Summary

Efficiente e anticorpi etichettatura per cicloaddizione azide-alchino Strain-promosso site-specific

Published: December 23, 2016
doi:

Summary

Here, we present a protocol to site-specifically introduce chemical probes into an antibody fragment by genetically incorporating an azide-containing amino acid, and subsequently coupling the azide with a chemical probe by strain-promoted azide-alkyne cycloaddition (SPAAC).

Abstract

Ci sono attualmente molti strumenti chimici a disposizione per introdurre sonde chimiche in proteine ​​per studiare la loro struttura e funzione. Un metodo utile è la coniugazione di proteine ​​geneticamente introducendo un amminoacido non naturale contenente un gruppo funzionale bioorthogonal. Questo rapporto descrive un protocollo dettagliato per site-specific anticorpi coniugazione. Il protocollo comprende dettagli sperimentali per la costituzione genetica di un aminoacido azide contenenti, e la reazione di coniugazione per cicloaddizione azide-alchino strain-promosso (SPAAC). Questa reazione strain-promosso procede per semplice miscelazione delle molecole reagenti a pH fisiologico e temperatura, e non richiede reagenti aggiuntivi come rame (I) ioni e leganti rame-chelanti. Pertanto, questo metodo sarebbe utile per la coniugazione di proteine ​​generale e sviluppo di anticorpi coniugati farmaco (ADC).

Introduction

Dal momento che la costituzione genetica di p -methoxyphenylalanine in Escherichia coli è stato segnalato, 1 più di 100 amminoacidi non naturali (UAAs) sono stati inseriti con successo in varie proteine. 1-3 Tra questi UAAs, gli aminoacidi contenenti gruppi funzionali bioorthogonal sono stati ampiamente studiati e rappresentano la percentuale più elevata. I gruppi funzionali bioorthogonal utilizzati nei UAAs includono chetone, 4 azide, 5 alchino, 6 cyclooctyne, 7 tetrazina, 8 α, β-insaturo ammide, 9 norbonene, 10 transcyclooctene, 11 e biciclo [6.1.0] -nonyne. 11 Sebbene ogni gruppo funzionale ha i suoi vantaggi e svantaggi, gli amminoacidi azide contenenti più sono stati ampiamente utilizzati per la coniugazione di proteine. p -Azidophenylalanine (AF), uno degli amminoacidi azido-contenente, è prontamente disponibile, e la sua incorporazione efficiency è eccellente. proteine ​​mutanti contenenti questo aminoacido può essere fatto reagire con alchini di cicloaddizione di rame-catalizzata o con cyclooctynes ​​di SPAAC. 12-20

Recentemente, biofarmaceutici hanno attratto grande attenzione nel settore farmaceutico. Il coniugato anticorpo-farmaco (ADC) è una classe di anticorpi terapeutici che sono vantaggiosi per la loro capacità di terapia mirata per il trattamento dei tumori umani 21 e altre malattie. Più di 50 ADC sono attualmente in sperimentazione clinica, e il numero è in rapido aumento. Nello sviluppo di ADC, molti fattori devono essere considerati per massimizzare l'efficacia e minimizzare gli effetti collaterali. Tra questi fattori, una reazione di coniugazione efficiente e sito-specifica per formare un legame covalente tra un anticorpo ed un farmaco è critica. L'efficienza desiderata e specificità nella reazione di coniugazione può essere ottenuto mediante coniugazione con un gruppo funzionale in un bioorthogonalamminoacido non naturale che è specificamente incorporata in un anticorpo. 22-26 Qui, si segnala un protocollo al sito-specifico incorporano AF in un frammento di anticorpo e coniugare il frammento di anticorpo mutante con una sonda biochimico.

Protocol

1. Costruzione plasmide Costruire un plasmide di espressione (pBAD-HerFab-L177TAG) che esprimesse il gene bersaglio degli anticorpi (pBAD-HerFab-WT) con il suo 6 -tag, e sostituire il codone per la leucina-177 con il codone ambra (TAG) 27, utilizzando convenzionale tecnica di mutagenesi sito-diretta. Vedere la Tabella dei Materiali. Costruire un altro plasmide di espressione (pEVOL-AFRS) contenente i geni per il tRNA evoluta Tyr e-tRNA sinteta…

Representative Results

In questo studio, un frammento di anticorpo era sito-specifico coniugato con un fluorocromo incorporando un aminoacido azide contenente nel frammento e reagire il frammento di anticorpo mutante con un cyclooctyne teso (Figura 1). HerFab è stato selezionato come il frammento di anticorpo di destinazione in cui AF è stato accolto come un aminoacido azide contenenti. Per scegliere il residuo in HerFab per la sostituzione con AF, la struttura cristallina ai raggi X d…

Discussion

L'incorporazione genetica di aminoacidi non naturali in proteine ​​ha diversi vantaggi rispetto ad altri metodi utilizzati per la modifica della proteina. 1-3 Uno dei vantaggi importanti è la sua applicabilità generale a qualsiasi tipo di proteina. In linea di principio, non vi è alcuna limitazione nella scelta di una proteina bersaglio e un sito target della proteina. Tuttavia, la sostituzione di un residuo strutturalmente o funzionalmente importante con SAU può comportare alterando la struttura …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Materials

1. plasmid Construction
plasmid pBAD_HerFab_L177TAG optionally contain the amber stop codon(TAG) at a desired position. Ko, W. et al. Efficient and Site-Specific Antibody Labeling by Strain-promoted Azide-Alkyne Cycloaddition. BKCS. 36 (9), 2352-2354, doi: 10.1002/bkcs.10423, (2015)
plasmid pEvol-AFRS Young, T. S., Ahmad, I., Yin, J. A., and Schultz, P. G. An enhanced system for unnatural amino acid mutagenesis in E. coli. J. Mol. Biol. 395 (2), 361-374, doi: 10.1016/j.jmb.2009.10.030, (2010)
DH10B Invitrogen C6400-03 Expression Host
Plasmid Mini-prep kit Nucleogen 5112 200/pack
Agarose Intron biotechnology 32034 500g
Ethidium bromide Alfa Aesar L07482 1g
LB Broth BD Difco 244620 500g
2. Culture preparation
2.1) Electroporation
Micro pulser  BIO-RAD 165-2100
Micro pulser cuvette BIO-RAD 165-2089 0.1cm electrode gap, pkg. of 50
Ampicillin Sodium Wako 018-10372 25g
Chloramphenicol Alfa Aesar B20841 25g
Agar SAMCHUN 214230 500g
SOC medium Sigma S1797 100ML
3. Expression and purification of HerFab-L177AF
3.1 Expression of Herfab-L177AF
p-azido-L-phenylalanine (AF) Bachem F-3075.0001 1g
L(+)-Arabinose, 99% Acros 104981000 100g
Hydrochloric acid, 35~37% SAMCHUN H0256 500ml
3.2 Cell lysis
Tris(hydroxymethyl)aminomethane, 99% SAMCHUN T1351 500g
EDTA disodium salt dihydrate, 99.5% SAMCHUN E0064 1kg
Sucrose Sigma S9378 500g
Lysozyme Siyaku 126-0671 1g
3.3 Ni-NTA Affinity Chromatography
Ni-NTA resin QIAGEN 30210 25ml
Polypropylene column QIAGEN 34924 50/pack, 1ml capacity
Imidazole, 99% SAMCHUN I0578 1kg
Sodium phosphate monobasic, 98% SAMCHUN S0919 1kg
Sodium Chloride, 99% SAMCHUN S2907 1kg
4. Conjugation of Purified HerFab-L177AF with Alkyne Probes Using Strain-Promoted Azide-Alkyne Cycloaddition (SPAAC) 
Cy5.5-ADIBO  FutureChem FC-6119 1mg
5. Purification of Labeled HerFab
Amicon Ultra 0.5 mL Centrifugal Filters MILLIPORE UFC500396 96/pack, 500ul capacity
6. SDS-PAGE Analysis of Labeled HerFab and Fluorescent Gel Scanning
1,4-Dithio-DL-threitol, DTT, 99.5 % Sigma 10708984001 10g
NuPAGE LDS Sample Buffer, 4X Thermofisher NP0007 10ml
MES running buffer Thermofisher NP0002 500ml
Nupage Novex 4-12% SDS PAGE gels Thermofisher NO0321 12well
Coomassie Brilliant Blue R-250 Wako 031-17922 25g
Typhoon 9210 variable mode imager Amersham Biosciences

References

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Kim, S., Ko, W., Park, H., Lee, H. S. Efficient and Site-specific Antibody Labeling by Strain-promoted Azide-alkyne Cycloaddition. J. Vis. Exp. (118), e54922, doi:10.3791/54922 (2016).

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