שינוי Baculovirus וקטורים ביטוי לייצר מופרש צמח חלבונים בתאי חרקים
Summary
כאן, אנו מציגים את הפרוטוקולים עבור ניצול של חרקים תא baculovirus חלבון ביטוי ומערכת לייצר כמויות גדולות של חלבונים צמח מופרש על התגבשות חלבון. וקטור ביטוי baculovirus השתנה עם GP67 או hemolin חרקים פפטיד אות לביטוי הפרשת חלבון צמחי בתאי חרקים.
Abstract
זה כבר אתגר עבור מדענים לבטא הפרשה האיקריוטים חומרים ללימודי הביוכימי מבניים. מערכת ביטוי בתיווך baculovirus תא חרקים היא אחת ממערכות שנועדה להביע האיקריוטים הפרשה חומרים עם מספר שינויים post-translational. הפרשה החלבונים צריכים להיות מנותב המסלולים הפרשה גליקוזילציה חלבון, היווצרות חוב דיסולפידי של שינויים post-translational אחרים. כדי לשפר את הביטוי תא חרקים הקיים של פרוטאינים צמחיים הפרשה, וקטור ביטוי baculovirus הוא שונה על-ידי התוספת של או GP67 או hemolin אות פפטיד רצף בין מקדם אתרים שכפול מרובה. מערכת זו וקטור שונה שעוצבו לאחרונה הפיקה בהצלחה תשואה גבוהה של חלבונים מסיסים צמח המופרש רקומביננטי קולטן של תודרנית לבנה. שני החלבונים צמח ביטוי, התחומים חוץ-תאי של קולטני ממברנה פלזמה תודרנית TDR ו- PRK3, היו גיבש ללימודי לחקר הגבישים רנטגן. מערכת וקטור ששונה הוא כלי משופרת פוטנציאל שיכול לשמש עבור הביטוי של חומרים הפרשה בממלכת החיות גם כן.
Introduction
זה הכרחי עבור מעבדת מחקר להיות מסוגל לייצר כמויות גדולות של חומרים הומוגנית על אפיוני הביוכימי, biophysical, במיוחד ללימודי לחקר הגבישים רנטגן. ישנן מערכות רבות ומבוססת ביטוי heterologous כגון Escherichia coli, שמרים, בתאי חרקים, בתרבית של תאים, תאי צמחים, וכו ביניהם, מערכת ביטוי בתיווך baculovirus תא חרקים היא אחת ביותר נפוץ טכניקות לייצר כמויות גדולות של מבנית מקופל גדול בגודל האיקריוטים חומרים עבור התגבשות חלבון1.
הווקטורים ביטוי במערכת הביטוי baculovirus מתוכננים להכיל polyhedrin חזק או יזם P10 לייצר תשואה גבוהה של חלבונים תאיים רקומביננטי2,3. כדי להפוך את baculovirus רקומביננטי, הגן עניין שוכפל לתוך וקטור חרקים המכיל את לוקוס polyhedrin (polh) של הגנום מולטי-nucleopolyhedroviral Autographa קליפורניה הבונה וכתוצאה מכך הוא ואז וסודרו ולאמת את המסגרת הנכונה קריאה פתוחה (ORF). הבונה הנכון ואז מוחדרים התא המארח חרקים בתהליך של תרביות תאים. הגן עניין מוכנס לתוך הגנום הנגיפי מאת רקומבינציה הומולוגית. אירוע זה תוצאות בייצור של הגנום הנגיפי רקומביננטי, אשר משכפל ואז לייצר רקומביננטי budded חלקיקי וירוס1.
התאים חרקים המשמשים בדרך כלל במערכת הביטוי הם תאים (Hi5) Sf9 וגבוהה חמש. תאים Sf9 הם בידוד המשובטים של Sf21, נגזר מן התאים השחלות הגולמי של זחל כנימה frugiperda, והם Hi5 תאים בידוד המשובטים נגזר הורים Trichoplusia ni תא השחלות קו TN-3684,5. Transfections שיתוף וירוס הגברה, מבחני פלאק מתנהלים על תאים Sf9, ואילו תאים Hi5 נבחרו בדרך כלל לייצר כמויות גבוהות של חומרים6. ראוי לציין כי התאים Hi5 אינם מתאימים עבור דור ו הגברה של וירוס progenies נטייתם לייצר וירוסים מוטציה. באופן מסורתי, טווח טמפרטורה 25-30 מעלות צלזיוס נחשבת טובה לגידול תאים חרקים. עם זאת, דווח שיש 27-28 מעלות צלזיוס טמפרטורה אופטימלית עבור תא חרקים וצמיחה של זיהום7,8.
המבוא של רצף קליטה טובה שקדמו הגן נדרש עבור הביטוי גבוהה של החלבונים המופרש. הרצף אות ביעילות ידריך את חלבון רקומביננטי מתורגם לתוך רשתית תוך-פלזמית עבור הפרשת חלבונים ושינויים post-translational הכרחי עבור קיפול תקין וייצוב3. האות פפטיד רצפים, כגון אופפים baculovirus חלבון GP64/67, דבורת דבש melittin ואחרים, נבחרו כדי להקל על הביטוי של הפרשה חומרים של מערכות ביטוי בתיווך baculovirus3. המבוא של פפטיד האות של GP67 הוכח לשפר את התשואה ביטוי של חלבון רקומביננטי המופרש, לעומת שימוש של פפטיד אות מהותי של ג’ין היעד9. Hemolin הוא חלבון hemolymph של ענק משי העש Hyalophora cecropia, המושרה על זיהום חיידקים10. בשל רמה גבוהה יחסית של ביטוי מושרה, אות פפטיד רצף הגן יכול לשמש כדי לתווך הביטוי הפרשה חומרים במערכת baculovirus-חרק תא.
לבנה א Tracheary רכיב בידול מעכבות פקטור קולטן (TDR) ואבקה קולטן קינאז 3 (PRK3) שניהם שייכים למשפחת חוזר קולטן דמוי קינאז (LRR-RLK) צמח לאוצין-עשיר של חלבונים11,12 . כדי ללמוד את המבנה והתפקוד של משפחה זו של קולטן פרוטאינים צמחיים, כמו גם כדי להקל על אפיון הביוכימי מבניים אחרים פרוטאינים צמחיים מופרש למערכת ביטוי תא baculovirus-חרק שונתה כדי לשפר את התשואה איכות, ייצור חלבונים. חוץ-תאית לתחומי TDR והן PRK3 בהצלחה כבר הביעו באמצעות שני וקטורים ביטוי שונה במערכת הביטוי תא baculovirus-חרק. יש כבר גיבש בשני תחומים חוץ-תאית החלבונים TDR ו- PRK3. מאמר זה מדווח את הביטוי ואת טיהור של כמויות גדולות של חלבונים רקומביננטי צמח מופרשים עם שני baculovirus ששונה ביטוי וקטורים על ידי שילוב של GP67 או hemolin אות רצף בין יזם את שיבוט מרובים אתרים.
Protocol
Representative Results
Discussion
לאור המגוון גודל ויציבות של אלפי חלבונים המצויים המערכות הביולוגיות, זה לעיתים קרובות אמפירי עבור מחקר מעבדה כדי להחליט באיזו מערכת ביטוי heterologous יש שייבחרו עבור הביטוי של חלבון ספציפי. מערכת ביטוי e. coli היא לעיתים קרובות הבחירה הראשונה עבור ביטוי חלבון עקב מחזור החיים הקצר של החיידקי…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הקרנות הפעלה סגל החדשות של צפון קרוליינה סטייט עבור שו Guozhou.
Materials
| Incubator shaker | VWR | Model Excella E25 | 27 oC |
| Incubator | VWR | Model 2005 | 27 oC |
| Centrifuge | BECKMAN | Model J-6 | with a swing bucket rotor |
| Herculase II Fusion DNA Polymerase | Agilent | 600677-51 | For PCR amplification of DNA |
| Thermal Cycler | BIO-RAD | Model C1000 Touch | For PCR amplification of DNA |
| Incubator shaker | New Brunswick Scientific | Model I 24 | For growing baceria culture |
| Customer DNA synthesis | GENSCRIPT | ||
| BamHI (HF) | New England Biolabs | R3136S | Restriction Endonuclease |
| BglII | New England Biolabs | R0144S | Restriction Endonuclease |
| NotI (HF) | New England Biolabs | R3189S | Restriction Endonuclease |
| XhoI | New England Biolabs | R0146S | Restriction Endonuclease |
| T4 DNA ligase | New England Biolabs | M0202T | DNA ligation |
| QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | DNA purification from Agorase gel |
| QIAprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | Plasmid DNA purification from bacteria culture |
| Agarose | Thermo Fisher Scientific | 15510-019 | For DNA gel electropherosis |
| MAX Efficiency DH5α competen cell | Invitrogen | 18-258-012 | For transformation of DNA ligation mixture |
| Lennox L LB Broth | Research Product International Corp. | L24066-5000.0 | For making bacteria culture |
| Ampicillin sodium salt | Thermo Fisher Scientific | 11593-019 | Antibiotics |
| Kanamycin Sulfate | Thermo Fisher Scientific | 15160-054 | Antibiotics |
| Tetracycline | Thermo Fisher Scientific | 64-75-5 | Antibiotics |
| Gentamicin | Thermo Fisher Scientific | 15710-064 | Antibiotics |
| MAX Efficiency DH10Bac competent cells | Thermo Fisher Scientific | 10361-012 | For making bacmid DNA |
| S.O.C. Medium | Thermo Fisher Scientific | 15544-034 | For DNA transformation |
| CellFECTIN II Reagent | Thermo Fisher Scientific | 10362-101 | Insect cell transfection reagent |
| Bac-to-Bac Expression System | Thermo Fisher Scientific | 10359-016 | Baculovirus-insect cells expression kit |
| Bluo-gal | Thermo Fisher Scientific | 15519-028 | For isolation of recominant Bacmid DNA |
| IPTG | Thermo Fisher Scientific | 15529-019 | For isolation of recominant Bacmid DNA |
| pFastBac1 | Thermo Fisher Scientific | 10360014 | Baculorirus expression vector |
| Sf9 cells | Thermo Fisher Scientific | 11496015 | Sf9 monolayer cells |
| Hi5 cells | Thermo Fisher Scientific | B85502 | High Five insect cells |
| Grace’s insect medium, unsupplemented | Thermo Fisher Scientific | 11595030 | Sf9 cell transfection minimum medium |
| Grace’s insect medium, supplemented | Thermo Fisher Scientific | 11605102 | Sf9 monolayer cell culture complete medium |
| Sf-900 II SFM | Thermo Fisher Scientific | 10902104 | Sf9 suspension cell culture medium without FBS |
| Express Five SFM | Thermo Fisher Scientific | 10486025 | Hi5 cell culture medium |
| Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | 100 ml (10,000 I.U./ml) |
| L-Glutamine (200 mM) | Thermo Fisher Scientific | 25030081 | 100 ml |
| FBS Certified | Thermo Fisher Scientific | 16000-044 | 500 ml |
| 6-well plates | Thermo Fisher Scientific | 08-772-1B | Flat-bottom |
| 150 mm plates | Thermo Fisher Scientific | 353025 | 100/case |
| 1.5 ml Microcentrifuge Tubes | USA Scientific | 1415-2500 | 500 tubes/bag |
| 15 ml conical screw cap centrifuge tubes | USA Scientific | 1475-0511 | 25 tubes/bag |
| 50 ml conical screw cap centrifuge tubes | USA Scientific | 1500-1211 | 25 tubes/bag |
| Ni-NTA Superflow | Qiagen | 30430 | NiNTA resin |
| pH-indicator strips | EMD Millipore Corporation | 1.09535.0001 | pH 0 – 14 |
References
- Contreras-Gomez, A., Sanchez-Miron, A., Garcia-Camacho, F., Molina-Grima, E., Chisti, Y. Protein production using the baculovirus-insect cell expression system. Biotechnology Progress. 30, 1-18 (2014).
- Khan, S., Ng, M. L., Tan, Y. J. Expression of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 3a protein and the assembly of coronavirus-like particles in the baculovirus expression system. Methods in Molecular Biology. 379, 35-50 (2007).
- Possee, R. D., King, L. A. Baculovirus Transfer Vectors. Methods in Molecular Biology. 1350, 51-71 (2016).
- Vaughn, J. L., Goodwin, R. H., Tompkins, G. J., McCawley, P. The establishment of two cell lines from the insect Spodoptera frugiperda (Lepidoptera; Noctuidae). In Vitro. 13, 213-217 (1977).
- Hink, W. F. Established insect cell line from the cabbage looper, Trichoplusia ni. Nature. 226, 466-467 (1970).
- Davis, T. R., et al. Comparative recombinant protein production of eight insect cell lines. In Vitro Cellular & Development Biology – Animal. 29A, 388-390 (1993).
- Wickham, T. J., Nemerow, G. R. Optimization of growth methods and recombinant protein production in BTI-Tn-5B1-4 insect cells using the baculovirus expression system. Biotechnology Progress. 9, 25-30 (1993).
- Davis, T. R., Trotter, K. M., Granados, R. R., Wood, H. A. Baculovirus expression of alkaline phosphatase as a reporter gene for evaluation of production, glycosylation and secretion. Nature Biotechnology. 10, 1148-1150 (1992).
- Murphy, C. I., et al. Enhanced expression, secretion, and large-scale purification of recombinant HIV-1 gp120 in insect cell using the baculovirus egt and p67 signal peptides. Protein Expression and Purification. 4, 349-357 (1993).
- Sun, S. C., Lindstrom, I., Boman, H. G., Faye, I., Schmidt, O. Hemolin: an insect-immune protein belonging to the immunoglobulin superfamily. Science. 250, 1729-1732 (1990).
- Li, Z., Chakraborty, S., Xu, G. Differential CLE peptide perception by plant receptors implicated from structural and functional analyses of TDIF-TDR interactions. PLoS One. 12, e0175317 (2017).
- Chakraborty, S., Pan, H., Tang, Q., Woolard, C., Xu, G. The Extracellular Domain of Pollen Receptor Kinase 3 is structurally similar to the SERK family of co-receptors. Scientific Reports. 8, 2796 (2018).
- Khorana, H. G. Total synthesis of a gene. Science. 203, 614-625 (1979).
- Bahl, C. P., Marians, K. J., Wu, R. A general method for inserting specific DNA sequences into cloning vehicles. Gene. 1, 81-92 (1976).
- Xu, W., Zhang, Y. Isolation and Characterization of Vaccine-Derived Polioviruses, Relevance for the Global Polio Eradication Initiative. Methods in Molecular Biology. 1387, 213-226 (2016).
- Hanahan, D. Studies on transformation of Escherichia coli with plasmids. Journal of Molecular Biology. 166, 557-580 (1983).
- Zhang, S., Cahalan, M. D. Purifying plasmid DNA from bacterial colonies using the QIAGEN Miniprep Kit. Journal of Visualized Experiments. (6), 247 (2007).
- Reddy, B. G., et al. Expression and purification of the alpha subunit of the epithelial sodium channel, ENaC. Protein Expression and Purification. 117, 67-75 (2016).
- Harris, T. J., Emtage, J. S. Expression of heterologous genes in E. coli. Microbiological Sciences. 3, 28-31 (1986).
- Kaur, J., Kumar, A., Kaur, J. Strategies for optimization of heterologous protein expression in E. coli: Roadblocks and reinforcements. International Journal of BIological Macromolecules. 106, 803-822 (2018).
- Guo, Y., Yang, F., Tang, X. An Overview of Protein Secretion in Yeast and Animal Cells. Methods in Molecular Biology. 1662, 1-17 (2017).
- Blight, M. A., Chervaux, C., Holland, I. B. Protein secretion pathway in Escherichia coli. Current Opinion in Biotechnology. 5, 468-474 (1994).
- Idiris, A., Tohda, H., Kumagai, H., Takegawa, K. Engineering of protein secretion in yeast: strategies and impact on protein production. Applied Microbiology and Biotechnology. 86, 403-417 (2010).
- Wormald, M. R., Dwek, R. A. Glycoproteins: glycan presentation and protein-fold stability. Structure. 7, R155-R160 (1999).
- Geisler, C., Mabashi-Asazuma, H., Jarvis, D. L. An Overview and History of Glyco-Engineering in Insect Expression Systems. Methods in Molecular Biology. 1321, 131-152 (2015).
- Li, Z., Chakraborty, S., Xu, G. X-ray crystallographic studies of the extracellular domain of the first plant ATP receptor, DORN1, and the orthologous protein from Camelina sativa. Acta Crystallographica Section F: Structural BIology and Crystallization Communications. 72, 782-787 (2016).
- Aricescu, A. R., Owens, R. J. Expression of recombinant glycoproteins in mammalian cells: towards an integrative approach to structural biology. Current Opinion in Structural Biology. 23, 345-356 (2013).
- Reuter, L. J., Bailey, M. J., Joensuu, J. J., Ritala, A. Scale-up of hydrophobin-assisted recombinant protein production in tobacco BY-2 suspension cells. Plant Biotechnology Journal. 12, 402-410 (2014).
- Dohi, K., et al. Inducible virus-mediated expression of a foreign protein in suspension-cultured plant cells. Archives of Virology. 151, 1075-1084 (2006).
