の発現のためのHeLaベースの無細胞発現系<em>マラリア原虫</em> Rhoptryタンパク質
Summary
セルベースのシステムにおけるマラリアのタンパク質の発現は、依然として厳しいです。我々は、HeLa細胞からマラリアrhoptry組換えタンパク質を発現するための2つのステップと、一段階IVT（ インビトロ翻訳 ）無細胞発現系を示します。我々はrhoptryタンパク質を精製するのNi-樹脂親和性に基づく精製システムを使用しています。
Abstract
マラリアは、重要な世界的な罹患率および死亡率の原因となります。いいえルーチンワクチンは現在利用できません。ワクチンの欠如の主な理由の一つは、適切なワクチン候補を同定する課題です。マラリアタンパク質ベースの発現系が不完全にグリコシル化一般に不溶性及び免疫原性の低下につながる不適切なフォールディングを受けている原核および真核細胞を用いて発現させました。小麦胚芽、ウサギ網状赤血球溶解物および大腸菌溶解物の無細胞発現系は、現在、マラリアタンパク質の発現のために使用されます。しかし、発現時間およびタンパク質の不適切なグリコシル化の長さは、依然として課題のまま残されています。我々は、「 インビトロのヒト無細胞発現系」と呼ばれる、ヒーラ基づく無細胞発現系を用いてインビトロでマラリア原虫タンパク質の発現を示します。 2 HeLa細胞ベースの無細胞発現系では75分とtranscribの3μlの中のmRNAを転写しますED mRNAは、90分でタンパク質を翻訳するのに十分です。 1段階の発現系は、転写および翻訳結合発現系です。転写および同時翻訳が3時間で発生します。プロセスはまた、追加のエネルギーを提供することによって、6時間延長することができます。 2段階の発現系では、mRNAは、最初に転写され、次いで、タンパク質の発現のための翻訳混合物に加えました。私たちは、マラリアのタンパク質を発現する方法について説明します。疎水性PF3D7_0114100マウラーの裂 – 2貫通（PFMC-2TM）タンパク質、親水性PF3D7_0925900タンパク質およびタンパク質PF3D7_1361800を含むアルマジロリピート、HeLa細胞ベースの無細胞発現系を使用して。タンパク質は、2段と1段の発現戦略を採用したマイクロボリュームで表されています。アフィニティー精製の 方法も記載されているインビトロのヒト無細胞発現系を用いて発現されたタンパク質の25μLを精製します。タンパク質の収率は、ブラッドフォードアッセイによって決定され、発現されそして精製されたタンパク質は、ウェスタンブロット分析により確認することができます。発現された組換えタンパク質は、免疫化、免疫アッセイおよびタンパク質配列決定のために使用することができます。
Introduction
マラリア研究では、原核細胞または真核細胞に基づく系を用いて免疫原性タンパク質の発現が課題です。 マラリア原虫ゲノムの豊かさと未知の翻訳後の機構14,7 AT、抗体産生およびワクチン研究のために、適切に折り畳まれ、免疫原性タンパク質を得ることに関連する困難に貢献しています。 大腸菌などの原核生物系は、組換えタンパク質の発現のために使用されています。原核細胞系は、効果的な低コストであり、組換えタンパク質の高収量を産生します 複数のクローニングベクターを持っています。 E.ホストcoli細胞は、変換が容易であり、細胞が急速に成長します。しかしながら、原核生物のシステムは、アミノ酸置換、翻訳後修飾、封入体24内の汚染、異種の製品、および組換えタンパク質の蓄積の危険性の欠如などの限界があります。
でMehlin らの研究（2006）、1000年のオープンリーディングフレーム（ORF）を発現させました。発現されたタンパク質の約7％は、可溶性14でした。観察された不溶性は、遺伝子のバイアスされた自然と豊かなゲノム14 AT マラリア原虫によって理想的に使用されるコドンの高周波によるものです。この問題を克服するための別の戦略は、周波数3と一致する稀なコドンまたはコドンを認識するtRNAを含むプラスミドまたは宿主細胞を使用して開発されてきました。であってもこれらの最適化を行った後、タンパク質の非常に小さい部分が、可溶性の活性および免疫原性14として表されています。無細胞発現系は、リボソーム、開始因子、伸長因子（翻訳因子）、tRNAとアミノアシルtRNAシンテターゼのような転写および翻訳に必要なすべてのコンポーネントを含みます。両方の転写および翻訳反応を、一段階手順11,29に接続されています。 transcrimRNAの適切な量は、異なるチューブ11,29に翻訳機構とインキュベートする前に、ption反応管中で行われます。これらの方法は、 プラスモディウム属タンパク質の発現に成功しているが、主な欠点は、約22時間29であるタンパク質の発現のための時間の長さです。また、プロトコル29に含めるための供給の高コストでは、成分製剤中の細胞溶解物との不整合の労働集約的な調製物は、これらのシステムは実現不可能にします。無細胞発現系の開発のための研究の主な焦点は、このような急速な遺伝子改変、高濃度とまっすぐ溶解液調製1と高速利回りなどの要因に依存します。
酵母、哺乳動物細胞株、バキュロウイルス媒介発現系、 テトラヒメナthermophilia、細胞性粘菌と寄生発現システムのsuのような真核生物のシステムリーシュマニアなどのCHは、組換えタンパク質の発現7のために使用されています。真核生物系は、系統発生的関係を共有し、したがって、グリコシル化、アシル化、ジスルフィド結合形成、シャペロン相互作用、タンパク質分解および細胞下区画などの特性を共有しています。真核生物におけるタンパク質分泌イベントが蓄積するのを防止し、発現システム13のための毒性を減少させます。彼らは大規模タンパク質発現のための、高収量4を得るのに適しているとして、酵母系を使用することが好ましいです。二P.熱帯熱マラリア原虫タンパク質 PfCP-29及びPvs25は、酵母系4を用いて製造しました。しかし、ほとんどのタンパク質の合成における主要な欠点は、それらの天然の形態4からのタンパク質の不規則なN及びO-グリコシル化パターン、不適切な折りたたみと切り捨てました。
組換えタンパク質の合成のための哺乳動物細胞の使用は、労働集約的であり、それはexpenあります安定な組換え細胞株4を維持するためにSIVE。従って、哺乳動物細胞は、タンパク質のシグナル伝達、タンパク質相互作用及び寄生虫宿主相互作用の分析のために制限されており、また、DNAワクチンを試験するための4。本明細書中に記載のインビトロタンパク質発現の無細胞系におけるヒトDNAおよびmRNAは3時間でタンパク質を発現するHeLa細胞由来の哺乳動物ベースのシステムです。タンパク質を同定および精製を容易にするC末端タグを持っpT7CFE1-CHISの発現ベクターを用いて発現させました。 HeLa細胞ベースのシステムは、それによって翻訳システムの効率を向上させる、翻訳開始因子および翻訳調節が補充されます。タンパク質は、急速に、翻訳スクリーニング、確認、および様々な免疫学的および構造15の用途で使用するために処理することができます。
このような小麦胚芽とウサギ網状赤血球などの真核細胞を含まない発現系は、現在、VARの発現のために使用されていますマラリア原虫タンパク質 11,29を含むIOUの真核生物のタンパク質。さらに、E.大腸菌基づく無細胞系もまた、真核生物タンパク質の発現のために使用されている11。 表1は、システムの特徴ならびにタンパク質発現のためのシステムを使用しやすさを比較することによって、別の無細胞発現系をまとめたものです。他と比較してヒト細胞を含まない系は、ポストと共翻訳後修飾を行う能力を有し、かつ安価です。コドン最適化が可能であり、全ての反応は3時間で行うことができます。 HeLa細胞系は、実験室の設定におけるタンパク質合成のための理想的な翻訳系です。
他の無細胞系上のヒト無細胞発現系の主な利点は、異なる器官及び組織に由来するいくつかの異なる細胞株の利用可能性です。無細胞系のいくつかの種類は、細胞株に応じて設計することができます。エキス哺乳動物細胞由来の任意の他の無細胞発現系より大きなタンパク質を合成するためのより高い効率を有します。これらの無細胞発現系はまた、マイクロアレイ30として診断およびタンパク質特徴付け用途に使用することができます。人気のあるHeLa細胞株は、最も広くタンパク質33の発現を行うために使用されます。 HeLa細胞株での小胞体は、翻訳後グリコシル化修飾活性33の不在をもたらす、未発達です。 マラリア原虫はまた、グリコシル化の翻訳後修飾を欠く29しかし、このシステムは、 マラリア原虫のタンパク質合成のために有利で あると考えられます。 HeLa細胞無細胞転写翻訳プロトコルは、安価で実施が容易であり、タンパク質を精製し、さらに下流の適用の準備ができて、90分で表すことができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
インビトロのヒト細胞の無料発現系および精製を2段階を使用して、タンパク質の発現の成功のための重要なステップは次のとおりです。1）増幅の成功とpT7CFE·チスのプラスミドベクターへの遺伝子のクローニング; 2）30°CのでRNAを転写。 RNA分解酵素阻害剤の存在下で30℃でのタンパク質の3）翻訳; 4）ポリクローナル抗体およびモノクローナル抗体を用いたウエスタンブロットで分析?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by Cleveland State University Faculty Development Funds.
Materials
| Two-step in vitro human cell free expression system | Thermo fischer | 88856 | Discontinued. Always store at -80oC. Do not thaw in warm water |
| One-step in vitro coupled translation system | Thermo fischer | 88860 | Always store at -80oC. Do not thaw in warm water |
| ProBond Purification system | Invitrogen | K850-01 | Store at room temperature |
| Probond Nickel-Chelating Resin | Invitrogen | R801-01 | Store at 4oC. |
| A+ Human Blood | Interstate Blood Bank | Store at 4oC. |
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