Her presenterer vi en protokoll for genetisk inkorporering av L-dihydroxyphenylalanine biosynthesized fra enkle Start materialer og sin søknad til protein Bøyning.
L-dihydroxyphenylalanine (DOPA) er en aminosyre som finnes i biosyntesen av katekolaminer i dyr og planter. På grunn av bestemt biokjemiske egenskaper har aminosyren flere bruker i biokjemiske programmer. Denne rapporten beskriver en protokoll for genetisk inkorporering av biosynthesized DOPA og sin søknad til protein Bøyning. DOPA er biosynthesized av en tyrosin fenol-lyase (TPL) fra catechol, pyruvate og ammoniakk aminosyren er direkte tatt inn proteiner av genetisk innlemmelse metoden bruker en utviklet aminoacyl-tRNA og aminoacyl-tRNA synthetase par. Direkte tilknyttet systemet inkorporerer effektivt DOPA med lite innlemmelse av andre naturlige aminosyrer og bedre protein avkastning enn forrige genetisk innlemmelse systemet for DOPA. Protein Bøyning med DOPA inneholder proteiner er effektiv og områdespesifikke og viser nytten for ulike applikasjoner. Denne protokollen gir protein forskere med detaljerte prosedyrer for effektiv biosyntesen av mutant proteiner som inneholder DOPA på ønskede områder og deres Bøyning for industri og farmasøytiske.
DOPA er en aminosyre som er involvert i biosyntesen av katekolaminer i dyr og planter. Denne aminosyren er syntetisert fra Tyr av tyrosin hydroksylase og molekylære oksygen (O2)1. Fordi DOPA er en forløper til dopamin og kan trenge gjennom blod – hjerne barrieren, har det vært brukt i behandling av Parkinsons sykdom2. DOPA er også funnet i blåskjell vedheft proteiner (kart), som er ansvarlig for egenskapene selvklebende blåskjell i våte forhold,3,,4,,5,,6,,7. Tyr er opprinnelig kodet på plasseringen der DOPA finnes i kart og deretter konverteres til DOPA av tyrosinases8,9. På grunn av dens interessante biokjemiske egenskaper, har DOPA blitt brukt i en rekke applikasjoner. Gruppen dihydroxyl i DOPA er kjemisk utsatt for oksidasjon aminosyren omdannes lett til L-dopaquinone, en forløper til melanins. På grunn av sin høye electrofilia, har L-dopaquinone og dets derivater blitt brukt for crosslinking og Bøyning med thiols og aminer10,11,12,13. 1,2-quinones kan også fungere som en diene for sykloaddisjonsreaksjoner og har vært brukt i bioconjugation av belastning forfremmet oksidasjon-kontrollerte cyclooctyne-1,2-quinone (SPOCQ) cycloaddition14. I tillegg gruppen dihydroxyl kan chelate metall ioner som Fe3 + og Cu2 +og proteiner som inneholder DOPA har vært benyttet for narkotika-leveranser og metall ion sensing15,16.
DOPA har vært genetisk innlemmet i proteiner ved hjelp av en ortogonale aminoacyl-tRNA (aa-tRNA) og aminoacyl-tRNA synthetase (aaRS) par17 og brukt for protein bøyning og crosslinking10,11, 12,13. Eksperimentelle resultater og protokoller for genetisk inkorporering av DOPA biosynthesized fra billige Start materialer og dens søknadene å bioconjugation beskrives i denne rapporten. DOPA er biosynthesized bruker en TPL og starter fra catechol, pyruvate, og ammoniakk i Escherichia coli. Biosynthesized DOPA er direkte tatt inn proteiner ved å uttrykke et utviklet aa-tRNA og aaRS par for DOPA. I tillegg blir biosynthesized protein inneholder DOPA site-specifically bøyd med fluorescerende sonde og krysskoblet å produsere protein oligomers. Denne protokollen er nyttig for protein forskere, biosynthesize mutant proteiner som inneholder DOPA og bøy proteiner med biokjemiske sonder eller medisiner for industri og farmasøytiske.
I denne protokollen, er den biosyntesen og direkte innlemmelse av DOPA beskrevet. Bakteriell cellen som er brukt i denne metoden kan syntetisere en ekstra aminosyre og bruke den som en unaturlig byggeblokk for proteinsyntese. Genetisk inkorporering av unaturlig aminosyrer har vært en viktig teknologi for utvikling av unaturlig organisme med en utvidet genetiske koden. Men denne metoden er teknisk ufullstendig og endres for å forbedre innlemmelse effektiviteten og redusere forstyrrelsene endogene oversettelse systemer. …
The authors have nothing to disclose.
Denne forskningen ble støttet av den globale Frontier Research Program (NRF-2015M3A6A8065833), og den grunnleggende Science Research Program (2018R1A6A1A03024940) gjennom de National Research Foundation av Korea (NRF) finansiert av Korea regjeringen.
1. Plasmid Construction | |||
Plasmid pBAD-dual-TPL-GFP-E90TAG | optionally contain the amber stop codon(TAG) at a desired position. Ko, W. et al. Efficient and Site-Specific Antibody Labeling by Strain-promoted Azide-Alkyne Cycloaddition. BKCS. 36 (9), 2352-2354, doi: 10.1002/bkcs.10423, (2015) | ||
Plasmid pEvol-DHPRS2 | 1. Young, T. S., Ahmad, I., Yin, J. A., and Schultz, P. G. An enhanced system for unnatural amino acid mutagenesis in E. coli. J. Mol. Biol. 395 (2), 361-374, doi: 10.1016/j.jmb.2009.10.030, (2010) 2. Kim, S., Sung, B. H., Kim, S. C., Lee, H. S. Genetic incorporation of l-dihydroxyphenylalanine (DOPA) biosynthesized by a tyrosine phenol-lyase. Chem. Commun. 54 (24), 3002-3005, doi: 10.1039/c8cc00281a (2018). | ||
DH10β | Invitrogen | C6400-03 | Expression Host |
Plasmid Mini-prep kit | Nucleogen | 5112 | 200/pack |
Agarose | Intron biotechnology | 32034 | 500 g |
Ethidium bromide | Alfa Aesar | L07482 | 1 g |
LB Broth | BD Difco | 244620 | 500 g |
2. Culture preparation | |||
2.1) Electroporation | |||
Micro pulser | BIO-RAD | 165-2100 | |
Micro pulser cuvette | BIO-RAD | 165-2089 | 0.1 cm electrode gap, pkg. of 50 |
Ampicillin Sodium | Wako | 018-10372 | 25 g |
Chloramphenicol | Alfa Aesar | B20841 | 25 g |
Agar | SAMCHUN | 214230 | 500 g |
SOC medium | Sigma | S1797 | 100 mL |
3. Expression and Purification of GFP-E90DOPA by biosynthetic system | |||
3.1 Expression of GFP-E90DOPA by biosynthetic system | |||
L(+)-Arabinose, 99% | Acros | 104981000 | 100 g |
Pyrocatechol, 99% | SAMCHUN | P1387 | 25 g |
Ammonium sulfate, 99% | SAMCHUN | A0943 | 500 g |
pyruvic acid, 98% | Alfa Aesar | A13875 | 100 g |
Sodium phosphate dibasic, anhydrous, 99% | SAMCHUN | S0891 | 1 kg |
Potassium phophate, monobasic, 99% | SAMCHUN | P1127 | 1 kg |
Magnesium sulfate, anhydrous, 99% | SAMCHUN | M0146 | 1 kg |
D(+)-Glucose, anhydrous, 99% | SAMCHUN | D0092 | 500 g |
Glycerol, 99% | SAMCHUN | G0269 | 1 kg |
Trace metal mix a5 with co | Sigma | 92949 | 25 mL |
L-Proline, 99% | SAMCHUN | P1257 | 25 g |
L-Phenylalanine, 98.5% | SAMCHUN | P1982 | 25 g |
L-Tryptophane | JUNSEI | 49550-0310 | 25 g |
L-Arginine, 98% | SAMCHUN | A1149 | 25 g |
L-Glutamine, 98% | JUNSEI | 27340-0310 | 25 g |
L-Asparagine monohydrate, 99% | SAMCHUN | A1198 | 25 g |
L-Methionine | JUNSEI | 73190-0410 | 25 g |
L-Histidine hydrochloride monohydrate, 99% | SAMCHUN | H0604 | 25 g |
L-Threonine, 99% | SAMCHUN | T2938 | 25 g |
L-Leucine | JUNSEI | 87070-0310 | 25 g |
Glycine, 99% | SAMCHUN | G0286 | 25 g |
L-Glutamic acid, 99% | SAMCHUN | G0233 | 25 g |
L-Alanine, 99% | SAMCHUN | A1543 | 25 g |
L-Isoleucine, 99% | SAMCHUN | I1049 | 25 g |
L-Valine, 99% | SAMCHUN | V0088 | 25 g |
L-Serine | SAMCHUN | S2447 | 25 g |
L-Aspartic acid | SAMCHUN | A1205 | 25 g |
L-Lysine monohydrochloride, 99% | SAMCHUN | L0592 | 25 g |
3.2 Cell lysis | |||
Imidazole, 99% | SAMCHUN | I0578 | 1kg |
Sodium phosphate monobasic, 98% | SAMCHUN | S0919 | 1 kg |
Sodium Chloride, 99% | SAMCHUN | S2907 | 1 kg |
Ultrasonic Processor – 150 microliters to 150 milliliters | SONIC & MATERIALS | VCX130 | |
3.3 Ni-NTA Affinity Chromatography | |||
Ni-NTA resin | QIAGEN | 30210 | 25 mL |
Polypropylene column | QIAGEN | 34924 | 50/pack, 1 mL capacity |
4. Oligomerization of Purified GFP-E90DOPA | |||
Sodium periodate, 99.8& | Acros | 419610050 | 5 g |
5. Conjugation of GFP-E90DOPA with an Alkyne Probe by Strain-Promoted Oxidation-Controlled Cyclooctyne–1,2-Quinone Cycloaddition (SPOCQ) | |||
Cy5.5-ADIBO | FutureChem | FC-6119 | 1mg |
6. Purification of Labeled GFP | |||
Amicon Ultra 0.5 mL Centrifugal Filters | MILLIPORE | UFC500396 | 96/pack, 500ul capacity |
7. SDS-PAGE Analysis and Fluorescence Gel Scanning | |||
1,4-Dithio-DL-threitol, DTT, 99.5 % | Sigma | 10708984001 | 10 g |
NuPAGE LDS Sample Buffer, 4X | Thermofisher | NP0007 | 10 mL |
MES running buffer | Thermofisher | NP0002 | 500 mL |
Nupage Novex 4-12% SDS PAGE gels | Thermofisher | NO0321 | 12 well |
Coomassie Brilliant Blue R-250 | Wako | 031-17922 | 25 g |
G:BOX Chemi Fluorescent & Chemiluminescent Imaging System | Syngene | G BOX Chemi XT4 | |
8. MALDI-TOF MS analysis by Trypsin Digestion | |||
8.1 Preparation of the digested peptide sample by trypsin digestion | |||
Tris(hydroxymethyl)aminomethane, 99% | SAMCHUN | T1351 | 500 g |
Hydrochloric acid, 35~37% | SAMCHUN | H0256 | 500 mL |
Dodecyl sulfate sodium salt, 85% | SAMCHUN | D1070 | 250 g |
Iodoacetamide | Sigma | I6125 | 5 g |
Trypsin Protease, MS Grade | Thermofisher | 90057 | 5 x 20 µg/pack |
C-18 spin columns | Thermofisher | 89870 | 25/pack, 200 µL capacity |
8.2 Analysis of the digested peptide by MALDI-TOF | |||
Acetonitirile, 99.5% | SAMCHUN | A0125 | 500 mL |
α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid | Sigma | C2020 | 10 g |
Trifluoroacetic acid, 99% | SAMCHUN | T1666 | 100 g |
MTP 384 target plate ground steel BC targets | Bruker | 8280784 | |
Bruker Autoflex Speed MALDI-TOF mass spectrometer | Bruker |