共有結合は、自己組織化単分子膜の手法を用いて表面上のBMP-2の結合
Summary
我々は、表面上にBMP-2の効率的な固定化を達成するための方法を記載している。我々のアプローチは、その遊離アミン残基を介してBMP-2の共有結合を達成するために、自己組織化単分子膜の形成に基づく。この方法は、細胞膜でのシグナル伝達を研究するための便利なツールです。
Abstract
骨形成タンパク質2（BMP-2）は、骨組織の細胞外マトリックス中に埋め込まれた成長因子である。このようにして治癒およびデノボ骨形成を刺激する骨芽細胞への間葉系細胞の分化のトリガーとしてBMP-2作用する。足場と組み合わせた組換えヒトBMP-2（のrhBMP-2）の臨床使用は、プレゼンテーションモードに基づいて、最近の論争を調達していると量が送達される。ここで紹介するプロトコルは、細胞へのin vitroでの研究のために、BMP-2を実現するための簡単で効率的な方法を提供します。私たちは、ヘテロ二官能性リンカーからなる自己組織化単分子膜を形成する方法を説明し、のrhBMP-2の共有結合固定化を得るために、その後の結合工程を示す。このアプローチでは、タンパク質の生物学的活性を維持しながら、BMP-2の持続的な提示を実現することができる。実際には、BMP-2の表面固定化は、非特異的な広告を防ぐことによって、ターゲットを絞った調査を可能にするorption、成長因子の量を低減しつつ、最も顕著には、表面からの制御されない放出を阻害する。細胞は、共有結合で固定化したrhBMP-2を提示する表面に露出しているときにBMP-2によって引き起こさ両方短期および長期のシグナル伝達事象は、BMP-2刺激に対する細胞応答に関するin vitro研究のためのこのアプローチが適して、行われている。
Introduction
骨形成タンパク質2（BMP-2）は、 デノボ骨形成ならびに胚発生および成体のホメオスタシス1-3中のいくつかの組織の調節因子の誘導物質としてトランスフォーミング成長因子（TGF-β）ファミリーの作用のメンバーである。 生物学的に活性なホモ二量体のBMP-2タンパク質の各単量体は、非常にすべてのBMP 4に保存されている「システインノット」モチーフを、含まれています。第七のシステインは二つのモノマー5,6間の分子間結合を形成する、二量体化に関与しているのに対し、7個のシステイン残基の六つは、各単量体を安定化する分子内ジスルフィド結合を形成する。この高度に保存されたシステインノットは、BMP-2タンパク質の三次元構造を定義し、熱、変性剤及び酸性pH 7-9に対する抵抗としてのそのユニークな特性を決定する。 BMP-2は、それによってシグナル伝達を誘導する、セリン/スレオニンキナーゼ膜貫通受容体に結合する<sup> 10月12日。受容体のオリゴマーのモードに応じて、異なるシグナル伝達経路が活性化されています。のSmad非依存のシグナル伝達カスケードは、Smadの複雑な核移行との転写の活性化受容体リン酸化の結果によって活性化されたSmad依存性経路のに対し、p38シグナルを経由して、アルカリホスファターゼ誘導を導くこのような分化の阻害剤（Id）の12〜14などの特定の標的遺伝子。
骨形態では、BMP-2は、このように治癒および骨のデノボ形成を刺激、骨芽細胞への間葉系幹細胞の分化を誘導する。現在、組換え的にBMP-2は、骨折したサイトの治癒を促進するために臨床応用されている表現。骨組織工学における一般的な方法は、局所送達システムと比較して低侵襲性で注射可能な成長因子の使用である。しかしながら、 インビボ研究と臨床応用が示されているその短い生物学的半減期、非特異的locのalizationおよびBMP-2の迅速な局所的クリアランスは、いくつかの、地元の異所性および全身の問題15につながる可能性があります。従って、効果的なプレゼンテーションを得るために、材料内又は上にBMP-2の捕捉または固定化は、標的部位でのそのローカルおよび持続送達のために必要である。持続的な送達は、物理的捕捉、吸着またはイオン錯体16のような非共有結合性の保持の手法を用いて達成することができる。しかしながら、分子17の変性における表面へのタンパク質の非特異的吸着がよい結果が知られている。増殖因子の共有結合のために、支持体の種類は、過去10年間にわたって開発されてきた。例えば、タンパク質のアミノ基またはカルボキシル基を標的とする二官能性連結分子の使用は、必ずしも固定化を達成するために、タンパク質の修飾を必要としないアプローチの一種である。実際には、一方のタンパク質修飾は、タンパク質の配向を制御するという利点を提供人工的なドメイン、ペプチドタグおよび部位特異的鎖の導入は、成長の生物学的活性は、17因子変更することができる。従って、原因支持材料との相互作用のために変性を回避するために、表面が所望の因子18のカップリングに続いて、連結分子の自己組織化単分子膜（SAM）を用いて、例えば、予め官能化することができる。我々は、その遊離アミン残基を標的とすることによって共有結合的に表面にBMP-2を固定化するSAMベースのアプローチを使用して、固定化タンパク質がその短期および長期の生物学的活性の19の両方を保持することが示されている。このプロトコルは、細胞膜で発生し、骨形成シグナルを担当する細胞内シグナル伝達を調節するメカニズムに関するin vitro試験のための細胞にBMP-2を実現するための簡単で効率的な方法を提供します。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルでは、生物活性のrhBMP-2で官能化表面の調製が記載されている。 ;のrhBMP-2タンパク質の2）の共有結合固定金表面上の二官能性リンカーの自己集合単分子層（SAM）の1）初期形成：このアプローチは、2つのステップを含む。以前の研究では、二官能性リンカーおよび成長因子の有効な結合を検証し、表面固定化のrhBMP-2は、その生物学的活性19を維持することを実?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我々は彼の親切なサポートのために教授JPスパッツ（生物物理化学、ハイデルベルク大学、新素材やバイオシステムズの専攻、知能システムのためのマックスプランク研究所、シュツットガルト）に感謝。マックスプランク研究機構とドイツ学術振興（EAC-AへのDFG SFB/TR79。）からの財政支援も大幅に認められている。
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| N-hydroxysuccinimide | Sigma-Aldrich | 130672 | |
| 4-(dimethylamino)pyridin | Sigma-Aldrich | 522805 | |
| Acetone | AppliChem | A2282 | |
| 11-mercaptoundecanoic acid | Sigma-Aldrich | 674427 | |
| Dichlormethane | Merck | 106050 | |
| N,N'-dicyclohexylcarbodiimide | Sigma-Aldrich | D80002 | |
| Petroleum benzene | Merck | ||
| Glass coverslips | Carl Roth | M 875 | |
| Ethylacetate | AppliChem | A3550 | |
| Methanol | Carl Roth | 4627 | |
| N,N-dimethylformamide | Carl Roth | T921 | |
| rhBMP-2 | R&D Systems | 355-BM | Carrier-free; expressed in E.coli |
| PBS | PAA | H15-002 | |
| NaCl | Carl Roth | HN00.2 | |
| Poly(dimethyl siloxane) (PDMS) | Dow Corning | ||
| Sylgard 184 silicone elastomer kit | Dow Corning | ||
| Anti-rhBMP-2 | Sigma | B9553 | |
| Goat anti-mouse IgG-HRP | Santa Cruz | sc-2005 | Secondary antibody |
| Ampliflu Red assay | Sigma | 90101 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) (1x), liquid | Gibco | 41966 | High glucose |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma | F7524 | Sterile filtered, cell culture tested |
| Pen/Strep | Gibco | 15140 | |
| Trypsin 0.05% (1x) with EDTA 4Na | Gibco | 25300 | |
| Glycine (0.1 M) | Riedel-de Haën | 33226 | |
| IGEPAL CA-630 (1%) | Sigma | I8896 | Lysis buffer (ALP assay)19 |
| Magnesium chloride (MgCl2)(1 mM) | Carl Roth | HNO3.2 | |
| Zinc chloride (ZnCl2) (1 mM) | Carl Roth | 3533.1 | |
| p-nitrophenylphosphate (pNPP) | Sigma | S0942 | Phosphatase substrate |
| Anti-mysin heavy chain (MHC) | Developmental Studies Hybridoma Bank, University of Iowa | MF20 | Monoclonal antibody |
| Alexa Fluor 488 Goat anti-mouse IgG | Invitrogen | A11001 | |
| DAPI | Sigma | D9542 | |
| Equipment | |||
| Ultrsonic bath (Sonorex Super RK 102H), Frequency 35 kHz | BANDELIN electronic GmbH & Co. KG | ||
| MED 020 Sputtercoating system | BAL-TEC AG | Coating conditions Cr: 120 mA, 1.3 x 10-2 mbar, 30 sec Au: 60 mA, 5.0 x 10-2 mbar, 45 sec |
|
| Tecan Infinite M200 Plate reader | Tecan |
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