توضح هذه المخطوطة كيفية كشف عن thermostabilizing الطفرات، وتنقية نقل السيروتونين البشري، وتوليد الأجسام المضادة تقارب عالية، وبلورة السيروتونين نقل الأجسام المضادة مجمع منضمة إلى اكتئاب المخدرات S -citalopram. ويمكن تكييف هذا البروتوكول لدراسة النقل الأخرى الصعبة الغشاء، المستقبلات، وقنوات.
ونقل السيروتونين هو الصوديوم وكلوريد جانب نقل أن "مضخات" السيروتونين خارج الخلية إلى داخل الخلايا. S -citalopram هو دواء يستخدم لعلاج الاكتئاب والقلق عن طريق ملزمة لنقل السيروتونين مع عالية تقارب، ومنع امتصاص السيروتونين. نحن هنا نورد إجراء فعال ومجموعة من الأدوات لتحقيق الاستقرار، صريحة، تنقية، وبلورة مجمعات للنقل الأجسام المضادة السيروتونين ملزمة لS -citalopram ومضادات الاكتئاب الأخرى. وقد تم تحديد الطفرات التي استقرار نقل السيروتونين باستخدام -citalopram S فحص ملزمة. السيروتونين الناقل أعرب في HEK293S GnTI transduced الفيروسة العصوية – الخلايا، أعيد تشكيل في proteoliposomes وتستخدم لزيادة الأجسام المضادة عالية تقارب. وضعنا استراتيجية لاكتشاف الأجسام المضادة التي هي مفيدة للدراسات الهيكلية. كما تم إنشاء نهج واضحة للتعبير عن شظايا الأجسام المضادة في خلايا Sf9.مجمعات للنقل الأجسام المضادة تنقيتها باستخدام هذا الإجراء هي تصرفت بشكل جيد وتتبلور بسهولة، وتنتج المجمعات مع S -citalopram أن حيد الضوء والأشعة السينية إلى 3-4 قرار Å. الاستراتيجيات التي وضعت هنا يمكن استخدامها لتحديد بنية البروتينات غشاء الصعبة الأخرى.
ونقل السيروتونين (سرت) هو بروتين الغشاء لا يتجزأ التي تسهل نقل السيروتونين عبر الأغشية الخلوية 1. سرت ينتمي إلى عائلة العصبي الصوديوم Symporters (NSSs) التي تضم أيضا الدوبامين والنورادرينالين النقل 2. سرت هو الهدف الجزيئي للاكتئاب والمضادة للقلق الأدوية التي توصف على نطاق واسع والتي تعمل على كبح تنافسية نقل السيروتونين 3. سرت يستغل من cotransport مواتية بقوة من الصوديوم لإزالة العصبي من الشق متشابك. وقد أظهرت توصيف واسع النطاق للنظام هرمون السيروتونين أن التغيرات في عملية الأيض السيروتونين يبدو أن التأثير تقريبا كل العمليات العصبية بما في ذلك المزاج، والنوم، والألم، والإدراك، والعدوان السلوكيات 4. وظيفة سرت يمكن تعديلها من خلال استخدام مضادات الاكتئاب وامتصاص السيروتونين الانتقائية مثبطات (اس اس اراي) مثل S -citalopram، فضلا عن psychostimulaاليلة وعقاقير الإدمان مثل الأمفيتامين و3،4-methylenedioxy- N -methylamphetamine أو "النشوة" 1،2.
اس اس اراي هي مهمة جدا لعلاج اضطرابات المزاج، ولكن الأساس الهيكلي الدقيق لعملها ليست مفهومة جيدا. WT سرت غير مستقر في المذيلات المنظفات، مما يعوق التقدم نحو (3D) ثلاثي الأبعاد هيكل من سرت 5،6. مؤخرا، قمنا بتطوير أنواع من سرت التي هي بقوة مستقرة في مجموعة واسعة من المنظفات والاحتفاظ SSRI النشاط 6 ملزمة. وقد تم اختيار هذه المتغيرات سرت بالحرارة باستخدام فحص للحرارة على أساس القرب-التلألؤ. نحن هنا وصف الإجراء لتوليد الأجسام المضادة عالية تقارب التي يمكن أن تربط سرت، وتنقية وبلورة سرت بالحرارة، في مجمع مع الأجسام المضادة وS -citalopram.
يفترض هذا البروتوكول أن سرت و8B6 الجينات كانت ناجحاالمستنسخة ذ في ناقلات BacMam 7 و الحشرات التعبير، على التوالي. لتوليد الأجسام المضادة، كدنا] بقايا ترميز 73-616 من WT سرت تم استنساخ في ناقلات BacMam مع C-محطة بكتيريا الثاني العلامة (سرت IC). للعرض على الشاشة للحرارة، وبقايا سرت 73-616 مع GFP C-المحطة، بكتيريا الثاني، و 10 صاحب العلامات (سرت TC) تم استخدام. تم إنشاء الطفرات نقطة الفردية في الخلفية سرت TC. لبروتوكول التبلور، تم استخدام البروتين الانصهار سرت-GFP مع التوأم بكتيريا [TrpSerHisProGlnPheGluLys (GlyGlyGlySer) 2 GlyGlySerAlaTrpSerHisProGlnPheGluLys] و 10 صاحب العلامات، تحمل طفرات بالحرارة، Y110A، I291A، وT439S والطفرات من cysteines سطح C554A، C580A وC622A (CC سرت). تم إدراج تسلسل الثرومبين الانقسام (LVPRGS) أيضا في CC سرت بعد Q76 وT618 للسماح إزالة N- وC-ترميني. تم هندستها البلازميد ترميز 8B6 فاب للتعبير عن كل من الثقيلة والخفيفةسلاسل من الأجسام المضادة مع تسلسل إفراز GP67 تحت سيطرة اثنين من المروجين polyhedrin منفصل. تم وضع علامة على C-محطة من سلسلة كبيرة من الأجسام المضادة 8B6 مع 8-صاحب العلامة وتم إدراج موقع الثرومبين الانقسام بين السلسلة الثقيلة والعلامة.
يبقى تحديد بنية البروتين الغشاء من خلال تقنيات فيزيائية حيوية مهمة شاقة بالنسبة للعديد من شركات النقل الهامة طبيا، المستقبلات، وقنوات 11. نحن هنا تبادل الخبرات مفصلة وضعت لتحديد هيكل نقل السيروتونين الإنسان ملزمة لS -citalopram. ونحن نتوقع أن هذه الطرق ستكون مفيدة لتحديد هياكل سرت في الدول بتكوين الأخرى، فضلا عن هياكل للبروتينات غشاء الصعبة الأخرى. وعلاوة على ذلك، التقنيات الحيوية الموصوفة هنا يمكن أيضا أن تستخدم لدراسة وظيفة من سرت النقاء في صناعة المنظفات والبيئة الدهون شبه مواطن.
سرت بلورة يتوقف على تطوير العديد من الأدوات والتقنيات. أولا، أنتجت تحسينات في صمود للحرارة نقل المتغيرات سرت التي كانت تصرف بشكل جيد في مختلف المذيلات المنظفات التالية استخراج نقل من الأغشية 6. الثاني، واستخداممن -citalopram يجند S عالية تقارب في جميع أنحاء تنقية وبلورة مزيد من تحسين الاستقرار والحد من عدم التجانس بتكوين. ثالثا، تطوير نظام التعبير BacMam 7 سمح لإنتاج كميات كبيرة من سرت في فترة قصيرة من 2 أسابيع، مما يسهل على حد سواء التحصين والتبلور. وأخيرا، وضع استراتيجيات لتحديد الأجسام المضادة عالية تقارب التي تعترف 3D الحواتم يسمح لاكتشاف الأجسام المضادة 8B6 الذي يعزز التعبئة امر جيد للمجمعات للسرت الأجسام المضادة إلى بلورات.
وهناك عدد من الخطوات والكواشف الحيوية فضلا عن المشاكل الشائعة التي غالبا ما تحدث في جميع أنحاء البروتوكول. أولا، جيل من ارتفاع عيار سرت P2 الفيروس يمكن أن يكون مشكلة. مضيفا تركيزات منخفضة من الفيروس P1 لتوليد فيروس P2 كما هو موضح في هذا البروتوكول عادة ما يخفف من هذه المشكلة، وفي الحالات التي يكون فيها عيار الفيروس P2 منخفضة، P3 الفيروس يمكن أن تدلي النقيبز الفيروس في وزارة الداخلية من 0.0001. الفيروسات مع عيار أقل من 1 × 10 8 جزيئات الفيروس / مل لا ينبغي ان تستخدم وسوف تؤدي دائما تقريبا في غلة البروتين منخفضة. للتعبير، HEK293S GnTI – تم اختيار الخلايا لأنها تفتقر إلى N -acetylglucosaminyltransferase أنا النشاط، وبالتالي لا يمكن توليف -glycans N مجمع، بدلا تنتج فقط عالية المانوز N -glycans. يشق EndoH N -linked بالغليكوزيل من glycans المانوز عالية في موقعين في حلقة خارج الخلية 2 (EL2)، مما أسفر عن -acetylglucosamine N تعلق على الهليونين. هضم N -linked السكريات تقلل الكون سطح EL2 التي من المرجح مهمة لبلورة. لتوليد الأجسام المضادة، وسرت IC ينبغي أن تستخدم للتحصين. GFP هو مناعة عالية 12، وينبغي ألا تستخدم كعلامة الانصهار لتوليد الأجسام المضادة لأنه من الصعب تماما لإزالة من قبل المجلس الأعلى للتعليم. كانت N- مرنة وC-محطة من سرت أيضا لاالمدرجة في بناء من أجل تجنب الأجسام المضادة ضد هذه المناطق. الفئران يمكن تحصين مع 30 ميكروغرام من البروتين أعيد تشكيلها. تواصل الفئران تحصين حتى يمكن الكشف عن تركيزات عالية من المصل من الأجسام المضادة وخلايا إنتاج هجين كما هو موضح 13. وبناء thermostabilized عادة ما يكون الخيار الأفضل للتحصين. إذا كان الناقل هو حسن تصرف ويحتفظ النشاط البيولوجي التالية تنقية، وهذا غالبا ما يكون كافيا لرفع الأجسام المضادة. تم رفع الأجسام المضادة 8B6 ضد WT سرت. لتبلور، إلا أن الكسور الذروة من المجلس الأعلى للتعليم التي تحتوي على مجمع monodisperse كما تقرره FSEC ينبغي الجمع بين والمركزة. تنمو بلورات سرت-8B6 في نطاق ضيق من الظروف، وهناك عدد من الخطوات التي ينبغي اتخاذها لاستكشاف مشكلات تتعلق على وجه التحديد نمو سرت وضوح الشمس. تريس قاعدة تعديلها مع حمض الهيدروكلوريك لا ينبغي أن تستخدم في خزان حل، لأن هذا المخزن لا يدعم نمو البلورات. بالتالي فمن صرخةtical بدلا من ذلك استخدام تريس تعديلها مع هيدروكسيد الصوديوم. تنمو بلورات سرت في نطاق التركيز الضيق من PEG 400، حتى إذا بلورات لا تنمو أو إذا لوحظ العديد من بلورات صغيرة، وحتى زيادة طفيفة أو نقصان في تركيز PEG 400 سيتم نصح. وعلاوة على ذلك، تم استخدام حمض مضافة 6 aminohexanoic أيضا في الشاشة الأمثل لتحسين التنوي. نسبة انخفاض البروتين: حل جيد هو أيضا مفتاح تحديد عامل للنمو وضوح الشمس. إسقاط نسب 1،5-2: 1 ينصح، مع نسب انخفاض أقرب إلى 2: 1 دعم عادة نمو أكبر بلورات 3-الأبعاد. وأخيرا، واستخدام الانظار 24 لوحات جيدا أيضا حاسما نحو النمو وضوح الشمس، ويفترض بسبب تعديل معدل انتشار البخار.
وقد تم تطوير نهج بديل لطريقة SPA للكشف عن المسوخ التي استقرار نقل الفئران السيروتونين في التشكل محددة الكوكايين باستخدام فلتر فحص 5 ملزمة. على النقيض من ذلك، وبا SPAفحص سد يسمح لاتخاذ خطوات متتابعة التدفئة التالية تحديد جزء من سرت التي لا تزال ملزمة ليجند. وهكذا، وهذا أتاح الفرصة للتعرف السريع لدرجة حرارة انصهار من عدد قليل من العينات. يعتمد أسلوب SPA على توافر رديولبلد يجند عالية تقارب وإذا لم يعرف بروابط التي تربط مع تقارب submicromolar ثم سوف نهج بديل يكون ضروريا. وتستخدم العديد من الطرق الأخرى الشائعة لقياس استقرار البروتين مثل ملزم من الأصباغ الفلورية والكالوري 14 ولكنها منخفضة الإنتاجية وإما أن تكون غير قادر على قياس وظيفة مباشرة أو تتطلب كميات كبيرة من البروتين. إذا لا يمكن استخدام أسلوب SPA، النهج الإنتاجية العالية بديل واحد هو صمود للحرارة الفحص القائمة على FSEC 15 (FSEC-TS)، حيث يتم تسخين تليها العينة انفصال جزء من ما تبقى نقل. FSEC-TS هو نهج مفيد للوصول إلى السلوك الكروماتوغرافي والدولة بلازميدة قليلة القسيمات وغير ا ف بأداة مكملة owerful التي يمكن استخدامها جنبا إلى جنب مع طريقة SPA.
تم العثور على المقارنة بين مختلف النظم بروتين تعبير شائع أيضا إلى تفضيل استخدام خلايا الثدييات لسرت التعبير 16 و لا غرابة في هذا هو الحال بالنسبة للعديد من البروتينات من أصل الثدييات احتمالا. وقد جرى تصميم طرق التي لدينا وتستخدم للتعبير عن سرت ولكن هم على الأرجح أكثر قابلية للتكيف. الظروف التي تشجع على مستويات عالية من التعبير يجب أن توضع بعناية من خلال تغيير الوقت من التعبير، ودرجة الحرارة، وتركيز الفيروس، وجود مثبطات هيستون deacetylase مثل الزبدات الصوديوم.
ونحن نفضل عموما تنقية تقارب في المنظفات سلسلة طويلة خفيفة مثل C12M جنبا إلى جنب مع كلية العلوم الصحية قبل إعادة للاحتفاظ عالية تقارب يجند ملزمة. إعادة استخدام امتصاص مسعور هي تقنية خفيفة والتي وجدنا أن تكون فعالة لعدة شركات النقل ومستقبلات أخرى. اذا هذاغير ناجح، وإزالة المنظفات مع تركيزات عالية مذيلة الحرجة من غسيل الكلى، والتخفيف، أو المجلس الأعلى للتعليم ويمكن استخدام 17 المقدمة للمستضد مستقرة بما فيه الكفاية في مثل هذه المنظفات. في الحالات التي لم يتم العثور على أجسام مضادة مناسبة، ونحن دائما تقريبا تجد من المقرر أن فقدان وظيفة أو تمسخ للمستضد هذه القضية، وفي مثل هذه الحالات أجرينا بنجاح التطعيمات الجديدة مع إيلاء اهتمام خاص إلى الكيمياء الحيوية البروتين. وأخيرا، ينبغي بروابط والأجسام المضادة التي تربط مع عالية تقارب تشكل الأساس لتجربة بلورة المخطط لها بعقلانية ومن خلال الاستفادة من البديل بالحرارة، يمكن للمرء أن فحص مجموعة واسعة من الظروف من خلال تغيير خصائص المنظفات المختلفة. وعلاوة على ذلك، ينبغي النظر في التبلور في mesophase شحمي 18 أو باستخدام bicelles 19 دائما كبديل للتبلور في المذيلات.
هذه المبادئ والأساليب التي يمكن استخدامها مع بعض modifiالموجبة للعديد من البروتينات عبر الغشاء الأخرى التي يصعب التعبير وتنقية من المضيفين التعبير الأخرى، وسوف تكون مفيدة بشكل خاص لتحديد هيكل أهداف الأدوية عالية تقارب.
The authors have nothing to disclose.
We thank D. Cawley for generating monoclonal antibodies. We thank A. Penmatsa and K. Wang for sharing ideas and expertise developed from the dopamine transporter. L. Vaskalis for assistance with figures, H. Owen for help with manuscript preparation and other Gouaux laboratory members for helpful discussions. J.A.C. has support from a Banting postdoctoral fellowship from the Canadian Institutes of Health Research. E.M.G. is supported by the National Science Foundation Graduate Research Fellowship. We are particularly grateful to Bernie and Jennifer LaCroute for their generous support, as well as for funding from the NIH (5R37MH070039). E.G. is an investigator of the Howard Hughes Medical Institute.
DH10Bac | Invitrogen | 10361-012 | |
Kanamycin | Fisher | BP906-5 | |
Gentamicin | Fisher | BP918-1 | |
Tetracycline | Sigma | T-7660 | |
Bluo-gal | Invitrogen | 15519-028 | 5-Bromo-3-indolyl β-D-galactopyranoside |
IPTG | Anatrace | I1003 | |
Miniprep kit | Qiagen | 27106 | |
Cellfectin II | Invitrogen | 10362-100 | Sf9 transfection reagent |
SF9 | ATCC | CRL-1711 | |
Sf-900 III SFM media | Life Technologies | 12658-027 | |
HEK-293S GnTI- | ATCC | CRL-3022 | |
Freestyle 293 media | Life Technologies | 12338-018 | 293 expression media |
Fetal bovine serum | Life Technologies | 0984018DJ | |
Sodium butyrate | Sigma | 303410 | |
S-citalopram | Sigma | E4786 | Anagrade |
n-Dodecyl-?-D-Maltopyranoside | Anatrace | D310 | |
Cholesteryl hemmisuccinate | Sigma | C6013 | |
1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine | Avanti Polar Lipids | 850457P | |
1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine | Avanti Polar Lipids | 850757P | |
1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol | Avanti Polar Lipids | 840457P | |
Leupeptin | Sigma | L2884 | |
Pepstatin A | Sigma | P5318 | |
Aprotinin | Sigma | A1153 | |
PMSF | Sigma | P7626 | |
Desthiobiotin | Iba Life Sciences | 2-1000-05 | |
Asolectin | Sigma | 11145 | |
Cholesterol | Sigma | C-8667 | |
Lipid A | Sigma | L5399 | |
Brain polar lipid | Avanti Polar Lipids | 141101C | |
Biobeads | Biorad | 152-3920 | Hydrophobic absorption resin |
Goat anti-mouse IRDye 680RD | Odyssey | 926-68070 | Used as secondary for western blotting |
Lauryl maltose neopentyl glycol | Anatrace | NG310 | Anagrade |
Serotonin | Sigma | H9523 | |
pFastBac 8B6 | Available from authors | ||
pEG Bacmam SERT Strep II | SERTIC, Available from authors | ||
pEG Bacmam SERT GFP twin Strep His | SERTTC, Available from authors | ||
pEG Bacmam SERT ts3 GFP twin Strep His | SERTCC, Available from authors | ||
Imidazole | Sigma | 56749 | |
n-Octyl β-D-maltoside | Anatrace | O310 | Anagrade |
Thrombin | Haematologic Technologies | HCT-0020 | |
EndoH | New England Biolabs | P0702 | |
Trizma-HCl | Sigma | T5941 | Tris used for preparation of crystallization reservoirs |
PEG 400 | Sigma | 91893 | |
6-aminohexanoic acid | Sigma | 7260 | |
Trypsin-EDTA | Fisher | MT25052CV | |
Isoplate-96 TC | PerkinElmer | 6005070 | |
PolyJet | SignaGen | SL100688 | Polymer transfection reagent for mamalian cells |
Copper HIS-Tag YSI SPA Beads | PerkinElmer | RPNQ0096 | His-tag affinity SPA beads |
Citalopram, [N-Methyl-3H] | PerkinElmer | NET1039250UC | |
ThermoMixer C | Eppendorf | 5382000023 | heating block for thermostability assay |
ThermoTop | Eppendorf | 5308000003 | |
SmartBlock PCR 96, thermoblock for PCR plates | Eppendorf | 5306000006 | |
0.2 µm syringe filter | Olympus Plastics | 25-243 | |
1 L filter system | Corning | 430517 | |
2 L flat bottom tissue culture flask | Genemate | F-5909-2000 | |
2 L baffled tissue culture flask | Genemate | F-5909-2000B | |
CO2 incubator | Thermo Scientific | 3950 | |
Forma Orbital Shaker | Thermo Scientific | 416 | |
Strep-Tactin resin | Iba Life Sciences | 2-1208-025 | Strep affinity resin |
Extruder | Northern Lipids | ||
Li-Cor imaging system | Odyssey | western blot imaging system | |
XK16 column | GE Healthcare | 28-9889-37 | column used for Strep-Tactin and Talon purificaiton |
100 kDa MWCO protein concentrator | Millipore | UFC910096 | |
30 kDa MWCO protein concentrator | Millipore | UFC903024 | |
Äkta FPLC | GE Healthcare | UPC-900 | |
HPLC | Shimadzu | 51476 | |
Superose 6 (10/300) column | GE Healthcare | 17-5172-01 | Used for FSEC |
Tangential flow apparatus | Pall Filtron | ||
0.2 µm filter tangential flow cell | Pall Filtron | PSM20C11 | |
30 kDa MWCO tangential flow concentrator | Pall Filtron | OS030T12 | |
Talon resin | Clonetech | 635504 | His-tag affinity resin used for Fab purification |
1 ml HiTrap SP column | GE Healthcare | 17115101 | Cation exchanger used for Fab purification |
Superdex 200 10/300 GL column | GE Healthcare | 17-5175-01 | Used for SEC separation of SERT-8B6 |
24-well VDXm plate | Hampton Research | HR3-306 | |
18 mm coverslips | Hampton Research | HR3-239 | |
Virocyt virus counter | Virocyt | 2100 | |
MicroBeta Trilux | PerkinElmer | 1450 | 96-well scintillation counter |
HiTrap SP column | GE Healthcare | 17115101 | |
Sertraline | Sigma | S6319 |