Sintesi di una proteina artificiale mediata da inteina Hydrogel
Summary
Presentiamo la sintesi di un idrogel split-mediata da inteina proteina. Le componenti di questo idrogel sono due copolimeri proteine contenenti ciascuno una subunità di una proteina trimeric che funge da reticolante e una metà di una inteina scissione. Miscelazione dei due copolimeri proteina innesca una reazione trans-splicing inteina, ottenendo una unità polipeptide che autoassembla in un idrogel. Questo idrogel è altamente pH e temperatura stabile, compatibile con solventi organici, e facilmente incorpora proteine globulari funzionali.
Abstract
Presentiamo la sintesi di una proteina idrogel altamente stabile mediata da uno split-inteina catalizzata reazione proteina trans-splicing. Le componenti di questo idrogel sono due blocchi copolimeri proteine contenenti ciascuno una subunità di una proteina trimeric che funge da reticolante e una metà di una inteina scissione. Una bobina casuale altamente idrofila viene inserito in uno dei blocchi copolimeri per la ritenzione idrica. Miscelazione dei due copolimeri a blocchi proteina innesca una reazione trans-splicing inteina, ottenendo una unità polipeptide con reticolanti alle due estremità che rapidamente auto-assembla in un idrogel. Questo idrogel è molto stabile sia in condizioni acide o basiche, a temperature fino a 50 ° C, e in solventi organici. L'idrogel rapidamente riforme dopo la rottura shear-indotta. Costituzione di una "docking station peptide" in blocco dell'edificio idrogel permette conveniente incorporazione di "aggancio proteina"-tagged proteine bersaglio.L'idrogel è compatibile con mezzi di crescita di coltura tissutale, supporta la diffusione di molecole 20 kDa, e consente l'immobilizzazione di proteine globulari bioattivi. L'applicazione del idrogel proteine mediata da inteina come biocatalizzatore compatibile organico-solvente è stato dimostrato incapsulando l'enzima perossidasi di rafano e corroborare la sua attività.
Introduction
Gli idrogel interamente in proteine portano il potenziale per far avanzare in modo significativo campi diversi come l'ingegneria dei tessuti, somministrazione di farmaci e biofabrication 1. Essi offrono vantaggi rispetto ai tradizionali idrogel polimerici sintetici, tra cui biocompatibilità e la possibilità di sostenere in modo non invasivo l'incorporazione di proteine globulari bioattive.
In questo lavoro, si descrive lo sviluppo di una proteina idrogel romanzo formata tramite split-mediata da inteina reazione proteina trans-splicing e la sua applicazione come impalcatura immobilizzazione di proteine (Figura 1). Gli elementi fondamentali per questo idrogel sono due blocchi copolimeri proteine comprendenti ciascuno il frammento N-o C-terminale di una inteina suddivisa (IN e IC) e una subunità di una proteina multimerica reticolante. Il DnaE inteina da Nostoc punctiforme (Npu) è stato utilizzato come inteina suddivisa 2,3 e una piccola proteina trimeric (12 kDa) Cuta da Pyrococcus horikoshii </ Em> è stato utilizzato come 4,5 proteina reticolante. Diversi reticolanti sono uniti attraverso inteina reazione catalizzata trans-splicing, che porta alla formazione di una rete di proteine altamente reticolato (idrogel). Npu inteina è stato scelto per le sue cinetica di reazione rapida (t 1/2 = 63 sec) e ad alto rendimento trans-splicing (vicino al 80%) 2,3. La proteina Cuta stato scelto come reticolante grazie alla sua elevata stabilità. Trimeri Cuta hanno una temperatura di denaturazione di prossimità 150 ° C e mantenere la struttura quaternaria trimeric in soluzioni contenenti fino al 5 M guanidina cloridrato 4,6. Dal momento che lo scambio tra le diverse subunità crosslinkers è un importante contributo della idrogel fisica superficie di erosione 7, molto forte interazione tra subunità in Cuta dovrebbe scoraggiare tali scambi subunità, portando ad un idrogel più stabile. Uno di questi blocchi contiene anche un peptide altamente idrofilo S-frammento come mid-block per facilitare acquaritenzione 8.
Miscelazione dei due blocchi idrogel inizio a una reazione trans-splicing tra IN e IC inteina frammenti, generando una catena polipeptidica più con reticolanti a entrambi i terminali. Reticolanti da più tali unità molecolari interagiscono tra loro, formando una rete idrogel altamente reticolato (Figura 1A). Una specifica "docking station peptide" (DSP) è incorporato in uno dei blocchi di idrogel per facilitare immobilizzazione stabile di un "aggancio proteina" (DP)-tag proteina bersaglio in idrogel. L'uso di una inteina suddivisa per mediare il montaggio idrogel non solo fornisce una maggiore flessibilità per la sintesi proteica idrogel, ma permette anche ad alta densità, il caricamento uniforme della proteina bersaglio nell'intero idrogel, come le proteine target vengono caricati prima della formazione idrogel.
La proteina idrogel mediata da inteina è altamente stazioneBLE in soluzione acquosa con poco a nessuna erosione rilevabile dopo 3 mesi a temperatura ambiente. La stabilità è mantenuto in una vasta gamma di pH (6-10) e temperature (4-50 ° C), e l'idrogel è anche compatibile con solventi organici. Questo idrogel viene utilizzato per l'immobilizzazione di due proteine globulari: la proteina fluorescente verde (GFP) e la perossidasi di rafano (HRP). Idrogel intrappolare quest'ultima proteina viene utilizzato per eseguire biocatalysis in un solvente organico.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo lavoro, abbiamo dimostrato la sintesi di un altamente stabile mediata da inteina idrogel proteina. L'uso di una scissione consente inteina l'idrogel essere condizionale formata in risposta alla miscelazione dei due componenti in fase liquida. In particolare, la scissione collega inteina covalentemente due blocchi in fase liquida tramite una reazione di trans-splicing, producendo una unità polipeptide fiancheggiato da reticolazione unità che a sua volta sé assembla in un idrogel. La fo…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano ringraziare il Dr. David Tirrell (Caltech) per la sua gentile dono del plasmide pQE9 AC 10 ATRP 12, il Dr. Tom Muir (Princeton University) per la sua gentile dono del plasmide kanr-IntRBS-NpuNC-CFN 11, Dr. Takehisa Matsuda (Kanazawa Institute of Technology, Hakusan, Ishikawa, Giappone) per la sua gentile dono del plasmide PET30-Cuta-Tip1 10, e il Dr. Jay D. Keasling (UC Berkley) per la sua gentile dono del plasmide pJD757 13 . Questo lavoro è stato sostenuto in parte dalla National Science Foundation CARRIERA, US Air Force YIP e Norman Hackman Programma di ricerca avanzata.
Materials
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Name |
Company |
Catalog Number |
Comments |
|
Phusion High Fidelity DNA polymerase |
New England BioLabs |
M0530S |
|
|
Competent Escherichia coli BL21 (DE3) |
New England BioLabs |
C2527I |
|
|
Luria Bertani |
VWR |
90003-350 |
|
|
Bacto Agar Media |
VWR |
||
|
kanamycin sulfate |
VWR |
||
|
IPTG |
VWR |
EM-5820 |
|
|
Imidazole |
VWR |
EM-5720 |
|
|
Urea |
VWR |
EM-9510 |
|
|
Dithiothreitol (DTT) |
Fisher |
BP172-5 |
|
|
Protease Inhibitor cocktail |
Roche Applied Science |
11836153001 |
|
|
DPBS |
VWR |
82020-066 |
|
|
Brilliant Blue R |
Acros Organics |
A0297990 |
|
|
Sodium Azide |
Fisher |
AC190380050 |
Caution, highly toxic |
|
Horseradish peroxidase |
Sigma |
P8125-5KU |
|
|
N,N-dimethyl-p-phenylene diamine |
Fisher |
AC408460250 |
Caution, highly toxic |
|
phenol |
Fisher |
AC149340500 |
Caution, highly toxic |
|
tert-butyl hydroperoxide |
Fisher |
AC180340050 |
Caution, highly toxic |
|
n-heptane |
Acros Organics |
120340010 |
|
| [header] | |||
|
Shaker/Incubator |
Fisher Scientific |
Max Q 6000 |
|
|
Centrifuge |
Sorvall |
RC 6 |
|
|
Sonicator |
QSonica |
Misonix 200 |
|
|
Ultrafiltration Tubes |
Amicon Ultra |
UFC903024 |
|
|
Ni Sepharose High Performance HisTrap column |
GE Healthcare Life Sciences |
17-5248-01 |
|
|
HiTrap SP Sepharose FF ion exchange column |
GE Healthcare Life Sciences |
17-5156-01 |
|
|
Plate reader |
Molecular Devices |
SpectraMax Gemini EM |
Riferimenti
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