Method Article
Bir yöntem olup (Strep-taktin) reçinesi kovalent Bis (sülfosuksinimidil) suberat (BS3) ile çapraz bağlanmış, modifiye edilmiş streptavidin ile ilgili çift-Strep-etiketli füzyon proteinleri ve bunların özel komplekslerinin etkin arıtma için açıklanmıştır. Bir yöntem hızlı hızlı, iyi bir hedef protein geri kazanımı ve yüksek saflıkta avantajları vardır ve kütle spektrometresi ile bir sonraki analiz ile uyumludur.
Işlenmiş bir streptavidin (Strep-taktin) taşıyan reçineleri Strep-etiketli füzyon proteinlerinin afinite saflaştırılması, fizyolojik koşullar altında, protein kompleksleri izolasyonu için yaygın olarak kullanılan bir yöntem haline gelmiştir. Çift-Strep-etiket ya da SIII-etiketi belirlenmiş Strep-etiketi II iki kopyasını ihtiva eden füzyon proteinleri, böylece daha etkili bir protein arıtma sağlayan, tek bir Strep-etiketi ihtiva eden kıyasla Strep-taktin için daha yüksek afinite avantajına sahiptir. Ancak bu avantaj biyotin ile çift-Strep ile işaretlenmiş olan proteinlerin elüsyon düşük protein geri kazanımı yol açan, eksik olabilir gerçeği ile dengelenir. Kurtarma önemli ölçüde sodyum dodesil sülfat (SDS) ile denatüre elüsyonu kullanılarak geliştirilebilir, ancak bu alt-proteomik analizi ile tahlil uyumsuz hale reçineden serbest Strep-taktin bulaşmasını örnek yol açar. Bu sınırlamayı aşmak için, bir yöntem Strep-taktin bu sayede, reçine-birleştiğinde tetramerdir geliştirdikilk kovalent Bis (sülfosuksinimidil) suberat (BS3) ile çapraz bağlama ile elde edilen çapraz bağlanmış Reçine daha sonra, bir tek partili saflaştırma adımında, hedef protein komplekslerinin saflaştırılması için kullanılan ile stabilize edilir. Strep-taktin kontamine olmaması kütle spektrometresi ile aşağı protein analizine olanak verirken SDS verimli yıkama, iyi bir protein iyileşme sağlar. Kavramının bir kanıtı olarak, virüs bulaşmış N. çekirdeklerden VPg-Pro SIII-etiketli viral proteinin saflaştırılması için burada bir protokol açıklar BS3 ile çapraz bağlanmış Strep-taktin polimetakrilat reçine kullanılarak benthamiana bitkileri. Aynı protokol, ilgi duyulan herhangi bir çift-Strep-etiketli proteinin saflaştırılması ve bunun fizyolojik bağlanma ortakları karakterize etmek için kullanılabilir.
Son yıllarda, Strep-etiket teknolojisi proteomik ve yapısal biyoloji dahil olmak üzere biyomedikal araştırmanın birçok alanda yaygın olarak kullanılır hale gelmiştir. Kısa bir Strep-eklentisi peptide rekombinant proteinlerin füzyon dayanır Bu protein saflaştırma tekniği, Strep-taktin, geliştirilmiş peptid-bağlama kapasiteli streptavidin bir varyantını taşıyan genetik olarak benzer matrislere gelişine olgunlaşmıştır. 1, 2 çift-Strep-eklentisi veya SIII-eklentisi, sergi rekombinant proteinlerin daha etkili bir temizlik sağlanması, sadece tek bir Strep-etiketi ihtiva eden daha Strep-taktin matrisler için daha yüksek bir afinite ve belirlenmiş Strep-etiketi II iki kopyasını ihtiva eden füzyon proteinleri ilişkili bağlama ortakları. Bununla birlikte, Strep-taktin için çift-Strep-etiketli proteinlerinin daha yüksek afinite da yanları vardır. Fazla biotin ile bu tür proteinlerin Rekabetçi elüsyon hedef protein verimi azalmasına yol, eksik olabilir. A mcevher Diğer alternatif SDS ile yıkama, ancak proteomik analizi ile tahlil uyumsuz hale reçineden serbest Strep-taktin ile istenmeyen örnek kirlenmesine yol açar. Bu çalışma, birinci kimyasal çapraz bağlama ile Strep-taktin reçine çiftli tetramer stabilize etme ve daha sonra elde edilen çapraz bağlanmış reçinenin ikinci çift-Strep-etiketli proteinleri ve ilgili kompleksleri elüt edilmesi için SDS kullanarak bu sınırlamanın üstesinden gelmek için bir yöntem sunar. Bu nedenle, yeterli bir protein verimi ve böylece kütle spektrometresi ile daha fazla analiz sağlayan, Strep-taktin numune kirlenme olmadan elde edilebilir.
Yöntem, bir yüzey-açık-etiket SIII 3 ya da çift-Strep-etiketi (amino asit sekansı WSHPQFEK (GGGS) sırasıyla 3 ve WSHPQFEK SAWSHPQFEK (GGGS) 2 GGSAWSHPQFEK) ile herhangi bir rekombinant füzyon proteininin saflaştırılması için uygundur. Protein, hayvan, bitki veya bakteri kaynaklı olabilir ve toplam hücre ya da izole edilebilirlizatı veya organel zenginleştirilmiş fraksiyon. Bir örnek olarak, burada PVA ile enfekte edilmiş Nicotiana benthamiana bitkilerinin nükleer fraksiyondan Potato Virüs A (PVA) 4 bir SIII etiketli protein VPg-Pro saflaştırılmasını anlatmaktadır. Daha önce, aşağıdaki modifikasyonlar ile, tarif edildiği gibi, 5 nükleer fraksiyon izole edilmiştir: hücre formaldehit ile tedavi edildi, sodyum bütirat 5 mM sodyum fluorür Tüm tamponlar içinde ikame edilmiş, tam proteaz inhibitör PMSF ile ikame edilmiş, ekstre içinde Triton X-100 konsantrasyonu tampon # 2% 0.3 'e düşürülmüştür (v / v) ve (ekstraksiyon tampon # 3) sakroz yastığı içinden santrifüjleme ile elde edilen nükleer pelet önceden soğutulmuş bağlanma tamponu içinde 1.45 ml içinde yeniden süspansiye edildi ve 4 ° C' de 1.5 saat boyunca döndürülür SIII-etiketli yem protein ve ilişkili kompleksler (yem protein örneği) ihtiva eden ortaya çıkan çekirdek ekstraktı, (bakınız bölüm 2), aşağıda tarif edilen protokole göre işlenmiştir.
1.. Bis ile Strep-taktin polimetakrilat reçine (sülfosuksinimidil) çapraz bağlanması, suberat (BS3)
2.. Çapraz bağlı Strep-taktin polimetakrilat reçine için Çift-Strep-etiketli Protein yem ve İlişkili Kompleksleri bağlanması
Özgül Protein Komplekslerinin 3. Elüsyonu
Fosfat tamponlu tuz (PBS) | |
Na 2 HPO 4 | 10 mM |
KH 2 PO 4 | 2mm |
NaCl | 137 mM |
KCl | 2.7 mM |
(bölüm 1.4 pH 8,0), aksi belirtilmedikçe, pH değeri 7.4 'e ayarlanmıştır | |
Tris (TBS) tamponlu tuzlu | |
Tris-HCl, pH 7.4 | 50 mM |
GHT = "20" style = "height: 20px; width: 299px;"> NaCl | 150 mM |
Tris Tween 20 (TBST) ile tamponlu tuzlu | |
Tris-HCl, pH 7.4 | 50 mM |
NaCl | 150 mM |
Tween 20 | % 0.1 (v / v) |
Bağlama tamponu | |
Tris-HCl, pH 8.0 | 25 mM |
NaCl | |
NaF | 5 mM |
EDTA | 0.5 mM |
Gliserin | % 10 (v / v) |
PMSF | 0.1 mM |
Tampon # 1 yıkayın | |
Tris-HCl, pH 8.0 | 25 mM |
NaCl | 500 mM |
NaF td> | 5 mM |
EDTA | 0.4 mM |
Igepal CA-630 | % 0.2 (v / v) |
Gliserin | % 5 (v / v) |
PMSF | 0.1 mM |
Tampon # 2 yıkayın | |
Tris-HCl, pH 8.0 | 25 mM |
NaCl | 150 mM |
Tris-HCl, pH 8.0 | 25 mM |
SDS | % 1 (ağ / hac) |
Tablo 1.. Mevcut çalışmada kullanılan tamponlar.
Saflaştırma prosedürü, şematik olarak bir arada var olan diğer saflaştırma yöntemleri ile bağlantılı sorunların bir temsili, Şekil 1 'de gösterilmiştir.
Şekil 1. Saflaştırma prosedürü şematik temsili. Akışı kovalent çapraz bağlı reçine için çift-Strep-etiketli yem protein ve ilişkili kompleksler bağlayıcı, BS3 ile çapraz bağlama ile reçineden bağlanmış Strep-taktin tetramer içerir stabilizasyonu , Bağlanmamış proteinlerin yıkanması% 1 SDS ve sıvı kromatografi-tandem kütle spektrometrisi (LC-MS/MS) kendi analizi ile spesifik olarak bağlanan protein kompleksleri elüsyonu denatüre. Yem protein iki kırmızı küreleri ikiz-Strep-etiketi belirtir. Diğer saflaştırma yöntemleri sınırlamaları içerlek gösterilmiştirSağdaki kutuları. Bunlar, Strep-taktin% 1 SDS ile denatürasyon ile elüsyon aşağıdaki biotin ve örnek kirlenme ile hedef proteinlerin eksik elüsyonu içerir.
BS3 çapraz bağlanmış Strep-taktin polimetakrilat reçinesi kullanılarak ve% 1 SDS ile denatüre elüsyon SIII-etiketli protein saflaştırma tipik sonuçlar, Şekil 2'de gösterilmiştir. Içeren spin kolon eluatın% 10 (15 ul), saflaştırılmış SIII etiketli PVA VPg-Pro ve bağlı proteinler gümüş lekeleme ile SDS-PAGE ile analiz edilmiştir. Negatif kontrol şeritte PVA VPg-Pro tekabül eden 52-kDa bandının olmayışı pull-down özgünlüğünü teyit etmiştir. Kalan spin kolon sıyırma sıvısı, 40 ul bir keratin içermeyen SDS jel uygulanmıştır ve buna karşılık gelen şerit kesildi ve içerdiği protein tripsin ile sindirildi ve sıvı kromatografisi-tandem kütle spektrometrisi (LC-MS/MS) ile analiz edilmiştir. Kütle spektrometrisi analizi, viral RNA-DEPE tanımlanmışVPg-Pro etkileşim ortağı olarak ndent RNA polimeraz (replikaz) uç. Uç tekabül eden birden fazla triptik peptidler etkileşimin özgünlüğünü teyit SIII-etiketi olmadan VPg-Pro ifade dört kontrollerde afinite saflaştırma ve hiçbiri tüm dört biyolojik tekrardan tespit edildi. Uç (59 kDa) molekül ağırlığı SIII-etiketli VPg-Pro (52 kDa) birbirine çok yakın olduğu için, iki proteinin (Şekil 2, ok başı) SDS-PAGE analizi sırasında bir çift bant olarak ortaya çıkmıştır. Birlikte ele alındığında, yukarıda anlatılan sonuçlar kovalent BS3 ile çapraz bağlanmış Strep-taktin reçineleri bu afinite arındırma işlemi iki Strep-etiketli proteinleri izole etmek ve kütle spektrometrisi ile bunların fizyolojik bağlanma ortakları belirlemek için kullanılabilecektir deneysel kanıt sağlar.
Şekil 2,. saflaştırma PVA VPg-Pro SIII-etiketli ve Strep-taktin polimetakrilat reçine üzerinde bağlanma ortağı PVA uç BS3 ile çapraz bağlanmış. şekil çapraz bağlanmış ikinci yıkama sıvılarından bir gümüş-lekeli SDS-poliakrilamid jeli göstermektedir boncuk. Uç aynı numunenin bir kısım kullanılarak VPg-Pro bir bağlanma partneri olarak kütle spektrometresi ile tanımlandı. Bir ok ile gösterilen, bir çift bant olarak göç: ve uç (59 kDa tahmin MW): PVA VPg-Pro (52 kDa tahmin MW) SIII-etiketledi. Negatif kontrol (merkezi şerit) virüs SIII-etiketi olmadan VPg-Pro ifade ile enfekte edilmiş hücrelerden saflaştırma işlemine karşılık gelir.
Şekil 3. Biotin elüsyon Strep-taktin polimetakrilat reçineden PVA VPg-Pro olduğu SIII etiketlieksik% 1 SDS ile yıkama ile karşılaştırıldığında. şekil Strep-taktin boncuklardan elüsyonların bir anti-VPg immüno göstermektedir. Taneler 15 mM biyotin ile ya da% 1 SDS ile ya da elüt edilmiştir. Sinyal yoğunluğundaki fark, iki yıkama teknikleri ile elde edilen değişik protein verimi yansıtmaktadır. Negatif kontroller SIII-etiketi olmadan VPg-Pro ifade edilen virüs ile enfekte hücrelerden saflaştırılması karşılık gelir.
Şekil 4,. BS3 ile çapraz bağlama kovalent Şekil olmayan çapraz bağlanmış (sol şerit) için SDS yıkama sıvılarından bir gümüş lekeli jeli göstermektedir. SDS elüsyon sırasında reçineden Strep-taktin salınımını önleyen ve BS3 çapraz bağlanmış (sağ şerit) Strep-taktin polimethacrylate reçine. Sol şeritte yayımlanan Strep-taktin varlığını ancak sağ şeritte yokluğunu unutmayın.
Şekil 5,. Bis (sülfosuksinimidil) suberat (BS3) ve Strep-taktin lizin artıklarının epsilon amino grupları ile çapraz bağlama reaksiyonu kimyasal yapısı.
On iki Strep-etiketli yeşil floresan proteini (GFP) ve Şekil 6,. Saflaştırma olmayan çapraz bağlı ve Strep-taktin polimetakrilat reçine BS3 çapraz bağlanmış. Çift Strep-etiketli GFP ifade eden insan embriyonik böbrek 293 hücrelerinin iki eşit miktarlarda parçalanır ve benzer şekilde edildiğini reçine BS3 ile çapraz bağlanmış edilmiş bir durumda olması hariç diğer BS3 olarak, yukarıdaki protokol kullanılarak işlenmiştiren, çapraz bağlama reaksiyonunda su ile ikame edilir. Şekil gümüş-lekeli SDS-poliakrilamid jel ve saflaştırılmış proteinler anti-GFP immüno göstermektedir. Protein, verimde bir azalma kimyasal çapraz bağlanmasını içeren saflaştırma yöntemleri doğasında, ancak bu durum serbest Strep-taktin yokluğu için daha fazla örnek saflığı ile telafi unutmayın.
Yukarıdaki protokol biotin ya da güçlü denşirme içermeyen, herhangi bir uygun tampon maddesi içinde ilgi ve ilgili kompleksleri herhangi bir çift-Strep-etiketli yem proteini saflaştırmak için kullanılabilir. Protokol geçerli sürümünde, bağlanma ve yıkama, yüksek tuz ve iyonik olmayan deterjanın varlığında, nispeten sert koşullar altında gerçekleştirilir. Bu, daha az arka sonuçlanır, ancak kırılgan protein kompleksleri, bu koşullar altında ayırmak olabilir. Örneğin düşük afinite kompleksleri korumak için, tuz konsantrasyonu düşürülebilir ve iyonik olmayan deterjan tamponlar bağlama ve yıkama indirgenmiş ya da ihmal edilebilir.
Ikiz-Strep-tag sisteminin temel avantajı tasarlanmış streptavidin da toplu olarak hedef proteinler ve komplekslerinin etkin tek-aşamalı saflaştırma izin (Strep-taktin) 1, 2, en küçük (3kDa) tandem etiketinin yüksek afinite modu. Çünkü iki Strep-etiketinin güçlü bir bağlanma bölgesininStrep-taktin için, reçine, örneğin yüksek saflıkta hedef protein ile sonuçlanan yüksek bir deterjan ve / veya tuz konsantrasyonu gibi orta derecede sıkı şartlar altında yıkanabilir. Ancak, bu tür güçlü bir bağlanma aynı zamanda dezavantajları vardır. Hatta tek bir Strep etiketi II (amino asit sekansı WSHPQFEK) ile proteinlerin durumunda, reçineden elüsyon rekabet bazen zor olabilir. Örneğin, 10 mM Strep-taktin polimetakrilat reçine bir Strep (II)-etiketli protein kinaz, NtCDPK2, elüsyon SDS numune tamponu ile elüsyon 6 denatüre gerektiren, başarısız olduğu kanıtlanmıştır destiobiyotin. Sorun destiobiyotin güçlü rekabet biyotin (10 mM) ve elüsyon güçlü 7 çalkalayarak 5 dakika boyunca gerçekleştirilmiştir ile değiştirildi sonra çözüldü. Strep-taktin için daha yüksek bir afiniteye sahip olan çift-Strep-etiketi, durumunda, hedef protein elüsyon da 15 mM kadar yüksek konsantrasyonlarda biyotin eksik olabilir. Şekil 3'te gösterildiği gibiSIII-etiketli PVA VPg-Pro sadece küçük bir kısmı,% 1 SDS ile akıtılan miktarına göre 15 mM biyotin ile Strep-taktin reçineden elüe edilebilir. Bu rekabet elüsyonun etkinliği büyük olasılıkla da elüt protein veya protein kompleksi doğasına bağlıdır dikkat etmek önemlidir. Daha büyük ve daha hidrofobik olan ve böylece rekabetçi protein sterik olarak yıkama daha verimli hale getirerek, Strep-taktin olarak biyotin bağlayıcı cebin erişilebilirliğini engelleyebilir. Yukarıdaki dezavantajları SDS ile elüsyonu kullanılarak önlenebilir, ama bu tür elüsyon esas olarak deterjan maruz serbest Strep-taktin 8 reçine çiftli Strep-taktin tetramerleri ve örnek kirlenme ayrışmasına yol açtığı gerçeğini etrafında döner, kendi sorunları vardır vardır. Bu, SDS% 1 ihtiva eden yıkama tamponu içinde Strep-taktin reçine inkübasyondan sonra serbest Strep-taktin önemli bir kısmını göstermektedir, Şekil 4 (sol şerit) olarak gösterilmiştir. Bu tip bir kontaminasyon ise kabul edilemezbir numune, LC-MS/MS ile analiz edilmesi gerekmektedir.
Yukarıdaki kirlilik sorununa bir çözüm, kovalent çapraz bağlanma ile reçineden bağlanmış Strep-taktin tetramer 9'un stabilizasyonudur. Bu amaç için, protein yapıları 10-13 stabilize başarılı kullanımının bir geçmişi olan bir suda çözünür olmayan, bölünebilir, iki-işlevli amin reaktif çapraz-bağlayıcı BS3 kullanılabilir. BS3 5 kimyasal formülünü gösterir ve çapraz bağlama Şekil Strep-taktin lizin epsilon serbest amino grupları ile reaksiyonu. Reçine çiftli Strep-taktin tetramer BS3 ile çapraz bağlama ile stabilize edildiğinde, serbest Strep-taktin numune kontaminasyon sorunu hemen (bkz. Şekil 4, sağ şerit) ortadan kaldırılmıştır. BS3 ile çapraz bağlama geniş bir protein agregasyonunu 14 neden olmadığı için, bu yapım, streptavidin bağlayıcı cep biyotin erişilebilirliğini azaltmazStrep-etiketli füzyon proteinlerinin saflaştırılması için uygun olan çapraz bağlı reçine. Bu, biyolojik aktivite (antikorlar, vb) ile proteinlerin kimyasal çapraz bağlama bazı aktivite kaybına yol açan, hem de aktif ve aktif olmayan protein şeklindeki stabilize Ancak, dikkat edilmelidir. Örneğin, BS3 çapraz bağlanmış antikorlar kullanılarak köklü immünopresipitasyon yöntem olmayan çapraz bağlanmış antikorlar 15 ile elde edilene göre daha düşük bir hedef protein verimi üretir. Bununla birlikte, biyolojik aktivitenin bir miktar kayıp geliştirilmiş örnek saflığı için kabul edilebilir bir denge olarak kabul edilir. Biz, BS3 çapraz bağlanmış Strep-taktin reçinesi ile benzer sonuçlar gözlenmiştir. Çapraz bağlı reçinesi ile elde edilen daha düşük protein verimi büyük ölçüde geliştirilmiş örnek saflığı (Şekil 6) ile telafi daha fazla oldu.
Önerilen yöntemin bir başka potansiyel uygulama Strep-işaretli zar proteinlerinin saflaştırılmasına olduğu solubilizdeterjan ile ed. Deterjan çözeltisi içinde bu gibi hidrofobik proteinleri ve ilgili kompleksleri tutmak için gerekli olan, ancak, bunların varlıklarının afinite reçineden serbest Strep-taktin numune kirlenmesine yol açabilir. Bu iyi bir örnek, protein kristalleştirme 8 amacıyla Strep-taktin boncuk NTT1 azından bir Strep (II)-işaretli zar proteini saflaştırılmasıdır. Elüsyon tamponu içinde deterjan laurylamidodimethylpropylaminoxide (Lapão) mevcudiyeti, boncuk ve istenmeyen Strep-taktin kristaller 8 daha sonra büyüme Strep-taktin serbest bırakılması yol açtı. Kovalent çapraz bağlanma ile reçineden bağlanmış Strep-taktin tetramer stabilizasyonu, bu sorunun üstesinden gelmek için etkili bir araç sağlayabilir.
Özet olarak, kimyasal çapraz bağlanma başarıyla Strep-taktin reçineden bir elüsyon denatürasyon ile ilişkili sınırlamaların üstesinden gelmek için kullanılmıştır. Bu yaklaşım iyi hedef protein yeniden elde yardımcı oldunumune kontaminasyonu tanıtan olmadan Covery. Önerilen yöntem, ve böylece kütle spektrometresi ile çift-Strep-etiketli yem proteinlerin spesifik bağlanma ortakları belirlemek için kullanılabilir. Ayrıca yöntem, nükleoprotein tersine çevrilebilir formaldehid ile çapraz bağlanmış kompleksler de dahil olmak üzere, hem de deterjan ile eriyebilir hale zar proteinleri izole edilmesi ve karakterize etmek için uygulanabilir. Son olarak, kimyasal çapraz bağlama belirgin bir yüksek hacimli uygulamalar için, çapraz bağlı reçine potansiyel olarak uygun hale getirmek, Strep-taktin reçinenin fiziksel özelliklerini değiştirmez.
Çıkar çatışması ilan etti.
Biz minnetle Sini Miettinen, Minna Pöllänen ve Taru Rautavesi teknik destek için minnettarım. Biz HEK ses kayıt ekipmanları sağlanması için ikiz-Strep-etiketli GFP ve Pekka Evijarvi ifade 293 hücreler sağlamak için Helka Nurkkala teşekkür ederim. Bu çalışma Finlandiya Akademisi tarafından finanse edildi, sayıları 138329, 134684 ve 258978 hibe.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bis(sulfosuccinimidyl) suberate (BS3), No-Weigh format, 8 x 2 mg | Pierce/Thermo Scientific | 21585 | www.fishersci.com CAUTION: Hazardous substance. Causes serious respiratory, skin and eye irritation. Wear protective gloves and eye protection. |
Strep-Tactin MacroPrep resin (50% suspension) | IBA | 2-1505 | www.iba-lifesciences.com |
Spin-X centrifuge tube filter, cellulose acetate membrane, pore size 0.45 μm, non-sterile | Costar (Corning) | 8163 | www.corning.com/lifesciences/ |
Dolphin-nose tubes | Costar (Corning) | 3213 | www.corning.com/lifesciences/ |
Avidin | IBA | 2-0204 | www.iba-lifesciences.com |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır