Очистка человека S100A12 и его ион-индуцированных олигомеров для стимуляции иммунных клеток

S100A12 является кальциевый связывающий белок, который в основном производится человеческими гранулоцитами. Белок переэкспрессирован во время (системного) воспаления и его уровня сыворотки, особенно при (авто) воспалительных заболеваниях, таких как системный ювенильный идиопатический артрит (sJIA), семейная средиземноморская лихорадка (FMF) или болезнь Кавасаки (KD) может сообщить о активности заболевания и реакции на терапию. В зависимости от рецепторов распознавания образов (PRRs), таких как платные рецепторы (TLRs), врожденная иммунная система может быть активирована патогенно-ассоциированными молекулярными моделями (PAMP), такими как липополисахариды (LPS) или повреждения, связанные с молекулярными моделями (DAMPs; также называют «аларминами»). DAMPs являются эндогенные молекулы, такие как клеточные белки, липиды или нуклеиновые кислоты¹. DAMP-функции хорошо описаны для членов семейства белка кальгранулин, S100A8/A9 и S100A12², которые также, как сообщается, работают как divalent металл ион-chelating антимикробных пептидов^{3,4, 5,6}. В зависимости от имеющейся ионной силы S100A12 может, как и другие члены семейства S100, организовать в различных homomultimers и до недавнего времени влияние S100A12-олигомеризации на PRR-взаимодействия, в частности TLR4, было неизвестно.

Мономерная форма белка (92 аминокислоты, 10,2 кДа) состоит из двух структур сгелиса-петли-селикса EF, соединенных гибким связующим звеном. C-терминальныйEF-hand содержит классический мотив Ca 2′-связывающий, в то время как N-терминальныйEF-hand демонстрирует структуру расширенной петли S100 («псевдо-EF-hand») и показывает уменьшенную Ca^{2′-сродство.} Ca 2 “-связывание S100A12 может вызвать серьезные конформационные изменения в C-терминубелков, что приводит к воздействию гидрофобного патча на каждом мономере и образует димеризации интерфейса. Таким образом, в физиологических условиях наименьшая четырехкратная структура, образованная S100A12, является нековалентным dimer (примерно 21 kDa), в котором отдельные мономеры находятся в антипараллельной ориентации. При расположении в качестве димера, S100A12, как сообщается, секвестр »n^2″, а также другие divalent ионов металла, например, Cu^{2 “с} высоким сродством⁷. Эти ионы координируются в интерфейсе S100A12 dimer аминокислотами H15 и D25 одного подразделения и H85, а также H89 антипараллельного другого подразделения^8,9,10. В то время как более ранние исследования предполагают, что «n^2»– загруженный S100A12 может вызвать организацию белка в гомо-тетрамеры (44 kDa) и привести к увеличению Ca^{2 “сродство11,12}, недавняя металлическая титровка исследования⁶ показывают, Ca 2 “-связывание s100A12, чтобы увеличить сродство белка к »n^{2 “.} После того, как S100A12 EF-руки полностью заняты Ca^{2 “,}дополнительные Ca^{2 “,} как полагают, связывать между димерами, вызывая образование гексемеров (примерно 63 kDa). Архитектура хексамерной квартальной структуры явно отличается от тетрамерной. Предлагается, что интерфейс тетрамера нарушается, чтобы привести к новым димер-димер интерфейсы, которые выгоды hexamer формирования¹⁰. S100A12 почти исключительно выражается человеческими гранулоцитами, где она составляет около 5% всего цитосолильного белка^13. В своей функции DAMP S100A12 исторически был описан как агонист рецептора мульти-лиганд для передовых конечных продуктов гликации (RAGE), а затем назвал внеклеточной вновь выявленных RAGE-связывающий белок (EN-RAGE)¹⁴. Хотя мы ранее сообщили биохимических S100A12-связывания как RAGE и TLR4¹⁵, мы недавно продемонстрировали человеческие моноциты реагировать на S100A12 стимуляции в TLR4-зависимым образом¹⁶. Это требует расположения S100A12 в его Ca^{2 “/n2″}-индуцированной hexameric quarternary структуры¹⁶.

Здесь мы описываем процедуру очистки для рекомбинантного человека S100A12 и его ион-индуцированных олигомеров для стимуляции иммунных клеток^16,17. Это основано на двухступенчатой стратегии хроматографии, которая первоначально включает в себя колонку обмена анионов для изоляции и концентрации белка и удаления объемных загрязнений (например, эндотоксины/липополисахариды)¹⁸. Ионно-обменная хроматография мели с разъединяет белки на основе различных чистых поверхностных зарядов. Для кислых белков, таких как S100A12 (изоэлектрическая точка 5,81), буферная система с рН 8,5 и сильной анион-обменной мисиной приводит к хорошему разделению. Связанные белки были eluted с высоким содержанием соли буферград градиента. С увеличением ионной силы отрицательные ионы в элютионном буфере конкурируют с белками за заряды на поверхности мисинки. Белки индивидуально elute в зависимости от их чистого заряда и в результате этого, буферы, описанные в настоящим, позволяют изолировать и сконцентрировать переэкспрессии S100A12 белка. Из-за отрицательно заряженных групп в липополисахаридах, эти молекулы также связываются с анион-обменом мишенями. Однако их более высокий чистый заряд приводит к более позднему выращению приприменении высокосолевого градиента. Для полировки введен второй этап процедуры очистки. Это делает использование кальция связывающей способности S100A12 и удаляет оставшиеся примеси на гидрофобных взаимодействия колонки. Связывание кальция S100A12 приводит к конформационным изменениям и воздействию гидрофобных пятен на поверхность белка. При этом условии S100A12 взаимодействует с гидрофобной поверхностью мисы. После кальция-chelating ЭДТА, это взаимодействие вспять. При наличии ионов, особенно кальция и цинка, S100A12 устраивается в гомомерные олигомеры. Для изучения структурно-функциональных отношений различных олигомеров мы стабилизировали димерические, тетрамерные и гексамерные рекомбинантные S100A12 с химическим кросслинкером и разделили комплексы на столбец хроматографии размеров исключения. Наконец, для анализа функциональности и биологической активности очищенного белка и его ионно-индуцированных олигомеров можно сравнить высвобождение цитокинов S100A12 и LPS стимулируемых моноцитов.

До сих пор описаны различные методы очистки S100A12. Джексон и др.¹⁹, например, опубликовал протокол с очищением через колонку обмена анионом и последующего размера исключения хроматографии. Полировка очистки на столбце исключения размера приводит к хорошим результатам, но, например, из-за ограниченных объемов загрузки, менее гибкая по масштабируемости. Другой подход, опубликованный Kiss et al.²⁰, описывает очищение помеченного белка через колонку сродства Ni^{2 в} качестве первого шага очистки, а затем ферментативного расщепления для удаления тега и дальнейших шагов по очистке. В отличие от вышеупомянутых исследований^19,20, производится белка, как описано в этом протоколе определяется для экспериментов на иммунных клетках. Таким образом, остатки эндотоксина загрязнения от бактериальной культуры является проблемой. Хотя различные подходы для удаления эндотоксинов были описаны до сих пор, нет единого метода, который работает одинаково хорошо для любого данного белкового^{раствора 21,22}.

Таким образом, наш протокол сочетает в себе преимущества безметного выражения в бактериальной системе с эффективным удалением эндотоксинов и высокой урожайностью чистого белка.