Kindlins הוא יסוד להידבקות תא דרך integrins אך מחקרים שלהם כבר הקשו על ידי הקושי שנתקל בביטוים recombinantly במארחי חיידקים. אנו מתארים כאן שיטות לייצור היעילה שלהם בתאי חרקים שנדבקו ב-baculovirus.
Kindlins הוא coactivators חיוני, עם תלין, של integrins קולטני תא השטח וגם להשתתף בintegrin מחוץ-באיתות, והבקרה של שעתוק הגנים בגרעין התא. Kindlins הם ~ 75 חלבוני multidomain kDa ולהיקשר למוטיב NPxY ואשכול T / S במעלה הזרם של זנב cytoplasmic β-למקטע integrin. איזופורם hematopoietically החשוב kindlin, kindlin-3, הוא קריטי לאגרגציה של טסיות דם במהלך היווצרות פקיק, ויקוציטים מתגלגלים בתגובה לזיהום ודלקת והיווצרות podocyte osteoclast בספיגת עצם. התפקיד של Kindlin-3 בתהליכים אלה הביא למחקרים סלולריים ופיסיולוגיים רבים. עם זאת, יש צורך בשיטה יעילה של רכישת כמויות מיליגרם באיכות גבוהה של החלבון למחקרים נוספים. פיתחנו פרוטוקול, שתואר כאן, לביטוי והטיהור יעילים של kindlin-3 העכברי רקומביננטי על ידי שימוש בbaculovirus-dמשוסע מערכת ביטוי בתאי Sf9 מניב כמויות מספיקות של חלבון באורך מלא גבוה טוהר כדי לאפשר אפיון biophysical. אותה הגישה יכולה להילקח במחקר של isoforms kindlin יונקים האחר.
חלבונים ממשפחת kindlin הם מרכיב חיוני של הרכבה הידבקות מוקד, ולכן חיוני לחיים מורכבים. Kindlins, אשר יש 3 isoforms ביונקים (kindlin-1, kindlin-2, וkindlin-3), נחשב coactivators של integrins קולטנים תאי לצד ילין 1. הידבקות תא בתיווך Integrin מחברת את תא השטח למטריצה תאית (ECM) באאוקריוטים גבוהים יותר. זהו תהליך קריטי ונפוץ בשפע של תופעות פיסיולוגיות, הכוללות שלמות רקמות, עובר, מטבוליזם של עצם, עצירת דימום, וחסינות. הידבקות תא בתיווך Integrin מופעלת באמצעות מבפנים החוצה הולכים אותות באמצעות הקשירה של תלין וkindlin לזנבות β-למקטע integrin cytoplasmic (CTS) במוטיבי NPxY שימור שלהם. החשיבות של חלבונים ביו kindlin משתרעת עם זאת ככל הגרעין, שבי kindlin-2 הוכח בכמה דיווחים אחרונים להיות מעורבים בשעתוקאל לשלוט 2,3.
Kindlins הם חלבוני multidomain של כ 75 kDa, בסימן החזקה של Ferm bipartite טרמינל C-(4.1 להקה, ezrin, radixin, moesin) תחום, שנקטע על ידי הומולוגיה pleckstrin תחום (PH) במרכזה של משנה F2 4,5. מחקרים של תחומים kindlin-2 וkindlin-3 PH הראו כי הוא נקשר לphosphatidylinositol-(3,4,5)-trisphosphate וphosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate 6-8 השליחים שני שומנים בדם. עם זאת, מחקרים של תחום PH kindlin-1 מראים כי הוא נקשר לPtdIns P (3,4,5) 3 עם זיקה הרבה יותר נמוכה, שיכול להיות מוסבר בkindlin-1 על ידי גשר מלח איזופורם ספציפי מניעת שומנים מלהיקשר 9. בנוסף, יש לולאה ~ 100 חומצת אמינו מוכנסת לתוך תחום F1 של kindlins שצפוי להיות פרש אבל נקשר phosphatidylserine בעלון הפנימי של קרום הפלזמה 10,11. Ferm kindlinתחום נחשב הומולוגי לתחום Ferm ילין, אם כי תחום Ferm ילין לא מחזיק תחום הומולוגיה pleckstrin. kindlins ונלין גם אינטראקציה עם מוטיבים NPxY על β-זנבות integrin דרך אזור F3 של תחום Ferm, אבל kindlin נקשר למוטיב דיסטלי הקרום, בעוד תלין מטרות הפרוקסימלי קרום אחד 12-16. Kindlins וילין שני בנוסף יש תחום F0 N-מסוף עם קיפול כמו היוביקוויטין-כי הוא לא נמצא בחלבוני Ferm אחרים 11,17. מחקרים על תחום F0 של kindlin-2 הראו כי הוא באופן עצמאי נקשר לממברנות מועשרים phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate 17.
Kindlins מפגין דפוסי paralogue ספציפי רקמות ביטוי ופונקציות פיסיולוגיות nonredundant. Kindlin-1 בא לידי ביטוי בעיקר באפידרמיס, אלא גם במידה פחותה יותר במעי הגס, קיבה והכליות; kindlin-2 מתבטאים בכל מקום באבל מרוכזת במפוספס וחלקשרירים והם kindlin רק בא לידי ביטוי בהתפתחות עוברית 4; וkindlin-3 באו לידי ביטוי ברקמות hematopoietic עם הריכוז הגבוה ביותר של kindlin-3 נמצא בmegakaryocytes 18. עם זאת, מחקרים מאוחרים יותר הראו כי חלבון פונקציונלי באו לידי ביטוי, כמו גם 19 ברקמות האנדותל.
Kindlin-3 הוא עניין רפואי אקוטי בשל התפקיד הפיזיולוגי החשוב שלה בדם. זה קריטי לאגרגציה של טסיות דם ומתפשט במהלך היווצרות פקיק 20, מתגלגל לויקוציטים בתגובה לזיהום ודלקת 21,22 והיווצרות podocyte osteoclast בספיגת עצם 23. יתר על כן, דלדול של kindlin-3 בבני האדם מוביל לויקוציטים הידבקות מחסור מסוג III – מחלה המאופיינת על ידי הפרעות דימום מסכני חיים וזיהומים חיידקיים חוזרים 20,24,25. מחקרים עקום החוצה Kindlin-3 בעכברים גילו את הפונקציה חיונית של החלבון בתא הידבקות KIND3 -. / – עכברים להציג פנוטיפים שונים, כגון דימום חמור בשל integrins פעילה טסיות דם, osteopetrosis החמור, והידבקות לויקוציטים לקויה 20,22, שמזכירים תסמינים בבני אדם חסרי kindlin-3.
נתונים מבניים ברזולוציה גבוהה על kindlins, עד כה, הוגבל לתחומי משנה בודדים כגון ההומולוגיה pleckstrin תחום (PH) של kindlin-1 9 וkindlin-2 26,27 ותחום F0 של kindlin-1 11 וkindlin -2 17. רוב תחומי המשנה של כל פוליפפטיד kindlin יש אולם התנגד לשיבוט וניתוח מבני (ייטס וגילברט, תצפיות לא פורסמו), ומחקרים של החלבונים באורך מלא שהתעכבו בשל הקושי להביע וטיהור כמויות מספיקות באמצעות E. coli (תצפיות לא פורסמו וHarburger et al. 14). יש עניין רפואי רב בkindlin-3 ופו שלהnction, לצד שני בני משפחה האחרים, ולאחרונה נוצרו כמויות מיליגרם שלו על ידי ביטוי רקומביננטי בתאי frugiperda Spodoptera מונעים על ידי זיהום baculovirus 12. לפיכך, אנו כאן מתארים שיטות לייצור כמויות מיליגרם של kindlin-3 עכבר רקומביננטי בתרבית תאי חרקים, מתאימות למחקרים מבניים מקיפים וניתוח ביוכימי.
בפרוטוקול זה אנו עושים שימוש bacmid מהונדס נוקאאוט (BAC10 KO: 1629) כלומר, לבד, לא מסוגל לייצר ויריונים קיימא 28. ה-DNA הנגיפי הוא חולץ ובכך על ידי רקומבינציה עם וקטור העברה כי במקרה זה כולל גם את גן kindlin-3 (FERMT3) ותוצאות בגן FERMT3 החלפת הווירוס מאוחר מאוד גן, אשר בא לידי ביטוי מאוד אבל מיותר, וכתוצאה מכך רקומביננטי וירוס שמבטא kindlin-3 העכבר כחלק ממחזור החיים של נגיף 28. זיהינו זהשיטה לייצור kindlin-3 לאחר הניסיונות להביע ולטהר אותו במארחי ביטוי אחרים היו קשים להחריד (תצפיות לא פורסמו), אלא גם בשל צדדיות של חבילת וקטור pOPIN, שבו השתמשה לשיבוט ושניתן לפרוס בביטוי רבים מארח 29.
מערכות ביטוי baculovirus הופכות פופולרית יותר ויותר ומהווה כלי חשוב לייצור של כמויות מיליגרם של חלבון רקומביננטי לאפיון חלבונים באמצעות מחקרי biophysical, כולל קריסטלוגרפיה באמצעות קרן רנטגן. למרות היותו יותר בניסוי דורש מערכות ביטוי baculovirus מציעות מספר יתרונות על פני א coli שהאחד מהם היא סביבה כמעט טבעית לחלבונים ממוצא אוקריוטים למשל הנוכחות של מלווים והזדמנות לשינוי שלאחר translational המתאימים. במסגרת המאמצים שלנו כדי להביע את kindlin-3, מארחים ביטוי חלופיים שימשו כוללים תא קווי יונקים וזני ביטוי חיידקים (תצפיות לא פורסמו). באופן כללי, א 'רבות coli זנים שנבדקו הפיקו כמויות קטנות מאוד של kindlin-3 רקומביננטי (~ 0.5 מ"ג / ליטר של תרבות; תצפיות לא פורסמו). עם זאת, הביטוי מונע baculovirus בתאי חרקים היה יעיל במיוחד, ובשיתוףmparison לביטוי חולף בתאי יונקים, נוחים יותר ליצירת ביומסה הגדולה הנדרשת לבידוד מיליגרם של חלבונים רקומביננטיים cytoplasmic (תצפיות לא פורסמו). אנו משערים כי המלווים אוקריוטים הנוכחות עשויים לאפשר ייצור יעיל של kindlin-3.
Baculoviridae להדביק תאי חרקים ולביטוי חלבונים רקומביננטיים baculovirus המשמש בעבודה זו מבוסס על Autographa californica וירוס polyhedrosis גרעיני (AcNPV). בטבע AcNPV, אשר מדביק californica Autographa (lopper אספסת) זחלי חרקים, דורש חלבון polyhedrin כדי ליצור חסימות לפי virons כמוסות במטריצת גבישי חלבון ובכך לספק את ההגנה הנדרשת לשחרורם. בתאים בתרבית היווצרות של גופי חסימה אינה נדרשת לשכפול ולכן הוא מיותר. במקרה של ביטוי חלבונים זרים גן חלבון polyhedrin יכול להיות replaced בAcNPV רקומביננטי עם הגן לחלבון של עניין. AcNPV יכול להדביק מיני Lepidopteron אחרים ולמטרות של frugiperda Spodoptera תולעת צבא ביטוי חלבון רקומביננטי תאי השחלה גלמים משמשים. בגישה שתוארה כאן, bacmid AcNPV (BAC10) מתוכנן כך שגן חיוני נגיפי, ORF1629, הוא מומת על ידי ההחדרה של transferase אצטיל כלורמפניקול וכתוצאה מכך bacmid עקום החוצה (BAC10: KO 1629), כך שזה לא מסוגל ליצור baculovirions זיהומיות 28. Cotransfection של תאי Sf9 עם BAC10 ינארית: KO 1629 ו תיקוני וקטור ההעברה FERMT3 המכיל ORF1629 פעיל, באמצעות טרנספוזיציה, וכתוצאה מהגנום קיימא שגם שילב את גן FERMT3 תחת השליטה של אמרגן polyhedrin 28.
אנו מתארים פרוטוקול טיהור לבידוד של עכבר רקומביננטי טהור מאוד kindlin-3 דרך threגישת chromatographic צעד דואר. השיטות המשמשות כאן בקלות יכולה להיות מיושמות על חלבונים מתויגים-אחרים. אנחנו עובדים צעד חילוף יונים לטהר kindlin-3 נוסף אך אנו מאמינים כי מדובר בצעד פסאודו זיקה נוספת כמו kindlin-3 הוא בעל מספר גדול של שאריות בסיסיות, כוללים מתיחת poly-ליזין בתחום F1 שלה. בנוסף, kindlin-3 נחשב להיקשר ולאינטראקציה עם הפנים cytoplasmic של קרום הפלזמה, שבו הוא מתפקד, ולכן אנו צופים כי באשכולות של שאריות בסיסיות יאפשר את החלבון כדי לסתור את הממברנה הטעונה השלילי.
המאגרים מתוארים בפרוטוקולים הטיהור נחשבים סטנדרטיים ומשמשים לעתים קרובות בביולוגיה מבנית. Assay thermofluor (איור 5) מראה כי kindlin-3 הוא יציב ברוב תנאי חיץ מעל pH 6.0. זה היה שימושי במיוחד וחשוב ליידע הניסויים שלנו כאשר לומדים kinldin-3: β1אינטראקציה זנב על ידי תמ"ג, אשר הניב ספקטרום מצוין ב-pH 6.1 עם ריכוזים נמוכים של 12 NaCl.
לפני שניתן יהיה התחייב כל מחקר biophysical, חשוב על מנת להוכיח כי החלבון מטוהר של עניין הוא אכן נכון מקופל והוא מבחינה תפקודית פעיל. בפרסום קודם הראינו כי kindlin-3 רקומביננטי הביע ומטוהר בשיטה זו הייתה מונומר וmonodispersed בפתרון, כפי שהוערך על ידי כרומטוגרפיה גודל הדרה, פיזור אור דינאמי, ultracentrifugation אנליטיים ופיזור קרני רנטגן בזווית קטן, והיה גם מסוגל מחייב והכרת NPxY קרום דיסטלי ואשכול סרין / תראונין במעלה הזרם של זנבות cytoplasmic 1A β 14, ובכך אישר כי הוא מתנהג כמו חלבון ילידים, אשר עולים בקנה אחד עם מחקרים סלולריים ופיסיולוגיים קודמים 14,20,22. שימוש assay יציבות תרמית הוא דרך נוספת של מציע הדואר קיפול נכון של חלבון של עניין, כמו חלבון מקופל בצורה לא נכונה יגרום רקע הקרינה גבוה בשל שאריות הידרופובי חשופות.
משפחת kindlin של חלבונים הייתה במוקד תשומת לב רב מאז תפקידם בלתי צפוי כמו coactivators החיוני של integrins in vivo התגלה. זה מופעל מאמץ רב כדי לבטא אותם recombinantly ולפתור המבנים שלהם. עד כה הצלחה מוגבלת כבר דיווחה בהבעת כמויות מיליגרם של חלבון רקומביננטי באורך מלא, אבל יש לנו כאן תאר את השימוש במערכת baculovirus המאפשרת ביטוי בקנה מידה גדולה ברמות שבו המחקרים מבניים הפכו אפשריים. על ידי יצירת כמויות גדולות של kindlin-3 רקומביננטי אנו צופים כי זה יסייע במחקרים נוספים של חלבון זה. העבודה בשיטה וטיהור מונע baculovirus המתואר כאן לkindlin-3 עכבריים רקומביננטי יכול לשמש גם כדי להביע ולטהר isoforms kindlin האחר, שגם הם קשים להביע וגם להחזיק משתרעים poly-ליזין, ועשוי להיות מותאם יותר לחלבוני cytoplasmic אחרים, כגון חלבונים מחייבים חומצות גרעין, שאינם מצליחין לבטא בזני חיידקים.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים לו Weixan לקבלת סיוע טכני בתרבות ובתחזוקה של מניות תא Sf9. LAY נתמכה על ידי מלגת לימודים לתואר שני מועצה למחקר רפואי (MRC). RJCG היה אוניברסיטת חברה מלכותית עמית מחקר. חטיבת אוקספורד לביולוגיה מבנית היא חלק ממרכז קרן Wellcome לגנטיקה אנושית, Wellcome Trust Core פרס גרנט מספר 090532/Z/09/Z.
Sf-900 II serum free media (SFM) 1X liquid | Life Technoligies | 10902-096 | store at 4°C and warm to room temperature before use |
Cellfectin II Reagent | InVitrogen | 10362-100 | Alternatively, GeneJuice transfection (EMD) reagent can be used |
Streptomycin Sulphate (solid) | Melford | S0148 | Sterilise filter (0.22μm filter) before use |
Penicillin G, potassium salt (solid) | Melford | P0580 | Sterilise filter (0.22μm filter) before use |
CELLSTAR Sterile 6-well Culture Plate | Greiner bio-one | 657160 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Life Technologies | 10100-147 | |
Protease Inhibitor Cocktail | Sigma | P8849 | Caution: Protease inhibitors are dissolved in DMSO |
Bovine pancrease deoxyribonuclease (Dnase) I | Sigma | D5025 | |
HisTrap FF (5ml) | GE Heathcare | 17-5286-01 | Requires an Äkta FPLC machine |
HiTrap Heparin (5ml) | GE Heathcare | 17-0407-01 | Requires an Äkta FPLC machine |
Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Units (with Ultracel-50 membrane) | Millipore | UFC905024 | 15ml capacity and a MWCO of 50kDa protein concentrator |