脂質結合タンパク質およびアレルゲンからの内因性リガンドの除去と置換
Summary
このプロトコルは、アレルゲンからの内在性脂質の除去と、熱アニーリングと結合された逆相HPLCによるユーザ指定リガンドとの置換を記述する。 31P-NMRおよび円形二色症はリガンドの除去/負荷の速い確認、およびネイティブアレルゲン構造の回復を可能にする。
Abstract
多くの主要なアレルゲンは、Mus m、Bet v 1、Der p 2、およびFel d 1を含む疎水性脂質様分子に結合します。これらのリガンドは強く保持されており、免疫系を直接刺激するか、アレルギー性タンパク質の生物物理学的性質を変化させることによって感作プロセスに影響を与える可能性を有する。これらの変数を制御するためには、内因性結合リガンドの除去と、必要に応じて既知の組成物の脂質と置換する技術が必要である。ゴキブリアレルゲンブラg1は、従来の技術を使用して精製した場合に内因性脂質の異種混合物を結合する大きな疎水性空洞を囲む。ここでは、逆相HPLCを用いてこれらの脂質を除去し、続いて熱アニーリングを行い、そのアポ形態でBla g 1を得るか、または脂肪酸またはリン脂質カルゴのユーザ定義混合物でリロードする方法について述べた。このプロトコルと生化学的アッセイを結合すると、脂肪酸貨物はBla g 1のサーモスタ性とタンパク質分解性を有意に変化させ、T細胞エピトープ生成およびアレルゲン性の速度に下流の影響を及ぼすことが明らかになった。これらの結果は、組換え源と天然源の両方からアレルゲンを研究する際にここに記載されているような脂質除去/リロードプロトコルの重要性を強調している。このプロトコルは、リポカリン(Mus m 1)、PR-10(Bet v 1)、MD-2(Der p 2)、ウトログロビン(Fel d 1)を含む他のアレルゲンファミリーに一般化可能であり、アレルギー反応における脂質の役割を研究するための貴重なツールを提供する。
Introduction
アレルゲンデータベースの調査では、アレルゲンは全ての既知のタンパク質ファミリーの2%にしか見つからないことが明らかになっており、一般的な機能的および生物的性質がアレルゲン性1に寄与することを示唆している。これらの特性のうち、脂質貨物を結合する能力はアレルゲンの間で強く過剰に表現されているように見えるが、これらの貨物が感作プロセス1に影響を与える可能性があることを示唆している。実際、ブラジルナッツアレルゲンBer e1は、その完全な感作電を実現するためにその内因性脂質との共投与を必要とすることが示されている2.これらの脂質は、MITアレルゲンDer p2およびDer p 7によって示されるように免疫系を直接刺激する可能性があり、どちらもLPS結合タンパク質3、4、5と強い構造相同性を共有する。この観察に基づいて、Derp2とDerp7は細菌脂質を結合し、TLR4媒介シグナル伝達を介して宿主免疫系を直接刺激し、感作プロセス5,6を促進することが提案された。また、内因性に結合した脂質が、アレルギー性タンパク質自体の生物物理学的性質を変化させる可能性もあります。例えば、Sina2(マスタード)およびArah1(ピーナッツ)とリン脂質小胞と相互作用する能力は胃および内皮分解7に対する耐性を有意に増強し、一方で主要な白樺花粉アレルゲンBet v 1へのリガンド結合は、内経処理の速度と得られるペプチドの多様性を両方とも変化させた。これは特に、安定性、T細胞エピトープ生成、およびBet v 1およびBla g 1などのタンパク質のアレルゲン性との間で観察された相関関係を考えると、アレルゲン性に関連する。後者は、この作品9、10の主題になります。
Bla g 1は、昆虫主アレルゲン(MA)タンパク質ファミリーの原型型的なメンバーを表し、異常に大きな疎水性キャビティ9,11を囲む12の両生媒性アルファヘリックスからなるユニークな構造を有する。Bla g 1の利用可能なX線結晶構造は、結合したリン脂質または脂肪酸リガンドと一致するこの空洞内の電子密度を示す。31P-NMRと質量分析によって確認された推測。これらの貨物は本質的に異種であり、その組成はアレルゲン源に大きく依存しており、大腸菌およびP.パストリスで発現する組換えブラg1について異なる脂質プロファイルが観察された。不思議なことに、天然のアレルゲン源(ゴキブリのフラス)から精製されたBla g 1は、その結合部位に主に脂肪酸を含み、パルミチン酸塩、オレエー酸酸、ステアレートの混合物がその「天然」リガンド9,11として同定された。複数の精製ステップに従って脂質および脂肪酸を保持するBla g 1の能力は、単離でタンパク質を研究する努力を妨げる。逆に、天然のパルミチン酸、ステアリン酸、および、Bla g 1のオレエー酸リガンド(それ以降はnMixと呼ばれる)がそのアレルゲン性およびネイティブ生物学的機能9の両方において重要な役割を果たすることが示唆されている。しかし、これらのリガンドは組換え源から得られたBla g 1には存在せず、この仮説を評価することは困難である。同様の問題は、ベットv 112,13のような他の脂質結合アレルゲンに対して観察されている。脂質とアレルゲン相互作用の体系的な研究を容易にするために、アレルゲンを内因的に結合した脂質を定量的に取り除き、アポ形態または特異的リガンドを装填するプロトコルを開発しました。
アレルゲンは、アフィニティークロマトグラフィーおよび/またはサイズ排除クロマトグラフィーを使用して、自然または組み換え源から最も一般的に精製されます。ここでは、アレルゲンが脂肪酸結合タンパク質14用に開発されたプロトコルと同様の有機溶媒に溶出される逆相C18カラムを採用した、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)の形で追加の精製工程を導入する。得られたタンパク質は、次いで、脂肪酸および/またはリン脂質の存在または存在下で熱アニーリングステップを行う。天然のBla g1を回収することに加えて、高温は脂質貨物の溶解性および入手可能性を高め、所望の疎水性リガンドを均一にアポ形態または均一に装填した状態でBla g1を得る。 31このように精製されたBla g 1のP-NMRスペクトルは、所望の化合物との内因的に結合したリガンドおよび均一な置換の完全な除去を確認し、環状二色は、ブラg1倍の正常な回収を確認した。この方法の有用性は、貨物結合がBla g 1のサーモスタ性およびタンパク質分解性を増強し、感作およびアレルギー性に潜在的な影響を及ぼすT細胞エピトープ生成の運動学を変化させることが判明した最近の研究で強調されている。
Protocol
Representative Results
Discussion
本研究で説明したプロトコルは、ブラg1の脂質結合特性を体系的に研究するためにうまく応用されている。これにより、貨物結合性、サーモスク性、および内因性処理との間の相関が明らかになっており、後者は、免疫原性に対する潜在的な意味を有する既知のT細胞エピトープの生成の減少と相関していた。Bla g 1に加えて、Pru p 3およびBet v 1のよ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
トム・カービー博士、スコット・ガベル博士、ロバート・ロンドン博士の助けと支援に感謝し、ボブ・ペトロヴィッチ博士とロリ・エドワーズ博士が、この研究で採用されているBla g 1コンストラクトの生成に役立ててくれたボブ・ペトロヴィッチ博士とロリ・エドワーズ博士と共に支援を受けました。アンドレア・アダムスの質量分析の支援、NMR計装の支援にユージン・デローズ博士に感謝します。この研究は、NIHの壁内研究プログラム、環境衛生科学研究所、Z01-ES102906(GAM)によって支援されました。コンテンツは著者の責任であり、必ずしも国立環境衛生科学研究所の公式見解を表すものではありません。
Materials
| Bla g 1 Gene | Genescript | N/a | Custom gene synthesis service. GenBank Accession no AF072219 Residues 34-216 |
| Affinity purified natural Bla g 1 (nBla g 1) | Indoor biotechnologies | N/a | Custom order |
| Agilent 1100 Series HPLC System | Agilent | G1315B, G1311A, G1322A | UV Detector, Pump, and Degasser |
| Agilent DD2 600 MHz spectrometer | Agilent | N/a | |
| Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Unit | Amicon | UFC-1008 | |
| Ampicillin | Fisher Scientific | BP1760-5 | |
| Benzonase | Sigma-Aldrich | E1014-5KU | |
| Broad- band 5 mm Z-gradient probe | Varian | N/a | |
| ChemStation for LC (Software) | Agilent | N/a | |
| cOmplete Mini Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 11836153001 | |
| Distearoylphosphatidylcholine (18:0 PC) | Avanti Polar Lipids | 850365C | |
| E. Coli BL21 DE3 Cells | New England Biolabs | C2530H | |
| Freezone 4.5 Freeze Dry System | Labconco | 7750000 | |
| Glutathione Resin | Genescript | L00206 | |
| Glutathione, Reduced | Fisher Scientific | BP25211 | |
| Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) | Fisher Scientific | 34060 | |
| Jasco CD spectropolarimeter | Jasco | J-815 | |
| Millex Syringe Filter Unit | EMD Millipore | SLGS033SS | |
| NMRPipe (Software) | Delaglio et al. | N/a | Delaglio, F. et al. Nmrpipe – a Multidimensional Spectral Processing System Based On Unix Pipes. J. Biomol. NMR 6, 277–293 (1995). |
| NMRViewJ (Software) | Johnson et al. | N/a | Johnson, B. A. & Blevins, R. A. NMR View: A computer program for the visualization and analysis of NMR data. J. Biomol. NMR 4, 603–614 (1994). |
| Oleic acid | Sigma-Aldrich | O1008 | |
| Pierce BCA Protein Assay | Sigma-Aldrich | BCA1-1KT | |
| Polaris 5 C18-A 250×10.0 mm HPLC Column | Agilent | SKU: A2000250X100 | |
| SD-200 Vacuum Pump | Varian | VP-195 | |
| Sodium Cholate Hydrate | Sigma-Aldrich | C6445 | |
| Sodium Palmitate | Sigma-Aldrich | P9767 | |
| Sodium Stearate | Sigma-Aldrich | S3381 | |
| VnmrJ (Software) | Varian | N/a |
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