녹색 형광 단백질에 융합을 기반으로 대장균에서 재조합 막 단백질의 발현에 대한 심사에 대한 효율적인 접근 방법이 제시된다.
구조적 및 기능적 연구를위한 재조합 막 단백질의 생산으로 인해 낮은 수준의 발현과 한번 세제 가용화 많은 막 단백질의 고유 한 불안정성 기술적 도전 남아있다. 프로토콜은 GFP의 형광에 의해 검출 된 대장균에서 발현와 GFP 융합으로 막 단백질의 결찰 독립적 인 복제를 결합한 기술되어있다. 이것은 다수의 세포막 단백질의 구조와 식 스크리닝 / 시간과 노력을 투자를 더욱 적합한 후보를 식별 할 수 있도록 변형. GFP 리포터는 SDS 폴리 아크릴 아미드 겔 전기 영동 (SDS-PAGE) 다음 GFP 형광을 시각화하여 표현의 기본 화면에서 사용된다. 자유 GFP의 부재에 의해 지시 된 바와 같이 최소한의 손실로 높은 발현 수준을 모두 보여 막 단백질은, 보조 스크린으로 선정된다. 이러한 구조는 스케일링 총 막 분획을 제조하고, 가용화되고네 가지 세제의 D. 세제 불용성 물질을 제거하는 초 원심 이어 해물 형광 검출 크기 배제 크로마토 그래피 (FSEC)에 의해 분석된다. GFP 형광에 의해 크기 배제 프로파일 모니터링 다른 세제의 막 단백질의 모노 – 분산도 및 무결성에 대한 정보를 제공한다. 단백질 : 거의 또는 전혀없는 GFP 및 최소 집계와 대칭 피크 용출 세제 조합은 이후 정제를위한 후보입니다. 위의 방법, E.의 이종 표현을 사용하여 SED (모양, 신장, 분할 및 포자 형성) 박테리아의 47 종에서 단백질의 대장균을 분석 하였다. 이들 단백질은 일반적으로 열 경막 도메인을 가지며 세포 분열에 필수적인. 결과는 보여 그 E.에서 SED는의 orthologues의 생산 대장균은 GFP 융합 단백질의 발현 수준에 대하여 정직하게 매우 가변적이다. 실험 전추가 조사를 위해 일부를 dentified.
이는 멤브레인 단백질이 인간 게놈을 비롯한 모든 게놈 서열 1에서 코딩하는 유전자의 약 20 ~ 30 %를 차지하고있는 것으로 추정되었다. 약물 표적 대사, 에너지 생성의 예를 수송하고 많은 생물학적 과정에서의 중요한 역할을 감안할 때, 자신의 세 차원 구조를 결정하는 데 큰 관심이있다. 그러나 수용성 단백질과 비교하여, 막 단백질은 고도로 언더 나타내는 단백질 데이터 뱅크에있다. 사실, PDB (에서 99,624 출시 구조의 http://www.rcsb.org/pdb/ ) 만 471 ( http://blanco.biomol.uci.edu/mpstruc/ ) 막 단백질로 분류됩니다. 이것은 자연적으로 상대적으로 낮은 수준으로 발현되는 막 단백질 작업의 기술적 어려움을 반영; 로돕신은 몇 가지 예외를 제외하고 3,4 중 하나입니다. 재조합 버전의 과발현이종 세포에서의 생산은 종종 전체 레벨을 제한 막 미스 폴딩 타겟팅 불량을 초래한다. 한 번 표현 막 단백질의 추출 및 가용화에 가장 적합한 세제를 선택하면 이후의 정화가 어렵고 조심 최적화가 필요합니다.
대장균은 72 % (차지 막 단백질에 대한 가장 일반적으로 사용되는 발현 숙주 남아 http://blanco.biomol.uci.edu/mpstruc/ 세균 출처 거의 독점적 최신인지 해결 구조). 특정 E. 콜라이 균주 C41 (DE3) 및 C43 (DE3)은, 막 단백질의 과발현을 유도하고, 따라서 다른 BL21 관찰 독성 5,6 균주 효과를 피하기 있지 않은 고립되었다. 재조합 막 단백질 발현 수준을 조정하는 것은 생산 6,7의 레벨을 최적화하는 중요한 것으로 보인다.
<p class="많은" 경우에 "jove_content는"> 구조 결정을위한 막 단백질의 생산 성공은 아미노 및 카르복시 말단 삭제, 자연 순서 변화와 다른 융합 단백질 6-8을 악용하기 위해 여러 orthologues을 포함하여 여러 버전의 평가를 요구하고있다. 따라서, 병렬로 복수의 막 단백질의 발현을 스크리닝하는 방법이 필수적이다. 한가지 일반적으로 사용되는 방법은 단백질을 정제 할 필요없이 추적 할 녹색 형광 단백질 (GFP)을 발현 가능 단백질을 융합한다. 이러한 방식으로, 다른 세제에서의 발현 수준의 안정성 및 행동에 관한 정보는 비 – 정제 된 물질 9-12 소량으로 평가 될 수있다.이 문서에서 우리는 E.에서 막 단백질의 클로닝 및 발현 검사에 대한 간소화 된 프로토콜을 설명 대장균은 생산 및 세제의 후속 특성의 기자로 GFP 융합을 사용하여 : 단백질 빌려lexes (그림 1).
이 문서에서 설명하는 프로토콜에서 GFP 기자 벡터에 결찰 독립적 인 복제는 빠르게 E. 여러 막 단백질의 상대적 표현을 화면에 형광 검출과 결합 대장균. 벡터는 일차 식의 검사가 추가 주 복용 네 일에 할 수있다. 에 – 겔 전체 세포의 세제 용 해물의 형광 발현이 보조 화면에 추가 분석을 위해 히트 순위하는 데 사용됩니다. 제시된 주요 표현 화면이 떨어져 깊은 우물 블록 세포 성장에 적합한 진탕 배양기에서 어떤 전문 장비를 필요로하지 않습니다. SBS 96 웰 플레이트를 포함하는 모든 다른 액체 취급 멀티 채널 피펫을 이용하여 수행 될 수있다. 프로토콜은 용이하게 다른 표정 조건 (예, 저온) 하에서 성장 다른 E. 콜라이 균주를 포함하도록 수정 될 수있다. 람 노스의 수준을 적정 LEMO21 (DE3)의 경우 (0 내지 2.0 mM의)몇몇 막 단백질 (7)의 발현 수준을 증가시킬 수 전사 속도를 조절하기 위해 추가. 가혹한 세제 봉입체에서 단백질을 용해하기 때문에 오탐 (false positive)을 줄 수 있지만 DDM 이외의 세제는 기본 화면에 추출에 사용될 수 있습니다. 분명히, 더 초기 화면이 정교하게, 더 많은 시간이 소요되는 실험.
보조 화면은 기본 화면에서 식별 식 히트로부터 총 막 분획을 제조하는 것을 포함한다. 이는 E.의 막 융합 단백질의 위치 파악을 확인하므로 중요한 단계 대장균 세포. 다른 세제에서 GFP 융합 단백질의 후속 추출 세제 – 단백질 복합체의 모노 – 분산도를 평가하기 위해 가용화 된 물질의 형광 검출 된 크기 배제 크로마토 그래피에 의해 모니터링된다. 그것을위한 가장 적합한 세제를 식별 때문에 다른 중요한 단계후속 처리를 위해 하류 세포막 단백질의 가용화. 그러나 경험은 세제 (들)의 선택의 더 최적화가 아직 정제 및 결정화하는 동안 필요한 될 수 있음을 보여줍니다. 상대적으로 작은 미셀 크기 (예 : LDAO)를 포함 해 다른 세제의 균일 한 행동의 증거는 적어도 원핵 생물의 막 단백질 (14)에 대한 결정을 회절 잘 형성하는 성향의 좋은 지표가 될 것으로 보인다. 이러한 점에서도 2B에 세포막 단백질 위해 도시 프로파일 매우 유리한 나타난다.
GFP 리포터를 사용하는 중요한 장점은 정제되지 않은 샘플에서의 발현의 빠른 판독을 제공한다는 것이다. 단점은 GFP 융합 단백질은 결정화를위한 단백질의 정제 동안 제거되어야한다는 것이다. 여기에 사용 된 벡터의 경우 리노 바이러스 3C 프로테아제 사이트 GFP의 절단을 가능하게한다. 대안으로, 간단만 이후 정제 폴리 히스티딘 또는 다른 친 화성 태그를 추가 벡터에 화면에서 확인 된 후보 단백질, 클론을 다시합니다. 이 GFP에 융합 발현에 필요하지 않다고 가정합니다. 막 단백질 발현 및 가용화 검색에 GFP를 융합에 사용하는 주요 대안은 히스티딘 태그를 추가하는 것이다. 그러나 이러한 접근법은 전형적으로 다수의 변형 평가를 위해 매우 시간이 소모 될 것이다 막 분획 (15)으로 시작 요구한다.
요약하면,이 문서에서 설명하는 프로토콜의 주요 목적은 세포막 단백질 서열의 다수 신속 발현 및 세제 용해의 측면에서 평가 깊은 분석을 위해 우선 순위가되도록 변형 가능하게하는 것이다.
The authors have nothing to disclose.
The OPPF-UK is funded by the Medical Research Council, UK (grant MR/K018779/1) and the Membrane Protein Laboratory by the Wellcome Trust (grant 099165/Z/12/Z).
Name of Material | Company | Catalog Number |
pOPIN-N-GFP | addgene (www.addgene.org) | |
pOPINE-3C-GFP | addgene (www.addgene.org) | |
C41(DE3)pLysS | Lucigen (http://lucigen.com/ | 60444-1 |
LEMO21(DE3) | New England Biolabs | C2528H |
In-Fusion HD EcoDry Cloning System, 96 Rxns | Clontech/Takara | 639688 |
Power broth | Molecular Dimensions (http://www.moleculardimensions.com/) | MD12-106-1 |
Protease Inhibitor tablets | Roche | 11697498001 |
cOmplete, Mini, EDTA-Free; Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 11836170001 |
L-Rhamnose monohydrate | Sigma-Aldrich | 83650 |
Protease Inhibitor Cocktail | Sigma-Aldrich | P8849 |
DNAse 1 | Sigma-Aldrich | DN25 |
Lysozyme | Sigma-Aldrich | L7651 |
Cholesterol hemisuccinate | Sigma-Aldrich | C6512 |
CYMAL-6 ( 6-Cyclohexyl-1-Hexyl-β-D-Maltoside) | Anatrace | C326 |
DDM ( n-Dodecyl ß-maltoside ) | Generon | D97002 |
DM (n-Decyl ß-maltoside) | Generon | D99003 |
LDAO ( N,N-Dimethyl-n-dodecylamine N-oxide) | Generon | D71111 |
E1 ClipTip Eq384 8 channel 1-30 ul | Thermo Scientific | 4672030 |
Rainin Pipette Pipet-Lite XLS 6ch 100-1200µL LTS Spacer | Anachem | LA6-300XLS |
Rainin Pipette Light XLS+ 8ch 2-20µL LTS | Anachem | L8-20XLSPLUS |
Pipette Pipet-Lite XLS 8ch 100-1200µL LTS Tip | Anachem | L8-1200XLS |
24 well V bottom deep well blocks | Porvair sciences | 360115 |
BenchMark Fluorescent Protein Standard | Life Technologies | LC5928 |
NuPAGE Novex 10% Bis-Tris Midi Protein Gels, 26 well | Life Technologies | WG1203BOX |
XCell4 SureLock Midi-Cell | Life Technologies | WR0100 |
Vibramax 100 | Heidolph | 544-21200-00 |
Tension rollers attachment | Heidolph | 549-81000-00 |
ptima L-100 Ultracentrifuge running 45-Ti rotor | Beckman Coulter | 393253 |
Optima Max-XP ultracentrifuge running TLA-55 rotor | Beckman Coulter | 393315 |
Floor standing centrifuge, Avanti J-26S XPI running JA-17 and JS-5.3 rotors | Beckman Coulter | B14535 |
Prominence UFLC with RF-20A Fluorescence detector | Shimadzu | |
Sepharose 6 10/300 GL size exclusion column | GE Healthcare | 17-5172-01 |
SSI5R-HS SHEL LAB Floor Model Shaking Incubator, 5 Cu.Ft. (144 L), 30-850 RPMs | Shel Lab | SSI5R-HS |
Innova44R incubator | New Brunswick /Eppendorf | Innova44R |
TS SERIES 0.75KW DISRUPTER 230V 50HZ 1PH (40KPSI) | Constant systems | PL083016 |
L-Rhamnose monohydrate | Sigma | 83650 |