Herstellung von humanen Noroviren hervorstehendem Domains in<em> E. coli</em> Für Röntgenkristallographie
Summary
Hier beschreiben wir eine Methode zum Ausdruck bringen und eine hohe Qualität Norovirus vorstehende (P) Domänen in E. reinigen coli für die Verwendung in der Röntgenkristallographie Studien. Dieses Verfahren kann auf andere Calicivirus P Domänen angewendet werden, sowie Nicht-Strukturproteine, dh., Virales Protein – Genom-linked (VPg), Protease und RNA – abhängige RNA – Polymerase (RdRp).
Abstract
Die Norovirus-Kapsid eines einzigen großen strukturellen Protein zusammengesetzt ist, bezeichnet VP1. VP1 in eine Schale (S) -Bereich und einem vorstehenden (P) Domäne unterteilt. Die S-Domäne bildet eine zusammenhängende Gerüst um die virale RNA, während die P-Domäne Formen viraler Spitzen auf der S-Domäne enthält und Determinanten für die Antigenität und Host-Zell-Interaktionen. Die P – Domäne bindet Kohlenhydratstrukturen, dh., Histo-Blutgruppenantigene, die für Norovirus – Infektionen wichtig sind gedacht zu sein. In diesem Protokoll beschreiben wir eine Methode für hochwertige Norovirus P-Domänen in hohen Ausbeuten herzustellen. Diese Proteine können dann für die Röntgenkristallographie und ELISA verwendet werden, um die Antigenität und Host-Zell-Interaktionen zu studieren.
Die P-Domäne wird zuerst in einen Expressionsvektor kloniert und exprimiert dann in Bakterien. Das Protein wird gereinigt drei Schritte ausführen, die Metall-Ionen-Affinitätschromatographie und Grßenausschlußchromatographie immobilisiert beinhalten. ImGrundsätzlich ist es möglich, zu klonen, Express, zu reinigen und zu kristallisieren Proteine in weniger als vier Wochen, die in diesem Protokoll zur Analyse von neu entstehenden Norovirus-Stämme ein schnelles System macht.
Introduction
Menschliche Noroviren sind die Hauptursache der akuten Gastroenteritis weltweit 1. Diese Viren gehören zur Familie der Caliciviridae, von denen es mindestens fünf Gattungen, einschließlich Norovirus, Sapovirus, Lagovirus, Vesivirus und Nebovirus. Trotz ihrer hohen Einfluss auf das Gesundheitssystem und die weite Verbreitung, die Untersuchung der menschlichen noroviruses wird durch das Fehlen eines stabilen Zellkultursystem behindert. Bis heute gibt es keine zugelassenen Impfstoffe oder antivirale Strategien zur Verfügung.
Das Norovirus Hauptkapsidprotein, genannt VP1, kann in eine Schale (S) -Bereich und einem vorstehenden (P) Domäne 2 geteilt werden. Die P-Domäne wird durch ein flexibles Scharnier (H) Region der S-Domäne verbunden. Die S-Domäne bildet ein Gerüst, um die Virus-RNA, während die P-Domäne den äussersten Teil des viralen Capsid bildet. Die P-Domäne versammelt in biologisch relevanten Dimere, wenn sie in Bakterien exprimiert. Die P dimer mit Kohlenhydratstrukturen in Wechselwirkung tritt, bezeichnet als histo-Blutgruppenantigene (HBGAs) , die als lösliche Antigene im Speichel vorhanden sind und auf bestimmte Wirtszellen 3 gefunden. Die P domain-HBGA Interaktion wird gedacht für Infektions 4 wichtig. Tatsächlich ergab eine kürzlich veröffentlichten Bericht die Bedeutung von synthetischen HBGAs oder Bakterien , die für die menschliche Norovirus – Infektion in vitro 5 HBGA-Ausdruck zu bringen.
Aktuelle Studien der Wirtszelle Befestigung noroviruses Bezug hauptsächlich mit virusähnlichen Partikeln (VLPs) durchgeführt , die in Insektenzellen oder die mit rekombinanten P Domänen exprimiert in Escherichia coli (E. coli) exprimiert werden kann. Um zu verstehen, können die P-Domäne-HBGA Wechselwirkungen auf atomarer Ebene, P Domain-HBGA komplexe Strukturen werden Röntgenkristallographie gelöst werden. Hier beschreiben wir ein Protokoll für die P-Domäne Expression und Reinigung, die für Röntgen Crystall verwendet Produktion von P-Domäne in hoher Quantität und Qualität werden könnengraphie. Außerdem kann dieses Verfahren für andere Calicivirus P-Domänen und nicht-strukturelle Proteine angewendet werden.
Die P – Domäne wird Codon-optimiert für E. coli – Expression und in einem Standard – Transfer – Vektor geklont. Die P-Domäne wird dann in einen Expressionsvektor re-kloniert, das einen Polyhistidin (His) Markierung und ein Mannose-bindendes Protein (MBP), die durch eine Protease-Spaltstelle gefolgt werden codiert. Das MBP-His-P – Domäne – Fusionsprotein wird in E. ausgedrückt coli, durch drei Reinigungsschritten gefolgt. Das MBP-His-P-Domäne-Fusionsprotein wird unter Verwendung von immobilisierten Metallionen-Affinitätschromatographie (IMAC). Als nächstes wird das Fusionsprotein mit humanem Rhinovirus (HRV) -3C Protease gespalten und die P-Domäne von MBP-His durch eine zusätzliche IMAC-Reinigungsschritt abgetrennt wird. Schließlich wird die P-Domäne unter Verwendung von Größenausschlusschromatographie (SEC) gereinigt. Das gereinigte P-Domäne können dann für die Röntgenkristallographie verwendet werden. Screening von Proteinkristallisationsbedingungen ist perfoRMED mit im Handel erhältlichen Screening-Kits unterschiedliche P Domäne Proteinkonzentrationen verwendet wird. Kristallwachstum beobachtet und die vielversprechendste Bedingungen optimiert sind.
Mit den hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, vom Gen zum Protein zu gehen innerhalb von weniger als vier Wochen zu strukturieren. Deshalb ist unsere Methode der P Domain Expression, Reinigung und Kristallisation eignet Norovirus-Wirt-Interaktion auf molekularer Ebene zu untersuchen und wichtige Daten liefern zu unterstützen, up-to-date Impfstoff-Design und Wirkstoff-Screening.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Expression und Reinigung von Norovirus P-Domänen in hoher Qualität und Quantität. Noroviren sind nicht gut untersucht und Strukturdaten werden kontinuierlich benötigt. Unseres Wissens P Domain Produktion mit anderen Protokollen (zB GST-tagged P – Domänen) war problematisch, so weit, und eine ausreichende strukturelle Daten auf Norovirus-Wirt – Interaktion gefehlt haben. Mit dem hier beschriebenen Verfahren haben wir in letzter Zeit wesentlich zum Verständnis der…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The funding for this study was provided by the CHS foundation. We acknowledge the protein crystallization platform within the excellence cluster CellNetworks of the University of Heidelberg for crystal screening and the European Synchrotron Radiation Facility for provision of synchrotron radiation facilities.
Materials
| P domain DNA | Life Technologies | GeneArt Gene Synthesis | |
| pMalc2x vector | On request | ||
| BamHI | New England Biolabs | R0136L | |
| NotI | New England Biolabs | R0189L | |
| T4 DNA Ligase | New England Biolabs | M0202S | |
| QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | |
| S.O.C. Medium | Life Technologies | 15544-034 | |
| Econo-Column Chromatography Column | Bio-Rad | 7372512 | 2.5 cm x 10 cm, possible to use other size |
| Ni-NTA Agarose | Qiagen | 30210 | |
| Vivaspin 20 | GE Healthcare | various | cutoff of 10 kDa, 30 kDa and 50 kDa used |
| Subcloning Efficiency DH5α Competent Cells | Life Technologies | 18265-017 | |
| One Shot BL21(DE3) Chemically Competent E. coli | Life Technologies | C6000-03 | |
| HRV 3C Protease | Merck Millipore | 71493 | |
| HiLoad 26/600 Superdex 75 PG | GE Healthcare | 28-9893-34 | SEC column |
| JCSG Core suites | Qiagen | various | 4 screens with each 96 wells |
| Carbohydrates | Dextra Laboratories, UK | various | Blood group products |
Referenzen
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