제 1 U를 사용하여 애완 동물 2F-ZIF의 50 ~ 100 NG로 정제 EmGFP 인코딩 DNA를 결찰. 인서트 한 투 벡터 몰비 : 최상의 결과를 위해,도 6을 사용하여 연결 반응을 수행한다. </li><li> 얼음에 어떤 화학적으로 유능한 XL-1 블루 대장균 세포의 50 μl를 해동 및 10 ~ 20 ng의 결찰 애완 동물 2F-ZIF-EmGFP의 가볍게 섞는다. </li><li> 3 얼음에 보관0 분. 열 충격 90 초 동안 42 ° C에서 혼합물은 진탕 37 ° C에서 1 시간 동안 Catabolite 탄압 (SOC) 슈퍼 최적 배지 2 ml의 세포를 복구 할 수 있습니다. </li><li> 50 ㎍ / ㎖의 카나마이신과 원성 국물 (LB) 한천 접시에 복구 문화의 100 μl를 확산하고 37 ° C에서 O / N을 배양한다. </li><li> 다음 날, 슈퍼 국물 (SB) 또는 50 ㎍ / ㎖의 카나마이신 37 ° C에서 LB 한천 플레이트와 문화 O / N에서 한 식민지 포함하는 LB 문화의 6 ml에 접종. 주 : 콜로니 PCR 프라이머는 5 &#39;XmaI-EmGFP 및 3&#39;SacI로-EmGFP 미니 프랩을 사용하는 것은 이전에 양성 클론을 식별하는데 사용될 수있다. </li><li> 미니 프렙에 의하여 애완 동물-2F-ZIF-EmGFP을 정화하고 T7 프로모터를 사용하여 DNA 염기 서열에 의해 플라스미드를 확인 (5&#39;-TAATACGACTCACTATAGGG-3 &#39;). </li></ol> 2. 발현 및 정제 <ol><li> 화학적으로 유능한 BL21 E.의 50 μl를 해동 얼음에 대장균 세포와 PL 애완 동물 2F-ZIF-EmGFP 100 NG로 가볍게 혼합asmid. 단계 1.7-1.8에 설명 된대로 변환. </li><li> 다음날, 단일 콜로니로 50 ㎍ / ㎖의 카나마이신을 함유하는 LB 배지 10 ㎖에 접종하고 진탕하면서 37 ℃에서 O / N 성장. </li><li> 다음 날, 50 ㎍ / ㎖의 카나마이신, 0.2 % 글루코스 및 100 μM ZnCl이 보충 된 LB 배지 1 L로 O / N 배양의 10 mL로 희석. 0.8의 600 nm의 (OD 600)에서 광학 밀도에 진탕 37 ° C에서 문화를 성장과 2 mM의 이소 프로필-β-D-1-D- 티오 갈 락토 피 라노 시드 (IPTG)와 단백질 발현을 유도한다. 4 ° C에서 10 분 동안 5,000 XG에 원심 분리하여 37 ° C에서 성장의 6 시간, 수확 세포 후. 참고 : 유도 조건이 매우 다양하고 표현되는 단백질의 안정성에 따라 달라집니다. 0.8 (600)에 도달 할 때까지 OD OD 600 매 30 분을 모니터링합니다. </li><li> 용해 완충액 5 ㎖ (50 mM의 트리스 -HCl, 500 mM의 염화나트륨에서 세포 펠렛을 재현 탁, 100 μM ZnCl 2, 1mM 디티 오 트레이 톨 (DTT), 1 ㎜의 MgCl 2, 1 mM의 페닐 메틸 설 포닐 플루오 라이드 (PMSF) 및 10 mM의 이미 다졸, pH를 8.0). 다음과 같은 설정으로 초음파에 의해 얼음에로 용해는 세포 : 50 % 전원 출력 / 10 초 오프 간격으로 5 초와 4 분의 처리 시간. 솔루션을 과열하지 마십시오. </li><li> 4 ° C에서 30 분 동안 25,000 XG에서 세포 용 해물을 원심 분리기와 신선한 수집 관에 뜨는을 전송합니다. 최상의 결과를 위해, 4 ° C에서 다음의 모든 단계를 수행합니다. </li><li> 열 평형의 Ni-NTA 슬러리의 1 ml로 미리 포장을 통해 상층 액을 실행합니다. 세척 버퍼의 20 ㎖ (50 mM 트리스 - 염산, 500 mM의 NaCl을, 100 μM ZnCl 2, 1 mM의 DTT, 1 ㎜의 MgCl 2, 30 mM의 이미 다졸, 산도 8.0)와 수지 씻으십시오. </li><li> 5 용출 완충제 ㎖ (50 mM의 트리스 -HCl, 500 mM의 NaCl을 100 μM ZnCl 2, 1 mM의 DTT, 1 ㎜의 MgCl 2, 300 mM의 이미 다졸, pH를 8.0)으로 용출시켰다. </li><li> 버퍼 저장 버퍼와 용출 된 단백질 (50 mM의 교환트리스 -HCl, 500 mM의 NaCl을 100 μM ZnCl 2, 1 mM의 DTT, 1 ㎜의 MgCl 2, 10 % 글리세롤, pH를 8.0) 및 제조자의 지시에 따라 원심 분리하여 회전 농축기를 이용하여 적어도 40 μM로 단백질을 농축시켰다. </li><li> BCA 또는 브래드 포드 분석에 의해 단백질 농도를 결정합니다. 10 분 동안 95 ° C에서 2 μL 2 × SDS-PAGE 로딩 염료, 종기와 정제 된 단백질의 2 μl를 혼합 한 후 4 %에 단백질 순도 (그림 2) 평가 20 % 트리스 - 글리신 SDS-PAGE를 해결. </li></ol> 3. 단백질 저장 <ol><li> -80 ° C에서 액체 질소와 저장소에 농축 된 단백질, 플래시 동결 나누어지는. EmGFP 융합 단백질, 단백질 빛으로부터 보호하기 위해 알루미늄 호일로 커버 튜브. </li><li> 반복 동결 단백질 용액의 해동을 피하십시오. 참고 : ZIF - 융합 단백질이 1 개월 이상 이러한 조건에서 안정하다. 부적절한 또는&gt; 4개월 스토리지 될 수 있습니다단백질 침전 또는 EmGFP의 광표백에. </li></ol> 4. 단백질 전달 <ol><li> 10 %를 함유하는 둘 베코 변형 이글 배지 (DMEM)에서 HeLa 세포를 유지 (v / v)의 소 태아 혈청 (FBS), 1 % 항생제 - 항진균제 5 % CO 2와 완전히 가습 분위기에서 37 ℃. 참고 : 세포는 30 개 이상의 시간이 단백질 전달하지 않는 것이 좋습니다 계대. </li><li> 사전 코트 25 ° C에서 30 분 60에 대한 폴리 라이신의 50 μg의 / ㎖의 500 μL와 24 웰 플레이트. 웰 당 2 × 105 세포의 밀도로 24 웰 플레이트 상에 종자 세포. 세포가 80 % 사이에 -90 %의 합류 일단 파종 후 24 시간에서, 또는, 각 웰에서 미디어를 제거하고 예열 된 무 혈청 DMEM 500 μL (SFM)로 세척한다. </li><li> 각 웰에, SFM의 250 μL가 ZIF-EmGFP 단백질의 2 μM, 100 μM ZnCl 2를 포함하는 추가합니다. 1 시간 동안 37 ℃에서 세포를 배양한다. 참고 : ZIF 도메인은 세포를 입력 홍보imarily 에너지에 의존하는 메커니즘입니다 macropinocytosis, (34)를 통해. 따라서, 단백질의 효율적인 세포 내재화 37 ° C에서 배양해야한다. </li><li> 칼슘과 마그네슘이없는 500 μL로 3 회 세포에서 미디어를 제거하고 세척 둘 베코의 인산염 완충 식염수 헤파린의 0.5 ㎎ / ㎖로 보충 (DPBS). 참고 : 헤파린은 다운 스트림 분석을 복잡하게 할 수 표면에 결합 된 단백질을 제거 할 필요가있다. </li><li> 향상된 배달 3 회까지 (선택 사항) 반복 치료. </li><li> 바로 2 분 37 ° C에서 0.05 % 트립신 EDTA와 소화에 의해 세척 헤파린 후 처리 된 세포를 분리합니다. 1 % FBS가 보충 된 0.5 ㎖의 DPBS에서 분리 된 세포를 다시 일시. </li><li> 형광 염료 (FITC)의 채널 (도 3)을 이용하여 유세포 분석기 (35)에 의해 각 시료의 형광 강도를 측정한다. 의 인구를 배치 앞으로 분산 형 (FSC)와 측면 산란 (SSC)를 조정서로 다른 특성을 가진 집단이 서로 해결을 보장 규모에 관심. </li><li> 각 샘플에 대한 10,000 라이브 이벤트를 수집 및 처리 만 SFM 해당 셀에 ZIF-EmGFP로 처리 된 HeLa 세포로부터의 데이터 분석 소프트웨어. 36 정규화 유세포 형광을 사용하여 데이터를 분석한다. </li></ol>

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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+Aart,+a+designed+six-finger+zinc+finger+peptide,+bound+to+DNA.">Structure of Aart, a designed six-finger zinc finger peptide, bound to DNA.</a> J. Mol. Biol. 363, 405-421 (2006).</li></ol>

저자가 공개하는 게 없다.

여기, 세포 투과성 아연 손가락 (ZIF) 도메인을 사용하여 단백질 전달을위한 단계별 프로토콜이 제공됩니다. ZIF 도메인 융합 효소화물 (34)의 활성을 감소시키지 않는다; 생산 및 수정되지 않은 단백질과 관찰 된 것과 거의 동일한 수익률 단백질의 정제 할 수 있습니다; 전통적인 세포 투과 펩티드 또는 단백질 전달체 시스템 효율성을 초과하여 세포 유형 내로 다양한 단백질 및 효소를 운반 할 수있다. 함께, 이러한 연구 결과는 다양한 유형의 애플리케이션에 직접 단백질을 세포 내로 전달을 매개하는 ZIF 도메인 넓은 전위를 나타낸다. 최대 단백질 전달은 이전보다 양전하를 운반 3-4 손가락 ZIF 도메인의 배열을 연장하는 사실에도 불구하고, 오직 두 손가락 ZIF 도메인을 사용하여 달성 하였다. 이러한 결과는 세포 - 매개 ZIF 항목 전하, INC 이외의 요인에 의해 영향을받을 수 있음을 나타낸다단백질 안정성 또는 구조적 강성을 luding. ZIF 도메인 매개 단백질 전달은 에너지에 의존하는 것으로 밝혀 따라서 단백질로 치료 모든 세포가 37 ° C에서 배양 할 것을 요구했다. 다양한 세포 내 이입 경로, macropinocytosis의 소분자 저해제의 사용을 통해, 그리고 낮은 정도의 카베 올린 의존적 세포 내 이입에 ZIF - 매개 세포 항목의 주요 경로 인 것으로 결정 하였다. (34) 특히, 다른 단백질 전달 시스템과 달리, ZIF 도메인은 효율적으로 융합 된 거대 분자의 세포 내 전달화물의 상부를 중재하는 엔도 좀을 빠져 강력한 단백질 전달을 달성하기위한이 영역의 전위를 강조 할. 우리의 경험에 의하면, 세포의 파종 밀도는 단백질 전달의 높은 수준을 달성하기위한 중요한 공정이다. 우리는 그들이 80 % -90 %의 포화 상태에 도달하면 세포 치료 이전에 관찰하는 것이 좋습니다&gt; 95 % 컨 플루 쇼 하위에 시드 셀최적의 전달 용량, 낮은 밀도 (&lt;50 %)로 접종 세포 독성 단백질 유발되기 쉽다있다. 중요한 것은, 높은 분리 경향과 세포 유형, 세포 배양 플레이트 폴리 라이신과 사전 코팅을 권장합니다. 폴리 라이신은 음전하를 세포 표면의 구성 요소와 정전 기적 상호 작용을 통해 세포 부착을 용이하게한다. 각 ZIF 도메인의 α 나선 DNA 결합 잔류 물 DNA 인식에 대한 가능성을 제거하기 위해 제거되었지만, ΒΒα ZIF 도메인 배를 안정시키기 위해 아연 2+ 이온 좌표 시스테인과 히스티딘 잔류 물은 그대로 유지됩니다. 따라서, 우리는 임의의 저장 버퍼 단백질 무결성을 유지 ZnCl 2의 적어도 100 μM로 보충 할 것을 권장합니다. ZIF 도메인이 이전에 다양한 종류의 세포에 단백질 및 효소를 제공하도록 도시되​​었지만, ZIF 전달의 효율도 macromo 모두에 의존 할 수도lecular화물 및 단백질 농도. 예를 들어, 세포는 두 손가락 ZIF-루시페라아제 융합 단백질을 처리 한 세포가 두 손가락으로 처리하면서, 더 높은 농도의 활성 감소로, 0.5 μM 단백질로 처리 할 때 최대 발광을 표시하는 관찰 EmGFP는 형광의 용량 의존적 증가를 나타내 강도 8.0 μm의 단백질까지, 연속 단백질 치료시. 따라서 우리는 농도 범위에 걸쳐 각 고유 ZIF 도메인 융합 세포 침투 능력을 평가 추천. 아직 증명되지 않았지만 마지막으로, 우리는 ZIF 도메인 전달이 세포 내로 거대 분자의 다양한 어레이를 제공 할 수있는 매우 유연한 플랫폼이라고 예상된다. DNA 및 RNA 모두 가수 분해성 화학적 링커를 통하여 ZIF 도메인의 표면에 관능 또는 일시적 ZIF 도메인 캡슐화 세포로 형질 감염 될 때까지 예를 들어, 가능할 수있다. 또한 efficiZIF 단백질 전달 ency 더욱 표면 전하의 최적화에 초점을 합리적 설계 노력에 의해 향상 될 수있다.

고효율 및 다양한 단백질 전달 전략은 많은 기초 연구 및 치료 응용 프로그램에 대한 중요합니다. 세포에 정제 된 단백질의 직접 배달이를 달성하기위한 가장 안전하고 가장 쉬운 방법 중 하나. 1, 2 핵산에서 유전자 발현에 의존하는 전략을 달리 표현, 3-5 단백질 배달에서 삽입 돌연변이 유발의 위험을 제기하지 무관 세포의 전사 / 번역 기계 및 즉각적인 효과를 할 수 있습니다. 그러나 단백질에 세포 침투 활동을 부여하는 대한 단순하고 일반화 방법의 부족은 정기적으로 세포에 직접적인 항목을 혼동. 단백질의 세포 내 전달을 용이하게하기위한 현재의 방법은 천연 또는 6-8 설계된 세포 침투 펩타이드 9-12 과급 전달 도메인, 13, 14 및 15 나노 리포좀 16 바이러스 입자 17,18 발생의 사용에 기초 </SUP&gt;과 고분자 미세 물질. (19) 불행하게도, 이러한 방법의 대부분이 낮은 세포 흡수 속도, 20, 21 가난한 안정성, (22) 실수로 세포 형 특이도, 23 낮은 엔도 좀 탈출 등록 (24)과 또한 독성. (25)에 의해 방해된다, 많은 ​​단백질 전달 기술은 전달 단백질의 생체 활성을 감소시킨다. (14) 우리 연구소는 이전에 아연 손가락 핵산 분해 효소를 증명 (ZFN) 단백질 - 키메라 제한이 프로그램의 Cys 2 - 그의 두 아연 손가락 DNA 결합 단백질과 FokI 제한 엔도 뉴 클레아 제 26 ~ 28의 절단 도메인으로 구성된 엔도 뉴 클레아 제 - 본질적으로 세포 - 아르 투과. (29)이 놀라운 세포 침투 활동은 맞춤 디자인 아연 손가락 도메인, 대상 게놈 엉위한 강력한 도구로 떠오르고있다 DNA 결합 플랫폼의 고유 재산 것으로 나타났다공학에, 30-32 간주은 단백질 표면에 양전하 여섯 잔기의 콘 스텔 레이션의 결과 일 수있다. 실제로, C 6 월 및 N-DEK 비롯한 여러 DNA 결합 단백질이. 세포막을 건너 타고난 능력을 갖는 것으로 밝혀졌다 (33)은보다 최근에, 본 연구실은 이러한 결과를 확장하고 입증하는 아연의 셀 관통 활동 손가락 (ZIF) 도메인은 세포 내 단백질 전달을 위해 활용 될 수있다. 많은 기존의 세포 침투 펩타이드 전달 시스템을 초과 효율성을 빨아들이는 관 주도 특정 단백질화물에 1 또는 2 손가락 ZIF 도메인 중 하나의 유전자 융합. (34) 가장 주목할만한, ZIF 매개 배달 융합 효소화물의 활동을 손상시키고 용이하지 않았다 세포질 전달의 높은 수준. 종합적으로, 이러한 결과는 단백질의 효율적이고 용이 한 전달을 용이하게하기 위해 도메인의 ZIF 가능성을 입증하고, 매크로 잠재적으로보다 다양한 종류의세포에 분자. 여기, 포유 동물 세포에서 단백질 전달을위한 ZIF 기술을 구현하는 방법에 대한 자세한 단계별 프로토콜이 제공됩니다. 우리는 이전의 제품군을 구성 액형, 2 차원, 3 ~, 네살, 다섯 자리와 여섯 손가락 인해 α 나선 DNA 결합 잔류 각각의 대체 선수로, DNA를 결합하는 능력이 부족 ZIF 도메인 만 셀 (34) (도 1)로 단백질을 제공 할 수있다. 두 손가락 ZIF 도메인을 이용하여 HeLa 세포에 GFP 에메랄드 (EmGFP)의 제작 및 형질 도입에 대해서 설명한다. 이 프로토콜은 대장균에서의 발현 및 수용성 거의 모든 포유 동물 세포 유형 가능한 거의 모든 단백질로 확장 가능하다. 예상되는 결과가 제공되며,이 시스템의 성능을 최대화하기위한 전략도 논의된다.

<table><tbody><tr><td>XmaI</td><td>New England Biolabs</td><td>R0180L</td><td></td></tr><tr><td>SacI</td><td>New England Biolabs</td><td>R0156L</td><td></td></tr><tr><td>Expand High Fidelity PCR system</td><td>Roche</td><td>11759078001</td><td></td></tr><tr><td>dNTPs</td><td>New England Biolabs</td><td>N0446S</td><td></td></tr><tr><td>4%-20% Tris-Glycine Mini protein gels, 1.5 mm, 10 wells</td><td>Life Technologies</td><td>EC6028BOX</td><td></td></tr><tr><td>2x Laemmli Sample Buffer</td><td>BioRad</td><td>161-0737</td><td></td></tr><tr><td>T4 DNA Ligase</td><td>Life Technologies</td><td>15224-017</td><td></td></tr><tr><td>BL21 (DE3) Competent &lt;em&gt;E. coli&lt;/em&gt;</td><td>New England Biolabs</td><td>C2527I</td><td></td></tr><tr><td>IPTG</td><td>Thermo Scientific</td><td>R0391</td><td></td></tr><tr><td>Zinc Chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>208086-5G</td><td></td></tr><tr><td>Kanamycin Sulfate</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP906-5</td><td></td></tr><tr><td>Glucose</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G8270-100G</td><td></td></tr><tr><td>Tris Base</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP152-25</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9888-25G</td><td></td></tr><tr><td>DTT</td><td>Fisher Scientific</td><td>PR-V3151&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>PMSF</td><td>Thermo Scientific</td><td>36978</td><td></td></tr><tr><td>Ni-NTA Agarose Resin</td><td>QIAGEN</td><td>30210</td><td></td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G5516-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Imidazole</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I5513-25G</td><td></td></tr><tr><td>Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Units</td><td>EMO Millipore</td><td>UFC900324</td><td></td></tr><tr><td>DMEM</td><td>Life Technologies</td><td>11966-025</td><td></td></tr><tr><td>Fetal Bovine Serum</td><td>Life Technologies</td><td>10437-028</td><td></td></tr><tr><td>Antibiotic-Antimycotic&amp;nbsp;</td><td>Life Technologies</td><td>15240-062</td><td></td></tr><tr><td>24-Well Flat Bottom Plate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>CLS3527-100EA</td><td></td></tr><tr><td>Poly-Lysine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P7280</td><td></td></tr><tr><td>DPBS, No Calcium, No Magnesium</td><td>Life Technologies</td><td>21600010</td><td></td></tr><tr><td>Heparan Sulfate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H4777</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin</td><td>Life Technologies</td><td>25300054</td><td></td></tr><tr><td>HeLa cells</td><td>ATCC</td><td>CCL-2</td><td></td></tr><tr><td>Nano Drop ND-1000 spectrophotometer&amp;nbsp;</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>QIAquick PCR Purification Kit</td><td>QIAGEN</td><td>28104</td><td></td></tr><tr><td>QIAquick Gel Extraction Kit</td><td>QIAGEN</td><td>28704</td><td></td></tr></tbody></table>

direct protein delivery to mammalian cells using cell-permeable cys2-his2 zinc-finger domains

Due to their modularity and ability to be reprogrammed to recognize a wide range of DNA sequences, Cys2-His2 zinc-finger DNA-binding domains have emerged as useful tools for targeted genome engineering. Like many other DNA-binding proteins, zinc-fingers also possess the innate ability to cross cell membranes. We recently demonstrated that this intrinsic cell-permeability could be leveraged for intracellular protein delivery. Genetic fusion of zinc-finger motifs leads to efficient transport of protein and enzyme cargo into a broad range of mammalian cell types. Unlike other protein transduction technologies, delivery via zinc-finger domains does not inhibit enzyme activity and leads to high levels of cytosolic delivery. Here a detailed step-by-step protocol is presented for the implementation of zinc-finger technology for protein delivery into mammalian cells. Key steps for achieving high levels of intracellular zinc-finger-mediated delivery are highlighted and strategies for maximizing the performance of this system are discussed.

두 손가락 ZIF-EmGFP 융합 단백질은 E.으로 표현 될 수있다 대장균&gt; 95 % 동질성과 높은 수율 (&gt; 25 ㎎ / ㎖) (그림 2). 일반적으로 단일 및 두 손가락으로 ZIF 융합 단백질은 야생형 변성 단백질의 것과 거의 동일한 양으로 제조 할 수있다. 그러나 어떤 상황에서, 다섯 자리와 여섯 손가락 ZIF 융합 단백질은 다운 스트림 응용 프로그램을위한 충분한 높은 수율로 제조 할 수 없습니다. 37 ° C에서 90 분 동안 HeLa 세포 상에 두 개의 손가락 ZIF-EmGFP 단백질의 직접 적용은 EmGFP 형광 (도 3A)에서 용량 의존적으로 증가를 이끈다. 결정적으로, 형광은 ZIF 도메인의 부재하에 관찰되지 않는다. 우리는 이전에 세포의 거의 100 %가 단지 2 μM 두 손가락 ZIF-EmGFP 단백질로 처리 한 후 형광성 관찰하고 ZIF 융합 단백질로 처리 된 HeLa 세포의 단백질 농도에서 EmGFP 형광 양성임을<html> 낮은 0.25 μM (그림 3B). <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52814/52814fig1.jpg" /> 그림 1. 구조 및 아연 손가락 단백질의 순서. 하나의 아연 손가락 (ZIF) 도메인의 (상위) 결정 구조. . 아연 2+와 조정 보존의 Cys와 그의 잔류의 측면 체인 이온 스틱 (PDB ID : 2I13)로 표시됩니다 ZIF 도메인의 37 (아래) 순서. 화살표와 실린더는 각각 Β-시트 및 α 나선 차 구조를 나타냅니다. 알라닌으로 치환 된 α 나선 DNA 결합 잔류 물은 분홍색으로 강조 표시됩니다. 세포 내재화을 중재 할 것으로 예상 양전하 잔류 밝은 파란색을 강조하고 있습니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52814/52814fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> &quot;fo를하는 것은 : 유지-together.within 페이지를 =&quot;항상 &quot;&gt; <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52814/52814fig2.jpg" /> 원 -, 2 개, 3 개 및 4 개 손가락 ZIF-EmGFP 융합 단백질. ZIF-EmGFP 융합 단백질은 E. 표현했다 깨끗이하게 그림 2. SDS-PAGE 대장균 및 Ni-NTA 아가로 오스 수지로 정제. 용출 된 단백질은 4 % -20 % 트리스 - 글리신 겔을 사용하여 SDS-PAGE 순도 분석 하였다. 심각한 열화 ZIF-EmGFP 융합 단백질의 잘림이 관찰되지 않았다. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52814/52814fig3.jpg" /> 도 3 HeLa 세포 내로 전달 된 단백질을 ZIF는 매개. 두 손가락 ZIF-EmGFP 단백질의 양이 증가로 처리 된 HeLa 세포의 (A) 형광 강도. EmGFP 단백질로 처리 된 HeLa 세포 단독 미처리 세포와 완전히 중첩된다. (B) 2 μM o를 연속적으로 처리 된 HeLa 세포의 표준화 형광 강도F 두 손가락 ZIF-EmGFP 단백질. 형광 강도는 유동 세포 계측법으로 측정 하였다.

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Direct Protein Delivery to Mammalian Cells Using Cell-permeable Cys2-His2 Zinc-finger Domains

징크 핑거 도메인은 본질적으로 세포 투과성 및 포유 동물 세포 유형 내로 다양한 단백질 전달을 매개 할 수있다. 여기서, 단백질의 세포 내 전달을위한 아연 핑거 기술을 구현하기위한 상세한 단계별 프로토콜이 제시된다.

세포 투과성의 Cys를 사용하여 포유 동물 세포에 직접 단백질 배달<sub&gt; 2</sub&gt; - 그의<sub&gt; 2</sub&gt; 아연 손가락 도메인

Due to their modularity and ability to be reprogrammed to recognize a wide range of DNA sequences, Cys2-His2 zinc-finger DNA-binding domains have emerged ...

direct-protein-delivery-to-mammalian-cells-using-cell-permeable-cys2

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Biology

Direct Protein Delivery to Mammalian Cells Using Cell-permeable Cys2-His2 Zinc-finger Domains

9.9K 조회수.  The Scripps Research Institute.  징크 핑거 도메인은 본질적으로 세포 투과성 및 포유 동물 세포 유형 내로 다양한 단백질 전달을 매개 할 수있다. 여기서, 단백질의 세포 내 전달을위한 아연 핑거 기술을 구현하기위한 상세한 단계별 프로토콜이 제시된다. 

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Peptide-derived Method to Transport Genes and Proteins Across Cellular and Organellar Barriers in Plants

The capacity to introduce exogenous proteins and express (or down-regulate) specific genes in plants provides a powerful tool for fundamental research as well as new applications in the field of plant biotechnology. Viable methods that currently exist for protein or gene transfer into plant cells, namely Agrobacterium and microprojectile bombardment, have disadvantages of low transformation frequency, limited host range, or a high cost of equipment and microcarriers. The following protocol outlines a simple and versatile method, which employs rationally-designed peptides as delivery agents for a variety of nucleic acid- and protein-based cargoes into plants. Peptides are selected as tools for development of the system due to their biodegradability, reduced size, diverse and tunable properties as well as the ability to gain intracellular/organellar access. The preparation, characterization and application of optimized formulations for each type of the wide range of delivered cargoes (plasmid DNA, double-stranded DNA or RNA, and protein) are described. Critical steps within the protocol, possible modifications and existing limitations of the method are also discussed.

Existing methods for the modification of plants have limited applicability. The novel peptide-derived technology proposed here promises both simplicity and efficiency in the introduction of exogenous protein or genes into the desired intracellular compartments of intact plants.

펩타이드 유래의 방법은 식물의 유전자와 단백질 세포 간 및 Organellar 장벽을 수송하는

The capacity to introduce exogenous proteins and express (or down-regulate) specific genes in plants provides a powerful tool for fundamental research as ...

연구

유전학

Biotinylated Cell-penetrating Peptides to Study Intracellular Protein-protein Interactions

Here we present a protocol to study intracellular protein-protein interactions that is based on the widely used biotin-avidin pull-down system. The modification presented includes the combination of this technique with cell-penetrating sequences. We propose to design cell-penetrating baits that can be incubated with living cells instead of cell lysates and therefore the interactions found will reflect those that occur within the intracellular context. Connexin43 (Cx43), a protein that forms gap junction channels and hemichannels is down-regulated in high-grade gliomas. The Cx43 region comprising amino acids 266-283 is responsible for the inhibition of the oncogenic activity of c-Src in glioma cells. Here we use TAT as the cell-penetrating sequence, biotin as the pull-down tag and the region of Cx43 comprised between amino acids 266-283 as the target to find intracellular interactions in the hard-to-transfect human glioma stem cells. One of the limitations of the proposed method is that the molecule used as bait could fail to fold properly and, consequently, the interactions found could not be associated with the effect. However, this method can be especially interesting for the interactions involved in signal transduction pathways because they are usually carried out by intrinsically disordered regions and, therefore, they do not require an ordered folding. In addition, one of the advantages of the proposed method is that the relevance of each residue on the interaction can be easily studied. This is a modular system; therefore, other cell-penetrating sequences, other tags, and other intracellular targets can be employed. Finally, the scope of this protocol is far beyond protein-protein interaction because this system can be applied to other bioactive cargoes such as RNA sequences, nanoparticles, viruses or any molecule that can be transduced with cell-penetrating sequences and fused to pull-down tags to study their intracellular mechanism of action.

This is a protocol to study intracellular protein-protein interactions based on the biotin-avidin pull-down system with the novelty of combining cell-penetrating sequences. The main advantage is that the target sequence is incubated with living cells instead of cell lysates and therefore the interactions will occur within the cellular context.

Biotinylated 세포 관통 펩 티 드 세포내 단백질-단백질 상호 작용을 공부 하

Here we present a protocol to study intracellular protein-protein interactions that is based on the widely used biotin-avidin pull-down system. The ...

생화학

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This technology has shown potential in addressing previously challenging applications; including, delivery to primary immune cells, cell reprogramming, carbon nanotube, and quantum dot delivery. This vector-free microfluidic platform relies on mechanical disruption of the cell membrane to facilitate cytosolic delivery of the target material. Herein, we describe the detailed method of use for these microfluidic devices including, device assembly, cell preparation, and system operation. This delivery approach requires a brief optimization of device type and operating conditions for previously unreported applications. The provided instructions are generalizable to most cell types and delivery materials as this system does not require specialized buffers or chemical modification/conjugation steps. This work also provides recommendations on how to improve device performance and trouble-shoot potential issues related to clogging, low delivery efficiencies, and cell viability.

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This protocol provides detailed steps on how to use the system for a broad range of applications.

강력한, 미세 유체 세포 내 전달 플랫폼으로 휴대 뒤쪽에서

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This ...

생체공학

Engineering Intracellular Protein Sensors in Mammalian Cells

Proteins can function as biomarkers of pathological conditions, such as neurodegenerative diseases, infections or metabolic syndromes. Engineering cells to sense and respond to these biomarkers may help the understanding of molecular mechanisms underlying pathologies, as well as to develop new cell-based therapies. While several systems that detect extracellular proteins have been developed, a modular framework that can be easily re-engineered to sense different intracellular proteins was missing.
Here, we describe a protocol to implement a modular genetic platform that senses intracellular proteins and activates a specific cellular response. The device operates on intracellular antibodies or small peptides to sense with high specificity the protein of interest, triggering the transcriptional activation of output genes, through a TEV protease (TEVp)-based actuation module. TEVp is a viral protease that selectively cleaves short cognate peptides and is widely used in biotechnology and synthetic biology for its high orthogonality to the cleavage site. Specifically, we engineered devices that recognize and respond to protein-biomarkers of viral infections and genetic diseases, including mutated huntingtin, NS3 serine-protease, Tat and Nef proteins to detect Huntington&#8217;s disease, hepatitis C virus (HCV) and human immunodeficiency virus (HIV) infections, respectively. Importantly, the system can be hand tailored for the desired input-output functional outcome, such as fluorescent readouts for biosensors, stimulation of antigen presentation for immune response, or initiation of apoptosis to eliminate unhealthy cells.

Here, we present a protocol for engineering genetically-encoded intracellular protein sensor-actuator(s). The device specifically detects target proteins through intracellular antibodies (intrabodies) and responds by switching on gene transcriptional output. A general framework is built to rapidly replace intrabodies, enabling rapid detection of any desired protein, without altering the general architecture.

Proteins can function as biomarkers of pathological conditions, such as neurodegenerative diseases, infections or metabolic syndromes. Engineering cells ...

Delivery of Proteins, Peptides or Cell-impermeable Small Molecules into Live Cells by Incubation with the Endosomolytic Reagent dfTAT

Macromolecular delivery strategies typically utilize the endocytic pathway as a route of cellular entry. However, endosomal entrapment severely limits the efficiency with which macromolecules penetrate the cytosolic space of cells. Recently, we have circumvented this problem by identifying the reagent dfTAT, a disulfide bond dimer of the peptide TAT labeled with the fluorophore tetramethylrhodamine. We have generated a fluorescently labeled dimer of the prototypical cell-penetrating peptide (CPP) TAT, dfTAT, which penetrates live cells and reaches the cytosolic space of cells with a particularly high efficiency. Cytosolic delivery of dfTAT is achieved in multiple cell lines, including primary cells. Moreover, delivery does not noticeably impact cell viability, proliferation or gene expression. dfTAT can deliver small molecules, peptides, antibodies, biologically active enzymes and a transcription factor. In this report, we describe the protocols involved in dfTAT synthesis and cellular delivery. The manuscript describes how to control the amount of protein delivered to the cytosolic space of cells by varying the amount of protein administered extracellularly. Finally, the current limitations of this new technology and steps involved in validating delivery are discussed. The described protocols should be extremely useful for cell-based assays as well as for the ex vivo manipulation and reprogramming of cells.

We describe how to deliver proteins and cell-impermeable small molecules into cultured mammalian cells by a simple co-incubation protocol with a reagent that causes endocytic organelles to become leaky.

Endosomolytic 시약 dfTAT와 배양 라이브 세포에 단백질, 펩타이드 또는 세포 투과성 작은 ​​분자의 배달

Macromolecular delivery strategies typically utilize the endocytic pathway as a route of cellular entry. However, endosomal entrapment severely limits the ...

Engineering Cell-permeable Protein

The protein transduction technique enables the direct delivery of biologically active material into mammalian cells [for review see 1,2]. For this one can make use of the translocating ability of so-called cell penetrating peptides (CPPs), also designated as protein transduction domains (PTDs). The TAT-CPP derived from the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) Tat (trans-activator of transcription) protein has been widely used. The positively charged TAT promotes cell permeability thereby overcoming the barriers of the cellular membrane by endocytosis or/and direct membrane penetration2. In combination with a nuclear localization signal (NLS) fusion proteins are able to enter the nucleus exhibiting functionality. Our video presentation demonstrates, as an exemplification for the engineering of cell-permeable proteins, the construction, production and application of a cell-permeable version of the DNA-modifying enzyme Cre.
Cre is a site-specific recombinase that is able to recognize and recombine 34 base pair loxP sites in mammalian cells in vitro and in vivo. Therefore the Cre/loxP system is widely used to conditionally induce mutations in the genome of living cells3,4. The delivery of active Cre recombinase to cells, however, represents a limitation.
We describe the pSESAME vector system, which allows a direct insertion of the gene-of-interest and provides a platform to rapidly clone different domains and tags used within the vector in a convenient and standardized manner. Rearranging of the different tags has been shown to modify the biochemical properties of the fusion proteins providing a possibility to achieve higher yield and better solubility. We demonstrate how to express and purify recombinant cell-permeant proteins in and from E. coli. The functionality of the recombinant Cre protein is finally validated in cell culture by assessing its intracellular recombinase activity.

Protein transduction enables the direct delivery of biologically active proteins into cells. In contrast to conventional methods such as DNA transfection or viral transduction this non-invasive paradigm allows highly efficient cellular manipulation in a titratable manner circumventing cellular toxicity and the risk of oncogenic transformation by permanent genetic modification.

공학 세포 투과 단백질

The protein transduction technique enables the direct delivery of biologically active material into mammalian cells [for review see 1,2]. For this one can ...

생물학

A Convenient and General Expression Platform for the Production of Secreted Proteins from Human Cells

Recombinant protein expression in bacteria, typically E. coli, has been the most successful strategy for milligram quantity expression of proteins. However, prokaryotic hosts are often not as appropriate for expression of human, viral or eukaryotic proteins due to toxicity of the foreign macromolecule, differences in the protein folding machinery, or due to the lack of particular co- or post-translational modifications in bacteria. Expression systems based on yeast (P. pastoris or S. cerevisiae) 1,2, baculovirus-infected insect (S. frugiperda or T. ni) cells 3, and cell-free in vitro translation systems 2,4 have been successfully used to produce mammalian proteins. Intuitively, the best match is to use a mammalian host to ensure the production of recombinant proteins that contain the proper post-translational modifications. A number of mammalian cell lines (Human Embryonic Kidney (HEK) 293, CV-1 cells in Origin carrying the SV40 larget T-antigen (COS), Chinese Hamster Ovary (CHO), and others) have been successfully utilized to overexpress milligram quantities of a number of human proteins 5-9. However, the advantages of using mammalian cells are often countered by higher costs, requirement of specialized laboratory equipment, lower protein yields, and lengthy times to develop stable expression cell lines. Increasing yield and producing proteins faster, while keeping costs low, are major factors for many academic and commercial laboratories.
Here, we describe a time- and cost-efficient, two-part procedure for the expression of secreted human proteins from adherent HEK 293T cells. This system is capable of producing microgram to milligram quantities of functional protein for structural, biophysical and biochemical studies. The first part, multiple constructs of the gene of interest are produced in parallel and transiently transfected into adherent HEK 293T cells in small scale. The detection and analysis of recombinant protein secreted into the cell culture medium is performed by western blot analysis using commercially available antibodies directed against a vector-encoded protein purification tag. Subsequently, suitable constructs for large-scale protein production are transiently transfected using polyethyleneimine (PEI) in 10-layer cell factories. Proteins secreted into litre-volumes of conditioned medium are concentrated into manageable amounts using tangential flow filtration, followed by purification by anti-HA affinity chromatography. The utility of this platform is proven by its ability to express milligram quantities of cytokines, cytokine receptors, cell surface receptors, intrinsic restriction factors, and viral glycoproteins. This method was also successfully used in the structural determination of the trimeric ebolavirus glycoprotein 5,10.
In conclusion, this platform offers ease of use, speed and scalability while maximizing protein quality and functionality. Moreover, no additional equipment, other than a standard humidified CO2 incubator, is required. This procedure may be rapidly expanded to systems of greater complexity, such as co-expression of protein complexes, antigens and antibodies, production of virus-like particles for vaccines, or production of adenoviruses or lentiviruses for transduction of difficult cell lines.

In the post-human genomics era, the availability of recombinant proteins in native conformations is crucial to structural, functional and therapeutic research and development. Here, we describe a test- and large-scale protein expression system in human embryonic kidney 293T cells that can be used to produce a variety of recombinant proteins.

인간의 세포에서 분비 단백질의 생산을위한 편리하고 일반적인 표현 플랫폼

Recombinant protein expression in bacteria, typically E. coli, has been the most successful strategy for milligram quantity expression of proteins. ...

Recombinant Protein Expression for Structural Biology in HEK 293F Suspension Cells: A Novel and Accessible Approach

The expression and purification of large amounts of recombinant protein complexes is an essential requirement for structural biology studies. For over two decades, prokaryotic expression systems such as E. coli have dominated the scientific literature over costly and less efficient eukaryotic cell lines. Despite the clear advantage in terms of yields and costs of expressing recombinant proteins in bacteria, the absence of specific co-factors, chaperones and post-translational modifications may cause loss of function, mis-folding and can disrupt protein-protein interactions of certain eukaryotic multi-subunit complexes, surface receptors and secreted proteins. The use of mammalian cell expression systems can address these drawbacks since they provide a eukaryotic expression environment. However, low protein yields and high costs of such methods have until recently limited their use for structural biology. Here we describe a simple and accessible method for expressing and purifying milligram quantities of protein by performing transient transfections of suspension grown HEK (Human Embryonic Kidney) 293F cells.

The expression of recombinant proteins by mammalian systems is becoming an attractive method for producing protein complexes for structural biology. Here we present a simple yet highly efficient expression system using suspension grown mammalian cells to purify protein complexes for structural studies.

소설 및 액세스 접근 : 구조 HEK 293F 서스펜션 세포의 생물학에 대한 재조합 단백질 발현

The expression and purification of large amounts of recombinant protein complexes is an essential requirement for structural biology studies. For over two ...

A High Yield and Cost-efficient Expression System of Human Granzymes in Mammalian Cells

When cytotoxic T lymphocytes (CTL) or natural killer (NK) cells recognize tumor cells or cells infected with intracellular pathogens, they release their cytotoxic granule content to eliminate the target cells and the intracellular pathogen. Death of the host cells and intracellular pathogens is triggered by the granule serine proteases, granzymes (Gzms), delivered into the host cell cytosol by the pore forming protein perforin (PFN) and into bacterial pathogens by the prokaryotic membrane disrupting protein granulysin (GNLY). To investigate the molecular mechanisms of target cell death mediated by the Gzms in experimental in-vitro settings, protein expression and purification systems that produce high amounts of active enzymes are necessary. Mammalian secreted protein expression systems imply the potential to produce correctly folded, fully functional protein that bears posttranslational modification, such as glycosylation. Therefore, we used a cost-efficient calcium precipitation method for transient transfection of HEK293T cells with human Gzms cloned into the expression plasmid pHLsec. Gzm purification from the culture supernatant was achieved by immobilized nickel affinity chromatography using the C-terminal polyhistidine tag provided by the vector. The insertion of an enterokinase site at the N-terminus of the protein allowed the generation of active protease that was finally purified by cation exchange chromatography. The system was tested by producing high levels of cytotoxic human Gzm A, B and M and should be capable to produce virtually every enzyme in the human body in high yields.

We describe here a cost-efficient granzyme expression system using HEK293T cells that produces high yields of pure, fully glycosylated and enzymatically active protease.

포유 동물 세포에서 인간의 Granzymes의 높은 수율과 비용 효율적인 발현 시스템

When cytotoxic T lymphocytes (CTL) or natural killer (NK) cells recognize tumor cells or cells infected with intracellular pathogens, they release their ...

Efficient Mammalian Cell Expression and Single-step Purification of Extracellular Glycoproteins for Crystallization

Production of secreted mammalian proteins for structural and biophysical studies can be challenging, time intensive, and costly. Here described is a time and cost efficient protocol for secreted protein expression in mammalian cells and one step purification using nickel affinity chromatography. The system is based on large scale transient transfection of mammalian cells in suspension, which greatly decreases the time to produce protein, as it eliminates steps, such as developing expression viruses or generating stable expressing cell lines. This protocol utilizes cheap transfection agents, which can be easily made by simple chemical modification, or moderately priced transfection agents, which increase yield through increased transfection efficiency and decreased cytotoxicity. Careful monitoring and maintaining of media glucose levels increases protein yield. Controlling the maturation of native glycans at the expression step increases the final yield of properly folded and functional mammalian proteins, which are ideal properties to pursue X-ray crystallography. In some cases, single step purification produces protein of sufficient purity for crystallization, which is demonstrated here as an example case.

This is a quick, cost-efficient protocol for the production of secreted, glycosylated mammalian proteins and subsequent single-step purification with sufficient yields of homogenous protein for X-ray crystallography and other biophysical studies.

효율적인 포유 동물 세포 발현 및 결정화에 대한 세포 외 당 단백질의 단일 단계 정화

Production of secreted mammalian proteins for structural and biophysical studies can be challenging, time intensive, and costly. Here described is a time ...

세포 투과성의 Cys를 사용하여 포유 동물 세포에 직접 단백질 배달

요약

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펩타이드 유래의 방법은 식물의 유전자와 단백질 세포 간 및 Organellar 장벽을 수송하는

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강력한, 미세 유체 세포 내 전달 플랫폼으로 휴대 뒤쪽에서

Engineering Intracellular Protein Sensors in Mammalian Cells

Endosomolytic 시약 dfTAT와 배양 라이브 세포에 단백질, 펩타이드 또는 세포 투과성 작은 분자의 배달

공학 세포 투과 단백질

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