Summary

Pflanzliche Proteine in Insektenzellen abgesondert ändern Baculovirus Expressionsvektoren herstellen

Published: August 20, 2018
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Summary

Hier präsentieren wir Ihnen die Protokolle zur Nutzung von Insekten Zell- und Baculovirus Protein Expressionssystems zu produzieren große Mengen an Pflanzeneiweiß abgesondert für Protein Kristallisation. Ein Baculovirus Expressionsvektor wurde entweder mit GP67 oder Insekt Hemolin Signalpeptid für Pflanze Sekretion Proteinexpression in Insektenzellen geändert.

Abstract

Es war eine Herausforderung für die Wissenschaftler rekombinante sekretorischen eukaryotic Proteine für strukturelle und biochemische Studien zum Ausdruck bringen. Das Baculovirus-vermittelten Insekt Ausdruck Zellsystem ist eines der Systeme verwendet, um rekombinante eukaryotic sekretorische Proteine mit einigen Post-translationalen Modifikationen auszudrücken. Die sekretorischen Proteine müssen durch die sekretorischen Wege für Protein Glycosylation, Disulfid-Bindungen-Bildung und andere Post-translationalen Modifikationen weitergeleitet werden. Um die vorhandenen Insekten Zelle Ausdruck von sekretorischen Pflanzeneiweiß zu verbessern, wird ein Baculovirus Expressionsvektor durch die Zugabe von entweder ein GP67 oder ein Hemolin Signal Peptidsequenz zwischen dem Veranstalter und Klonen von mehreren Seiten geändert. Dieses neu gestaltete modifizierte vektorsystem produziert erfolgreich eine hohe Ausbeute an löslichen recombinant sekretierten Pflanze Rezeptorproteine von Arabidopsis Thaliana. Zwei der zum Ausdruck gebrachten pflanzlichen Proteinen, die extrazellulären Domänen von Arabidopsis TDR und PRK3 Plasma Membranrezeptoren, wurden für x-ray kristallographische Untersuchungen kristallisiert. Das modifizierte vektorsystem ist ein verbessertes Werkzeug, das potentiell für die Expression rekombinanter sekretorische Proteine im Tierreich als auch verwendet werden kann.

Introduction

Es ist unerlässlich für ein Forschungslabor in der Lage, große Mengen an homogene rekombinante Proteine für Biochemische und biophysikalische Charakterisierungen, speziell für x-ray kristallographischen Studien sein. Es gibt viele etablierte heterologen Expressionssysteme wie Escherichia coli, Hefe, Insektenzellen, Säugerzellen, Pflanzenzellen, etc. unter ihnen, das Baculovirus-vermittelten Insekt Ausdruck Zellsystem ist eines der wichtigsten häufig verwendeten Techniken, große Mengen von strukturell gefalteten großformatigen rekombinante eukaryotic Proteine für Protein Kristallisation1produzieren.

Expressionsvektoren des Expressionssystems Baculovirus wurden entwickelt, um eine starke Polyhedrin oder P10-Promoter zu produzieren eine hohe Ausbeute an rekombinanten intrazelluläre Proteine2,3enthalten. Um eine rekombinante Baculovirus zu machen, ist das Gen des Interesses in ein Insekt Vektor mit den Polyhedrin (Polh) Locus des Genoms Autographa Californica Multi-Nucleopolyhedroviral geklont. Das entstehende Konstrukt dann sequenziert und seine korrekte offenen Leserahmen (ORF) überprüft. Das richtige Konstrukt wird dann in die Wirtszelle Insekt durch den Prozess der Transfektion eingeführt. Das Gen des Interesses wird durch homologe Rekombination in das virale Genom eingefügt. Dieses Ereignis führt zu die Produktion von das rekombinante virale Genom, welche dann repliziert, rekombinante produzieren Virus Partikel1treibt.

Die Insekten, die am häufigsten in Expressionssystems dienen Sf9 und hoch fünf (Hi5) Zellen sind. Sf9 Zellen eine klonale Isolat Sf21, abgeleitet aus den pupal Eierstockkrebs Zellen von Spodoptera Frugiperda, und Hi5 Zellen eine klonale isolieren die elterliche Trichoplusia ni Eierstock Zelle Zeile TN-3684,5abgeleitet. Co Transfektionen, Virus-Verstärkung und Plaque-Assays sind auf Sf9 Zellen durchgeführt, während Hi5 Zellen in der Regel ausgewählt werden, um größere Mengen von rekombinanten Proteinen6zu produzieren. Es ist erwähnenswert, dass die Hi5-Zellen nicht geeignet für die Erzeugung und Verstärkung des Virus Stammarten wegen ihrer Tendenz, mutierte Viren zu produzieren. Traditionell gilt ein Temperaturbereich von 25-30 ° C gut für den Anbau von Insektenzellen. Allerdings wurde berichtet, dass 27-28 ° C die optimale Temperatur für die Insekten Zelle Wachstum und Infektion7,8 ist.

Die Einführung einer starken Signal-Sequenz vor das Gen ist für die hohe Expression von die sekretierten Proteine erforderlich. Die Signalsequenz würde effizient übersetzten rekombinanten Proteins in das endoplasmatische Retikulum für Protein Sekretion und Post-translationalen Modifikationen notwendig für die korrekte Faltung und Stabilisierung3führen. Signal-Peptid-Sequenzen, wurden wie z. B. das Baculovirus Protein GP64/67, Honigbiene Melittin, und andere, umhüllen ausgewählt, um den Ausdruck des sekretorischen rekombinante Proteine in das Baculovirus-vermittelten Expression Systeme3zu erleichtern. Die Einführung der Signalpeptid des GP67 hat sich gezeigt, um den Ausdruck Ertrag eines sekretierten rekombinanten Proteins, im Vergleich mit der intrinsischen Signalpeptid des Ziel-gen9zu verbessern. Hemolin ist ein Hämolymphe Protein der riesigen Seide Motte Hyalophora Cecropia, Bakterien-Infektion10induziert. Die Signal-Peptid-Sequenz des Gens ist aufgrund der relativ hohen induzierten Ausdruck lässt sich Sekretion Expression rekombinanter Proteine in das Baculovirus-Insekt Zellsystem zu vermitteln.

Die A. Thaliana Tracheary Elements Differenzierung hemmenden Faktor-Rezeptor (TDR) und Pollen Rezeptor-Kinase 3 (PRK3) beide zu der Leucin-reiche Wiederholung Rezeptor-wie Kinase (LRR-RLK) Pflanzenfamilie der Proteine11,12 gehören . Um die Struktur und Funktion dieser Familie der Pflanze die Rezeptor-Proteine, sowie die strukturelle und biochemische Charakterisierung von anderen abgesondert Pflanzeneiweiß zu erleichtern zu studieren, hat das Baculovirus-Insekt Zelle Ausdruck System, modifiziert Protein-Qualität und Ertrag zu verbessern. Die extrazellulären Domänen der TDR und PRK3 wurden erfolgreich mit zwei modifizierte Expressionsvektoren in dem Ausdruck Baculovirus-Insekt Zellsystem geäußert. Sowohl die extrazellulären Domänen der TDR und PRK3 Proteine haben kristallisiert. Dieser Artikel berichtet der Ausdruck und die Reinigung von großen Mengen von rekombinanten sekretierten Pflanzeneiweiß mit zwei modifizierte Baculovirus Expressionsvektoren durch den Einbau eines GP67 oder einer Hemolin Signalsequenz zwischen dem Projektträger und mehreren Klonen Seiten.

Protocol

Hinweis: Eine Insekt Zelle/Baculovirus-System mit veränderten Expressionsvektoren sekretorischen Pflanze Proteinexpression und Kristallisation wird verwendet. 1. Änderung eines Baculovirus Ausdruck Vektors mit der GP67-Signalpeptid für Pflanze Proteinexpression Sekretion Ein DNA-Fragment mit einer 5′ BglII schneiden Seite13, die GP67 Sekretion Signalsequenz und eine Multi-Klonen Website mit NotI, BamHI EcoRI, StuI, SalI, SpeI, XbaI, PstI und XhoI (<strong c…

Representative Results

Wie in Abbildung 1dargestellt, wurden zwei modifizierte pFastBac1 Baculovirus Expressionsvektoren verwendet, um auszudrücken die sekretierten Proteine mit der GP67 oder der Hemolin Signalsequenz, die intrinsische Signalsequenz des Zielgens zu ersetzen. Die virale GP67 haben Insekt Hemolin Gene nachgewiesen und zu hohen Sekretion Ausdruck Niveaus in den Zellen haben. Fusionsproteine mit einem dieser beiden Signalsequenzen sollen Sekretion Ausdruck Ebenen verb…

Discussion

Angesichts der Vielfalt in Größe und Stabilität von den Tausenden der Proteine in den biologischen Systemen vorhanden, ist es oft für eine Forschung empirische Labor zu entscheiden, welche heterologen Expressionssystem muss für den Ausdruck eines spezifischen Proteins gewählt werden. E. Coli Expressionssystems ist oft die erste Wahl für Protein-Expression durch die kurze Lebensdauer der Bakterien, low-cost der Nährmedien und relativer Leichtigkeit Scale-up19. Für den Ausdruck der…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde durch die neue Fakultät Start Fonds an der North Carolina State University Guozhou Xu unterstützt.

Materials

Incubator shaker VWR Model Excella E25 27 oC
Incubator VWR Model 2005 27 oC
Centrifuge BECKMAN Model J-6 with a swing bucket rotor
Herculase II Fusion DNA Polymerase Agilent 600677-51 For PCR amplification of DNA
Thermal Cycler BIO-RAD Model C1000 Touch For PCR amplification of DNA
Incubator shaker New Brunswick Scientific Model I 24 For growing baceria culture
Customer DNA synthesis GENSCRIPT
BamHI (HF) New England Biolabs R3136S Restriction Endonuclease
BglII New England Biolabs R0144S Restriction Endonuclease
NotI (HF) New England Biolabs R3189S Restriction Endonuclease
XhoI New England Biolabs R0146S Restriction Endonuclease
T4 DNA ligase New England Biolabs M0202T DNA ligation
QIAquick Gel Extraction Kit Qiagen 28704 DNA purification from Agorase gel
QIAprep Spin Miniprep Kit Qiagen 27104 Plasmid DNA purification from bacteria culture
Agarose Thermo Fisher Scientific 15510-019 For DNA gel electropherosis
MAX Efficiency DH5α competen cell Invitrogen 18-258-012 For transformation of DNA ligation mixture
Lennox L LB Broth Research Product International Corp. L24066-5000.0 For making bacteria culture
Ampicillin sodium salt Thermo Fisher Scientific 11593-019 Antibiotics
Kanamycin Sulfate Thermo Fisher Scientific 15160-054 Antibiotics
Tetracycline Thermo Fisher Scientific 64-75-5 Antibiotics
Gentamicin Thermo Fisher Scientific 15710-064 Antibiotics
MAX Efficiency DH10Bac competent cells Thermo Fisher Scientific 10361-012 For making bacmid DNA
S.O.C. Medium Thermo Fisher Scientific 15544-034 For DNA transformation
CellFECTIN II Reagent Thermo Fisher Scientific 10362-101 Insect cell transfection reagent
Bac-to-Bac Expression System Thermo Fisher Scientific 10359-016 Baculovirus-insect cells expression kit
Bluo-gal Thermo Fisher Scientific 15519-028 For isolation of recominant Bacmid DNA
IPTG Thermo Fisher Scientific 15529-019 For isolation of recominant Bacmid DNA
pFastBac1 Thermo Fisher Scientific 10360014 Baculorirus expression vector
Sf9 cells Thermo Fisher Scientific 11496015 Sf9 monolayer cells
Hi5 cells Thermo Fisher Scientific B85502 High Five insect cells
Grace’s insect medium, unsupplemented Thermo Fisher Scientific 11595030 Sf9 cell transfection minimum medium
Grace’s insect medium, supplemented Thermo Fisher Scientific 11605102 Sf9 monolayer cell culture complete medium
Sf-900 II SFM Thermo Fisher Scientific 10902104 Sf9 suspension cell culture medium without FBS
Express Five SFM Thermo Fisher Scientific 10486025 Hi5 cell culture medium
Penicillin-Streptomycin  Thermo Fisher Scientific 15140122 100 ml (10,000 I.U./ml)
L-Glutamine (200 mM)  Thermo Fisher Scientific 25030081 100 ml
FBS Certified Thermo Fisher Scientific 16000-044 500 ml
6-well plates Thermo Fisher Scientific 08-772-1B Flat-bottom
150 mm plates Thermo Fisher Scientific 353025 100/case
1.5 ml Microcentrifuge Tubes USA Scientific 1415-2500 500 tubes/bag
15 ml conical screw cap centrifuge tubes USA Scientific 1475-0511 25 tubes/bag
50 ml conical screw cap centrifuge tubes USA Scientific 1500-1211 25 tubes/bag
Ni-NTA Superflow Qiagen 30430 NiNTA resin
pH-indicator strips EMD Millipore Corporation 1.09535.0001 pH 0 – 14

References

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Cite This Article
Chakraborty, S., Trihemasava, K., Xu, G. Modifying Baculovirus Expression Vectors to Produce Secreted Plant Proteins in Insect Cells. J. Vis. Exp. (138), e58283, doi:10.3791/58283 (2018).

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