A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
We describe here a cost-efficient granzyme expression system using HEK293T cells that produces high yields of pure, fully glycosylated and enzymatically active protease.
When cytotoxic T lymphocytes (CTL) or natural killer (NK) cells recognize tumor cells or cells infected with intracellular pathogens, they release their cytotoxic granule content to eliminate the target cells and the intracellular pathogen. Death of the host cells and intracellular pathogens is triggered by the granule serine proteases, granzymes (Gzms), delivered into the host cell cytosol by the pore forming protein perforin (PFN) and into bacterial pathogens by the prokaryotic membrane disrupting protein granulysin (GNLY). To investigate the molecular mechanisms of target cell death mediated by the Gzms in experimental in-vitro settings, protein expression and purification systems that produce high amounts of active enzymes are necessary. Mammalian secreted protein expression systems imply the potential to produce correctly folded, fully functional protein that bears posttranslational modification, such as glycosylation. Therefore, we used a cost-efficient calcium precipitation method for transient transfection of HEK293T cells with human Gzms cloned into the expression plasmid pHLsec. Gzm purification from the culture supernatant was achieved by immobilized nickel affinity chromatography using the C-terminal polyhistidine tag provided by the vector. The insertion of an enterokinase site at the N-terminus of the protein allowed the generation of active protease that was finally purified by cation exchange chromatography. The system was tested by producing high levels of cytotoxic human Gzm A, B and M and should be capable to produce virtually every enzyme in the human body in high yields.
وGzms أسرة مكونة من البروتياز سيرين مثلي غاية موضعية في الجسيمات الحالة المتخصصة CTL وخلايا NK 1. تحتوي على حبيبات السامة للخلايا من هذه الخلايا القاتلة أيضا البروتينات تعطيل غشاء PFN وGNLY التي تم إصدارها في وقت واحد مع Gzms على الاعتراف الخلية المستهدفة الموجهة للقضاء 2،3. هناك خمسة Gzms في البشر (GzmA، B، H، K و M)، و 10 Gzms في الفئران (GzmA - G، K، M و N). GzmA وGzmB هي الأكثر وفرة، ودرس على نطاق واسع في البشر والفئران 1. ومع ذلك، فقد بدأت دراسات أكثر حداثة للتحقيق في مسارات الخلايا من الموت، فضلا عن الآثار البيولوجية إضافية بوساطة من قبل الطرف الآخر، ما يسمى Gzms اليتيم في الصحة والمرض (4).
وظيفة الأكثر شهرة من بين Gzms، ولا سيما من GzmA وGzmB، هو تحريض موت الخلايا المبرمج في خلايا الثدييات عندما سلمت إلى الخلايا المستهدفة من قبل PFN 5،6. لكنأظهر المزيد من الدراسات الحديثة أيضا آثار خارج الخلية من Gzms مع تأثير عميق على تنظيم جهاز المناعة والالتهابات، بصرف النظر عن تسليم عصاري خلوي من قبل PFN 7،8. كما تم توسيع نطاق من الخلايا التي يتم قتل بكفاءة بعد دخول عصاري خلوي من Gzms مؤخرا من خلايا الثدييات للبكتيريا 9،10 وحتى بعض الطفيليات 11. هذه الاكتشافات الحديثة فتحت حقل جديد كليا للباحثين Gzm. ولذلك، فإن لذلك، عالية الغلة نظام التعبير الثدييات فعالة من حيث التكلفة يخفف إلى حد كبير من الطريق لتلك الدراسات المستقبلية.
تم تخصيبه الإنسان، والماوس والفئران مواليد Gzms بنجاح من جزء الحبيبية من CTL والخلايا القاتلة الطبيعية خطوط 12-14. ومع ذلك، في أيدينا العائد من هذه التقنيات تنقية هو في حدود الثقافة أقل من 0.1 ملغم / لتر الخلية (المراقبة غير منشورة و 12). وعلاوة على ذلك، فإن القرار الكروماتوغرافي من Gzm واحد دون التلوث آلات موسيقية أخرىص Gzms و / أو البروتينات التي هي أيضا موجودة في حبيبات يتحدى (بيانات غير منشورة و12،14). أنتجت Gzms المؤتلف في البكتيريا 15، 16 الخميرة، وخلايا الحشرات 17 وحتى في خلايا الثدييات مثل HEK 293 18،19. فقط الأنظمة التعبير الثدييات تحمل القدرة على إنتاج الإنزيمات المؤتلف مع التعديلات posttranslational متطابقة إلى البروتين السامة للخلايا الأم. قد تورطت التعديلات Posttranslational مع امتصاص محددة من قبل الإلتقام وتوطين الخلايا من البروتيني داخل الخلايا المستهدفة 20-22. ولذلك، باستخدام pHLsec 23 (هدية كريمة من رادو Aricescu وايفون جونز، جامعة أوكسفورد، المملكة المتحدة) باعتبارها العمود الفقري البلازميد لGzm التعبير، أنشأنا نظام بسيط زمني وفعالة من حيث التكلفة لإنتاج بروتين عالية الغلة في خلايا HEK293T. pHLsec يجمع بين محسن CMV مع الدجاج Β أكتين المروج. معا، وهذه العناصر demonstraتيد أقوى نشاط المروج في مختلف خطوط الخلايا 24. بالإضافة إلى ذلك، البلازميد يحتوي على أرنب Β-غلوبين إنترون، إلى أقصى حد كوزاك وإفراز الإشارات، واليس-6xHis العلامة وبولي-A إشارة. إدراج يمكن استنساخ مريح بين إشارة إفراز واليس-6xHis العلامة (الشكل 1) ضمان التعبير الأمثل وكفاءة إفراز البروتينات التي تفتقر إلى المجالات N-المحطة المناسبة. للتعبير عن Gzms، استبدلنا الذاتية تسلسل إشارة إفراز مع إشارة إفراز المقدمة من ناقلات يعقبه إنتيروكيناز (EK) الموقع (DDDDK) بحيث العلاج EK تنشيط Gzms يفرز (Gzms نشاطا تبدأ مع N-محطة تسلسل الأحماض الأمينية IIGG 25). بالإضافة إلى ذلك لصالح لهذا الأسلوب، وخلايا HEK293T تنمو بسرعة في البلدان المنخفضة المتوسطة الثمن، مثل Dulbecco لتعديل متوسطة النسر (DMEM)، وهي مناسبة تماما للفعالة من حيث التكلفة الكالسيوم فوسفات طريقة ترنسفكأيشن.
1. إنتاج البلازميد التعبير pHLsec-Gzm
2. التعبير عن Gzms في الخلايا HEK293T
النشاط 3. اختبار Gzm
في القسم التالي سنعرض وثائق كاملة لإعداد GzmA لإلقاء الضوء على الأسلوب. نحن أيضا تنقية بنجاح GzmB وGZMM، وتنتج نتائج مماثلة فيما يتعلق كفاءة تنقية والنشاط. ومع ذلك، من تلك التحضيرات في وقت لاحق سوف نظهر فقط بضع قطع مختارة من البيانات. استخدمت الاستعدادات GzmB من خلايا 293T بعد ?...
الدور الكلاسيكي، ودرس على نطاق واسع من GzmA وGzmB هو استحثاث موت الخلايا المبرمج في خلايا الثدييات بعد الولادة عصاري خلوي من خلال البروتين تشكيل المسام PFN 1. مؤخرا، تم توسيع نطاق السامة للخلايا من Gzms كبير من خلايا الثدييات للبكتيريا 9،10، فضلا عن بعض الطفيليات <...
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by grants from the Novartis Foundation for Medical-Biological Research and from the Research Pool of the University of Fribourg (to MW). We thank Li Zhao, Zhan Xu, and Solange Kharoubi Hess for technical support, as well as Radu Aricescu and Yvonne Jones (Oxford University, UK) for providing the pHLsec plasmid, and Thomas Schürpf (Harvard Medical School) for helpful discussions.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
TRIzol Reagent | Invitrogen | 15596-026 | Total RNA isolation kit |
SuperScript II Reverse Transcriptase | Invitrogen | 18064-014 | |
Phusion High-Fidelity DNA Polymerase | NEB | M0530L | |
EndoFree Plasmid Maxi Kit | QIAGEN | 12362 | |
EX-CELL 293 Serum-Free Medium for HEK 293 Cells | Sigma | 14571C | |
DMEM, high glucose, GlutaMAX Supplement, pyruvate | Gibco | 31966-021 | |
SnakeSkin Dialysis Tubing, 10K MWCO | Thermo Scientific | 68100 | |
Enterokinase from bovine intestine | Sigma | E4906 | recombinant, ≥20 units/mg protein |
HisTrap Excel 5 ml column | GE Healthcare | 17-3712-06 | Nickel IMAC |
HiTrap SP HP 5 ml column | GE Healthcare | 17-1152-01 | S column |
N-α-Cbz-L-lysine thiobenzylester (BLT) | Sigma | C3647 | GzmA substrate |
Boc-Ala-Ala-Asp-S-Bzl (AAD) | MP Biomedicals | 2193608 _10mg | GzmB substrate |
Suc-Ala-Ala-Pro-Leu-p-nitroanilide (AAPL) | Bachem | GzmM substrate | |
5,5′-dithio-bis(2-nitrobenzoic acid) (DTNB) | Sigma | D8130 | Ellman`s reagent |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved