적정 수용 체 Ligand 상호 작용의 분리 상수를 결정 하는 방법으로 ELISA

Summary

자세한 프로토콜 ELISA 적정 수행을 설명 합니다. 또한, 새로운 알고리즘 적정 ELISAs를 평가 하 고 결정 플레이트 움직일 수용 체 성 ligand의 바인딩의 분리 상수를 제공 됩니다.

Abstract

분리 상수 바인딩 평형에 두 업체 간의 상호 작용을 설명 하 고 그들의 선호도의 측정 이다. 그것을 비교할 다른 ligands, 예를 들면, 경쟁 저 해제, 단백질 isoforms 및 돌연변이, 바인딩 파트너에 게 그들의 바인딩 강도 대 한 중요 한 매개 변수입니다. 분리 상수 플로팅 바인딩 곡선으로 바인딩된 대 무료 ligand의 농도 의해 결정 됩니다. 반면, 적정 곡선, 바인딩된 ligand의 농도에 비례 하는 신호 추가 ligand의 총 농도 대 한 플롯은 훨씬 쉽게 기록할 수 있습니다. 시선 및 효소 연결 된 immunosorbent 분석 결과 (ELISA)에 의해 신호를 감지할 수 있습니다. 이것은 뱀 독에서 파생 된 rhodocetin α2β1 integrin의 고정된 대상 도메인에 바인딩을 측정 ELISA 적정에 대 한 프로토콜에서 궁 행. 적정 ELISAs 다목적 널리 사용 됩니다. 두 단백질은, 순수 하 고 그들의 농도 알려진 고정된 수용 체와 녹는 ligand 상호 작용 단백질의 어떤 쌍 든 지를 사용할 수 있습니다. 지금까지 어려움은 적정 곡선에서 분리 상수 결정 되었습니다. 이 연구에서는 적정 곡선을 기본 수학 함수 소개 된다. 채도 수확량의 어떤 오류가 그래픽 평가 없이이 알고리즘 아닌-선형 회귀를 통해 수학 평가 의해 직접 원시 데이터 (추가 ligand의 다른 농도에서 농도 신호)의 처리를 허용 한다. 따라서, 여러 적정 곡선을 동시에 기록 하 고 분리 상수 및 바인딩-활성화 수용 체의 농도 그들의 사이에서 특성 매개 변수 집합으로 변형 수 그리고 그들은 통계적으로 평가 될 수 있다. 이 알고리즘와 결합 하면, 적정 ELISAs 분리 상수를 직접 제시의 이점을 얻을. 따라서, 그들은 미래에 보다 효율적으로 사용할 수 있습니다.

Introduction

분리 상수 K는 그것의 ligand (L)에 대 한 수용 체 (R)의 선호도 설명 하는 핵심 매개 변수입니다. 대량 작업의 법칙에 따라, K는 수용 체 ligand 복잡 한 RL R 수용 체와 리간드 l: 분리 평형에 대 한 정의

            공식 1

수용 체와 ligand의 무료/언바운드 상태를 나타내는는 인덱스 f 와. RL, 수용 체 ligand 복합물의 농도 수용 체 바인딩 ligand Lb의 농도. 수용 체 Rt 의 총 농도 무료 수용 체 Rf 와 수용 체 ligand 바인딩 Rb 의 합 = Lb, 분리 상수 또한 쓸 수:

        공식 2

따라서, 채도 항복 Y, 바인딩된 리간드 Lb 수용 체 Rt의 총 농도의 관계의 일부분으로 정의

        식 3

무료 리간드 Lf의 농도에 따라 다릅니다.

        방정식 4

이 쌍곡선 관계 수용 체 ligand 상호 작용의 바인딩 곡선을 설명 하 고의 음모 무료 리간드 Lf의 농도의 기능으로 바인딩된 리간드 Lb 의 농도 보여 줍니다. 바인딩 곡선에서 분리 상수 K 반 최대한 채도 항복 무료 ligand의 농도 파생 될 수 있습니다. 또한, 다른 알고리즘을 바인딩 커브를 선형화 설립 되었습니다, Klotz^1,2또는 Scatchard 또는 헤 인 즈 (Bisswanger³검토) 변환에 의해 더블-상호 음모 등. 그러나, 모든 알고리즘 asymptotically 무료 ligand 바인딩 곡선에서의 높은 농도에서 접근 된다, 채도 수율의 최대값 그래픽 사전 평가에서 추정 될 수 있다 며 따라서 문제에서 고통 오류 발생.

또한, 바인딩 곡선의 결정 바인딩 평형 동안 자유롭고 바인딩 ligand의 정량화를 해야합니다. 이 위해 무료 ligand 수용 체 바인딩 ligand에서 분리 하 여 정량 있다. 따라서, ligand와 수용 체는 단백질 수용 체는 반대로 비 단백질 ligand 등 그들의 속성에 다 해야 합니다. 두 바인딩 파트너 단백질 인 경우에, 그들은 그들의 크기, 비용, 또는 다른 분자 기능에서 구별할 수 있다. 그럼에도 불구 하 고, 소규모 바인딩 접근에 있는 ligand 농도의 정량화 어려운 작업입니다. ligand의 방사성 라벨 자주 되었습니다 바운드 ligand의 낮은 농도 검출 하는 데 필요한 특히 수용 체의 상당한 양의 없는 경우 사용할 수 또는 저렴 한. 또한, 수용 체 바인딩 ligand 무시할 수 비 방식에서 중과 격리 후 분리 수 있습니다. 따라서, 평형 젤 여과⁴,⁵, 모 세관 전기 이동 법 및 펄스 베이스⁶, 같은 복잡 한 방법을 수용 체 바인딩 ligand를 계량 하 고 무료 ligand에서 그것을 분리 하는 데 필요한 있습니다.

이러한 바인딩 분석 실험, 달리 적정 실험에서는 바운드 및 무료 ligand의 정량적 분리가 필요 하지 않습니다. 이 위해, 일정 농도에서 수용 체 추가 ligand의 다른 농도와 적정 이다. 수용 체에 바인딩하여 바인딩된 ligand는 무료 ligand에서 그것을 구별 하 고, 예를 들어, 광도, fluorometry, 또는 항 체 검출에 의해 측정 되는 생물 속성이 있습니다. 따라서, S, 채도에 비례 하는 신호 Y를 항복 하 고 따라서 또한 수용 체 바인딩 ligand (Lb)의 농도를 감지 추가 ligand (Lt)의 총 농도의 기능으로. 매개 변수, 신호 S 및 추가 ligand의 총 농도 바운드 및 무료 ligand의 농도 보다 직접적이 고 쉽게 방식으로 측정할. 특히, 효소 연결 된 immunosorbent 분석 결과 (ELISA)에 의해 수용 체 바인딩 ligand 감지 다 잘 결정 접시에 100 µ L 아래에 샘플 볼륨의 감소 뿐만 아니라 여러 ligand 농도의 병렬 측정 허용. ELISA 적정에서 수용 체 물리적으로 동일한 농도에서 결정 플레이트에 흡착 이며 수용 성 리간드로 적정. 수용 체는 움직일 수 플라스틱 표면에 본질적으로 소수 성 흡착에 의해. Langmuir´s 흡착 등온선⁷에 따라 가능성이 비선형 관계에 수용 체의 코팅 농도와 고정된 수용 체 상호의 표면 농도. 흡착된 수용 체 분자의 전체 숫자 이외에 그들의 활동 상태가 적정 분석에 대 한 또 다른 중요 한 매개 변수입니다. 만 움직일 수 수용 체 ligand 바인딩 활동 유지, 적정 분석 결과 대 한 관련 되 고 결국 직접 확인할 수 없는 적정 분석 결과의 활성 수용 체 Rt 의 총 농도에 기여.

플라스틱 표면에 고정된 수용 체에 포함 되지 않습니다이 사이트는 ligand 같은 다른 단백질을 흡착 하는 경향이 있다. 같은 플라스틱 표면 사이트 리간드의 물리적 흡착 수용 체 바인딩 ligand로 유사한 신호에서 아직 일반적인 방식으로 발생 합니다. 이 일반적인 신호는 단백질으로 코팅 하지 아직 소 혈 청 알 부 민 (BSA)와 차단 될 것입니다 결정 접시의 플라스틱 표면 사이트를 줄이기 위해. 그러나, 일부 수용 체 ligand 적정 분석에 대 한 일반적인 배경 신호를 관찰할 수 있습니다. 그런 다음, 다른 차단 에이전트 0.04% 또는 0.2% 젤라틴의 솔루션 등 트윈 20는 것이 좋습니다.

수용 체에 바인딩을, 후 무료 ligand 두 세척 단계에 의해 제거 됩니다. 바운드 ligand 수용 체, 결정 잘의 플라스틱 표면에 움직일 이며 선택적으로 화학 기정에 의해 강화 된 남아 있습니다. 후속 공유 교차 결합의 바인딩된 ligand와도 함께 고정된 수용 체에 대 한 버퍼 물질 트리 ligand 바인딩에 어떤 변화 없이 HEPES에 대 한 대체 됩니다. HEPES, 트리 스, 달리도 비활성화 하지 않습니다. 도와 공유 교차 결합 그것의 수용 체 바인딩된 ligand 해결 이후 세척 및 인큐베이션 단계 동안 그것의 분리를 방지 한다. 따라서, 수용 체 ligand 상호 작용 화학적으로 고정 하 고 영장 적정 곡선을 세척 및 외피의 후속 단계에 의해 영향을 받지 않습니다. 그러나, 글 고정은 ligand와 같은 방식으로 그들의 상호 작용의 감소 또는 폐지는 수용 체에 화학적으로 수정할 수 있습니다. 또한,는 리간드 내에서 epitopes의 단일 클론 항 체 바인딩된 ligand 척도를 사용 하는 경우에 특히 탐지 항 체 바인딩 선호도 변경할 수 있습니다. 비록 어느 쪽도 정착의 이러한 부작용의 발생이 적정 ELISA에서에서,도로 시험의 감도 적정 실험 전에 모든 수용 체 ligand 상호 작용에 대 한 테스트 되어야 한다. 고정, 후 초과 트리 스 포함 된 버퍼와 3 개의 세척 단계에서 제거 됩니다. 트리 스 nonspecifically 후속 단계에서 항 체를 검출 반응 수 있는 나머지 알데하이드 그룹은.

바인딩된 ligand의 양 광도 ELISA 신호 미를 제공 하는 효소 연결 된 항 체와 계량 이 추가 총 ligand 농도 Lt 대 플롯은 각 잘 하. 쉽게 인수에 불구 하 고 적정 곡선 쌍곡선 함수 바인딩 곡선 달리 아니다. 또한, 그것 되었습니다 분명 적정 곡선에서 분리 상수 K를 계산 하는 방법. 시선 인수 적정 곡선을 선형화 하는 알고리즘을 독립적으로 보고 되었습니다 하지 Stockell⁸ 및⁹에 있는 Heyn와 Weischet 의해, 하지만 그들은 최대 신호 추정의 불확실성으로 인해 미흡 값은 채도 수익률 추가 ligand의 높은 농도에 접근 한다.

여기, ELISA 적정 및 비 선형 회귀 알고리즘 기술 적정 곡선에서 수용 체 ligand 상호 작용에 대 한 분리 상수 K를 파생 된다. 이 프로토콜은 뱀 독 파생 억제제와 integrin α2β1의 콜라겐 바인딩 A 도메인의 상호 작용에 대 한 궁 행. Integrins는 세포 접착 분자, 주변 기질 또는 기본 지하실 멤브레인^10,11셀의 앵커리지 중재. 또한, integrins 모집 추가 신호 분자 및 새로운 휴대 organelles, 세포-매트릭스 상호 작용^12,13, 에 adhesomes를 형성 하 여 세포와 세포 외 매트릭스 사이 중요 한 신호 전달 ¹⁴. 콜라겐, α2β1 integrin의 ligand의 가장 풍부한 단백질 이며 결합 조직¹⁵의 중요 한 비 계 구성 요소. Α2β1 integrin과 콜라겐 사이 상호 작용은 integrin α2 소 단위의 A 도메인에 의해 중재 됩니다. Integrin α2A-도메인 포함 divalent 양이온, 콜라겐 바인딩 필요 하 고 그것의 구조를 안정화 합니다. 야생-타입 폼으로 있는 것과 같은 표면 노출 찌 꺼 기 Y216는 글리신에 대 한 대체 했다 α2A 도메인의 돌연변이 세균 식 시스템에서 recombinantly 생산를 수 통해 그들의 올리고-그의-태그는 NiNTA와 절연 TRIS 버퍼 염 분 (TBS, 50 m m TRIS/HCl, pH 7.4, 150 mM NaCl) 포함 2 m MgCl₂m¹⁶에 대 한 후속 투와 superflow 열. 그들의 농도 bicinchoninic 산 분석 결과 (BCA)로 결정 했다 그리고 그들의 순도 기존의 SDS 페이지 테스트 Coomassie 화려한 블루 R250 스테인드.

Α2β1 integrin과 콜라겐 사이 상호 작용은 뱀 독 구성 요소, 말레이 모사 (Calloselasma rhodostoma)^16,17에서 rhodocetin의 바인딩에 의해 차단 됩니다. 이 적정 ELISA에에서 수용 성 리간드로 사용, rhodocetin 원유에서 정제는 앞에서 설명한¹⁶독. HEPES 버퍼링 염 분 (HBS; 10 mM HEPES/NaOH, pH 7.4, 150 mM NaCl)에 용 해 하 고-20 ° c.에 냉동 저장 그것의 농도 BCA에 의해 결정 되었다 고 그 순도 SDS 페이지에 의해 입증 되었다. 길 항 제로 rhodocetin 뿐만 아니라 콜라겐은 integrin에 바인딩 차단 α2β1 A-도메인, 하지만 또한 그로 인하여 어떤 세포 또는 혈소판¹⁸로 콜라겐에서 신호 방지 integrin의 비활성 형태를 안정 시킨다. 그것은 그것의 수용 체 표적으로 rhodocetin의 분리 상수를 결정 하 고 따라서 그것의 분자 메커니즘 및 제약 잠재적인 예를 들어, 지원을 에이전트로 해명에 생물 의학 중요성의. 이 위해, 그것의 평가 포함 하 여 설명 하는 ELISA 적정을 1:1 상호 작용 산출할와 거의 모든 수용 체 ligand 상호 작용에 적용 됩니다.

Protocol

1. 재고 솔루션 10 x TBS의 100 mL pH 7.4 솔루션을 준비 하려면 분해 트리 스와 이온을 제거 된 물 90 mL에 NaCl의 8.77 g 6.06 g, 7.4 37 %HCl 솔루션에 pH를 조정, 볼륨 100 mL을 이온을 제거 된 물,를 필터링 솔루션. 1의 100 mL를 준비 하 M HEPES/NaOH, pH 7.4 솔루션 23.83 g HEPES의 이온을 제거 된 물 90 mL에 녹, 1.5 M NaOH와 7.4 pH 조정, 볼륨 100 mL을 이온된 수로를 필터링 솔루션. 5 M NaCl 용액 100 mL를 준비 하…

Representative Results

후에 ELISA 개발 되었습니다, 변환 된 알칼리 성 인산 가수분해 효소 기질, 파라-nitrophenolate의 노란 색, 바인딩된 rhodocetin ligand의 금액에서 추가 된 rhodocetin의 농도 감소와 감소 열 1 ~ 11 (그림 1). 무색 열 12에에서 rhodocetin 무료 우물 우물 낮은 배경 신호를 표시합니다. 405에서 광도 정량화 nm 제공 분석 …

Discussion

ELISA 적정 수용 체 ligand 상호 작용의 분리를 결정 하는 다양 한 테스트 시스템입니다. 적정으로 ELISA circumvents 자유롭고 바운드 ligands를 효과적으로 분리 하 고 양적, 그들의 농도 분석을 실질적으로 더 많은 연구 필요성 및 간행물 바인딩 곡선을 기록 하는 대신 적정 ELISAs 고용 . 또한, 적정 ELISAs 수행 수용 체 그리고 ligand의 합리적으로 낮은 금액을 필요로 하는. 분리 상수의 정확한 분석에 대 한 수?…

Materials

TRIS	neoFrox	1125KG001
HEPES	Sigma-Aldrich	H4034
NaCl	Applichem	1,316,591,214
MgCl2	Merck	172571
integrin a2A, wild-type and mutant, recombinant		isolated in author's lab
NiNTA superflow column	Qiagen, Germany	30821
Coomassie-Brilliant Blue R250	Serva	35050
bicinchoninic acid assay (BCA), protein concentration determination kit	Fisher Scientific	23225
bovine serum albumine (BSA), fraction V	Applichem	A1391
25 % solution of glutaraldehyde	Merck	354400
anti-rabbit immunglobulin-antibodies from goat, conjugated with alkaline phosphatase	Sigma-Aldrich	A9919
Glycine	Applichem	A1377
Zn(II)-acetate	Applichem	A4324
NaOH	Applichem	A1551
Alkaline phosphatase substrate tablet (5 mg)	Sigma-Aldrich	S0942
Costar half-area microtiter plate	Thermo Scientific	Corning 3690
micro reaction tubes	Eppendorf	30120086
Microplate ELISA reader	BioTek	Synergy HT