단백질 분석을위한 지속적인 인식 패턴을 생성하는 전자 혀
Summary
A novel approach is described for construction of electronic tongue (eT), which greatly simplifies the design and production of sensing materials, and allows the eT to generate continuous evolution profiles and landscapes for samples in liquid. The obtained eT is efficient for common protein analysis such as discrimination.
Abstract
In current protocol, a combinatorial approach has been developed to simplify the design and production of sensing materials for the construction of electronic tongues (eT) for protein analysis. By mixing a small number of simple and easily accessible molecules with different physicochemical properties, used as building blocks (BBs), in varying and controlled proportions and allowing the mixtures to self-assemble on the gold surface of a prism, an array of combinatorial surfaces featuring appropriate properties for protein sensing was created. In this way, a great number of cross-reactive receptors can be rapidly and efficiently obtained. By combining such an array of combinatorial cross-reactive receptors (CoCRRs) with an optical detection system such as surface plasmon resonance imaging (SPRi), the obtained eT can monitor the binding events in real-time and generate continuous recognition patterns including 2D continuous evolution profile (CEP) and 3D continuous evolution landscape (CEL) for samples in liquid. Such an eT system is efficient for discrimination of common purified proteins.
Introduction
정확하고 빠른 단백질 감지 방법은 의료 진단 및 단백질 체학 (proteomics)에서 매우 중요합니다. 이러한 바이오칩 클래식 단백질 검출 배열은 "자물쇠 및 열쇠"인식의 원리에 기초하고 앱 타머, 항체 또는 모방 체 등의 특정 수용체를 필요로한다.
최근 몇 년 동안, 인간의 후각 및 맛보기에 의해 영감을 차동 감지 대안 1로 떠오르고있다. 이 전자 코 / 혀 (EN / ET) 접근법은 표적 분자에 매우 특정 또는 선택적으로 필요하지 않은 교차 반응성 수용체 (CRRs)의 배열 분석 물질의 결합 미분에 기초하므로 번잡을 극복하도록 매우 선택적 수용체의 개발 방법. 그것은 그것의 식별을 가능하게 지문처럼 각각의 샘플에 대한 고유 한 패턴을 만들어 모든 수용체의 결합 반응이다.
ELEC의 개발이 핵심 과제효과적인 단백질 검출 용 트로닉 코 / 혀는 구조적으로 유사한 분석 및 바인딩 이벤트에 적합한 전달 시스템을 구별 할 수있는 능력을 가지고 촬상 소자의 제조이다. 지금까지 연구는 어레이 개발이에 다양한 접근 방법이 신고되었습니다. 한 연구에서, 예를 들어 단백질의 스토리지 기반 식별은 다양한 아미노산 또는 단백질에 대한 별개의 청구 둘레 대한 친 화성, 소수성 코어를 갖는 차동 수용체를 제공하는 디 펩티드에 카르복실기를 결합하여 테트라 carboxyphenylporphyrin 유도체로부터 제조 CRRs를 사용하여 개발되었다 부여 차동 결합. 이 시스템을 사용하면, 다른 단백질과 단백질 혼합물은 분석 물질과의 상호 작용에 따라 3,4 수용체 형광 소광을 측정함으로써 확인되었다. 또 다른 연구에서, hexasubsti에 조합 방식으로 합성 트리 펩티드 및 보론 산 잔기를 함유하는 29 CRRs의 라이브러리환 된 벤젠 비계 표시 – 흡수 비색 검출 5,6로 단백질을 감지하기 위해 개발되었다. 같은 디자인으로, 각각의 수용체는 당 단백질에서 단백질의 차별화에 도움 펩타이드 팔에 분산에 따라 단백질, 및 붕산과 차동 결합 능력을 보여 주었다. 최근 음이온 형광 고분자 폴리 (p-페닐 렌) (PPE)가 결합 다른 양이온 작용 금 나노 입자로 구성된 배열을 감지하고 단백질 칠을 식별하기 위해 만들어졌습니다. 경쟁 단백질 고유 인식 패턴을 생성 단백질 분석 물질 간의 바인딩과 형광을 재생 PPE / 금 나노 입자 복합체를 켄칭. 이 연구에서, 기능화 된 나노 입자 – 단백질 상호 작용은 나노 단부 그룹의 물리 화학적 특성을 변화시킴으로써 조정 하였다. 또한,이 방법은 복잡하고 단백질이 풍부한 배지 등의 단백질 분석을 위해 효과적임을 나타내었다생리 학적으로 관련이 농도에서 인간 혈청으로서, 이와 질환 상태를 진단하기 위해 8 실제 시료 프로파일에서 ET의 전위를 도시.
매우 유망하지만,이 시스템은 몇 가지 본질적인 한계가있다. 그들은 설계 및 매우 복잡한 구조를 5 ~ 29 CRRs에서 합성이 필요합니다. 또한, 각각의 측정 다음 리셋 후각 시스템과 달리, 단백질은 샘플 당 센싱 어레이를 제조 요구한다. 마지막으로, 실시간 모니터링에 이벤트 바인딩은 매우 어렵습니다.
이러한 맥락에서, 조합 접근 방식은 서로 다른 물리 화학적 특성을 가진 간단하고 쉽게 접근 분자의 적은 수의 사용에 의해 제안되었다 (중성 음으로 하전 된 양전하 친수성, 소수성,,,, 등.) 빌딩 블록 (BBS) 9있다. 에 혼합물을 변화의 BB들은하고 제어 비율을 혼합 허용함으로써의 금 표면에 자기 조립 (self-assembly)프리즘, 결합 단백질에 적합한 특성을 갖춘 조합 표면의 배열을 만들었습니다. 특히,이 시스템의 자기 조립 단층 신속하고 효율적으로 생산 될 다양한 조합 교차 반응 수용체 (CoCRRs)를 가능하게 높은 분기하는 방식으로 표면 특성의 범위를 쉽게 튜닝 할 수 있습니다. 단백질이 검출 광 검출 시스템을 사용하여 수행되었으며, 플라즈몬 공명 영상 (SPRI)를 표면. 간략하게, LED에서 넓은 빔 단색 편광 프리즘의 표면 전체 CoCRR 어레이 영역을 조명한다. 고해상도 CCD 비디오 카메라는 CoCRR 어레이의 모든 지점에 걸쳐 실시간 차분 화상을 제공한다. 이것은 바인딩 이벤트 및 운동 프로세스 10에 대한 상세 정보를 제공 CoCRR 어레이의 표면에서 로컬 변경을 모두 포착. 한편, 이미징 소프트웨어의 도움으로, 스폿에 대응하는 SPR 이미지는 자동 versu 반사율의 변화로 변환sensorgrams 불리는 결합 곡선 운동의 시리즈를 생성하는 시간이야. 따라서, SPRI 바인딩 이벤트 라벨없는, 동기, 병렬 및 실시간 관찰을 허용한다. 또한, 수득 CoCRR 어레이는 단백질 분석을위한 재생 가능한 재사용이다.
이 프로토콜은 빌딩 블록으로서 만이 작은 분자를 사용하여 전자 혀의 구성을 설명하고 SPRI 연속 인식과 구매 패턴에 따라 공통 단백질 분석 용의 응용을 도시한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 등의 건설을위한 가장 중요한 단계는 시스템의 재현성을 보장하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 예를 들어, BB1과 BB2의 열한 순수 및 혼합 용액에 글리세롤의 10 %를 첨가, 사용 전에 표준화 된 절차와 프리즘의 금 표면을 세정하는 BB들은 프리즘의 금 표면에 자기 조립 중에 용매를 증발 제거하고, 각 [BB1] 여러 복제물 / ([BB1] + [BB2]) 비율 등을 증착하는 단계를 포함한다. SPRI 의?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge Ph.D. grant of LANEF in Grenoble for support of Laurie-Amandine Garçon. This work was financially supported by the French National Research Agency (ANR-grant 06-NANO-045).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| SPRi apparatus | Horiba Scientific-GenOptics | SPRi apparatus is placed in a temperature regulated incubator at 25°C. | |
| Incubator | Memmert | ||
| Syringe pump | Cavro scientific instruments | Cavro XLP 6000 | |
| Micro Elite Degasser | Alltech | AT590507 | |
| 6-port medium pressure injection valve | Upchurch Scientific | The volume of injection loop used is 500 µl. | |
| Femto plasma cleaner (version 7) | Diener Electronic | On-line degassing system with 2 channel. | |
| Spotter | Siliflow | It is a non-contact piezoelectric spotter. | |
| SPRi-Biochip | Horiba Scientific-GenOptics | 36000067 | The prism is made of a high refractive index glass prism coated with a thin gold film (45 nm) and specially developed for imaging purposes. |
| erythrina cristagalli lectin | Sigma-Aldrich | L5390 | |
| arachis hypogaea lectin | Sigma-Aldrich | L0881 | |
| myoglobin | Sigma-Aldrich | M1882 | |
| lysozyme | Sigma-Aldrich | L6876 | |
| CXCL12α | Provided by Dr. Hugues Lortat-Jacob, for preparation details, see supporting information in reference 9 | ||
| CXCL12γ | Provided by Dr. Hugues Lortat-Jacob, for preparation details, see supporting information in reference 9 | ||
| lactose | Provided by Prof. David Bonnaffé, for preparation details, see supporting information in reference 9 | ||
| sulfated lactose | Provided by Prof. David Bonnaffé, for preparation details, see supporting information in reference 9 | ||
| glycerol | Sigma-Aldrich | G5150 | |
| SDS | Sigma-Aldrich | L4509 | |
| tween 20 | Sigma-Aldrich | 274348 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| sodium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | S0751 | |
| sodium chloride | Sigma-Aldrich | S3014 |
References
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