A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
تفاصيل هذا البروتوكول الخطوات الهامة اللازمة لbioconjugation من السيستين التي تحتوي على البروتين لmaleimide، بما في ذلك تنقية الكاشف، ظروف التفاعل، وتنقية bioconjugate وتوصيف bioconjugate.
The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the development of antibody drug conjugates (ADCs) and nanomedicine, fluorescent microscopy and systems chemistry. For many of these applications, specificity of the bioconjugation method used is of prime concern. The Michael addition of maleimides with cysteine(s) on the target proteins is highly selective and proceeds rapidly under mild conditions, making it one of the most popular methods for protein bioconjugation.
We demonstrate here the modification of the only surface-accessible cysteine residue on yeast cytochrome c with a ruthenium(II) bisterpyridine maleimide. The protein bioconjugation is verified by gel electrophoresis and purified by aqueous-based fast protein liquid chromatography in 27% yield of isolated protein material. Structural characterization with MALDI-TOF MS and UV-Vis is then used to verify that the bioconjugation is successful. The protocol shown here is easily applicable to other cysteine - maleimide coupling of proteins to other proteins, dyes, drugs or polymers.
Bioconjugation ينطوي على ربط تساهمي جزيء حيوي واحد مع آخر أو مع جزيء اصطناعي مثل صبغة، المخدرات أو البوليمر. وتستخدم أساليب bioconjugation البروتين الآن على نطاق واسع في العديد من المجموعات البحثية والكيمياء، والبيولوجيا، وتكنولوجيا النانو مع تطبيقات تتراوح بين الفلورسنت صبغ العلامات 1،2، مما يجعل من البروتين (الضد) -prodrugs 3 (تقارن الأجسام المضادة المخدرات - ADCS) توليف البروتين dimers 4،5 ، وصولا إلى السيارات الهجينة البروتين البوليمر الذاتي تجميع 6،7 المستخدمة في النانوي 8 و أنظمة الكيمياء 9.
خصوصية الكيمياء المستخدمة لbioconjugation، في حين لا تنتقد دائما، هو من أهمية قصوى بالنسبة bioconjugates البروتين الأكثر وظيفية، حتى لا تتداخل مع موقع نشط من البروتين الهدف. يحتاج رد فعل bioconjugation المثالي لتحقيق عدة معايير، بما في ذلك: أ) استهداف مواقع نادرة أو فريدة من نوعها على البروتين من الفائدة،ب) أن يكون انتقائيا نحو تحقيق هذا الهدف، ج) المضي قدما في ظل ظروف غير تغيير طبيعة لتجنب البروتين تتكشف والرابع) تكون ذات العائد المرتفع مثل البروتين المستهدف عادة ما يتوافر فقط في تركيز شبه millimolar. وmaleimide - السيستين مايكل بالإضافة يقترب من تحقيق كل هذه المعايير، ولديها لهذا السبب ادعى طويلة وضعا خاصا في مجال bioconjugate الكيمياء 10. هذا هو لأنني) العديد من البروتينات التي تحتوي على السيستين واحد فقط بقايا على سطحها يمكن راثيا هناك، ثانيا) في الرقم الهيدروجيني الصحيحة رد فعل انتقائي للغاية نحو السيستين، ج) وهي تنطلق بسلاسة في المخازن المائية والرابع) فهي سريعة جدا مع معدل ثابت الدرجة الثانية من maleimides للبروتينات التي تحتوي على السيستين ذكرت أن تتجاوز 5000 م -1 ثانية -1 في بعض الحالات 11. قدمت البروتين من الفائدة يمكن أن يتسامح مع كمية صغيرة (≈ 5-10٪) من عضوية المشارك المذيبات 12، أي ما يقرب صبغ functionalized maleimide، صlymer، السطح أو بروتين آخر يمكن ربط البروتينات. وبالإضافة إلى ذلك، maleimides هم أكثر تحديدا لcysteines على البروتينات من iodoacetamides، والتي هي أكثر عرضة للتفاعل مع محب للنواة أخرى في درجة الحموضة المرتفعة. وأكثر استقرارا من الإقتران القائم على ثاني كبريتيد التي تحتاج إلى أن تبقى في درجة الحموضة الحمضية لمنع الصرف ثاني كبريتيد 13.
نحن هنا نورد بروتوكول عام لتصريف جزيئات functionalized maleimide إلى البروتين تحتوي على بقايا السيستين واحدة باستخدام تفاعل بين رو (II) حامل اللون المستندة إلى والبروتين الأكسدة السيتوكروم ج كمثال على ذلك. هذا البروتوكول هو ينطبق أيضا على معظم البروتينات الأخرى التي تحتوي على الوصول بقايا السيستين السطحية والمستهدفة functionalized maleimide المقابلة، سواء كان بروتين آخر، صبغة الفلورسنت، وحامل اللون أو البوليمر الاصطناعية.
ملاحظة: تم تصميم البروتوكول التالي لتركيب وbioconjugate البروتين صبغ كما هو مبين في الشكل رقم 1 وهو بروتوكول عام للتفاعل من maleimide مع السيستين سطح مجانية تحتوي على البروتينات، مع ملاحظات إدراج حيثما ينطبق ذلك للمساعدة في بروتين الغشاء. bioconjugates، bioconjugates البروتين البوليمر، وديمر البروتين المركب (البروتين البروتين) bioconjugates. في هذه الحالة بالذات، البروتين ISO-1 السيتوكروم لديها واحد سطح السيستين بقايا المتاحة للرد الذي يسمح لوضع العلامات محددة للغاية للتحدث. إذا كان البروتين من الفائدة لديها بقايا السيستين متعددة، وينطبق نفس البروتوكول، وإن كان ذلك مع فقدان للخصوصية وتجانس المنتج. الكيمياء تستهدف بقايا يسين السطح، وذلك باستخدام N -hydroxysuccinimidyl استرات أو ايزوثيوسيانيتس، قد يكون نهجا أكثر بساطة إذا لم يتم تتطلب التحديد.
الشكل مخطط رد الفعل 1. Bioconjugation. وحالة سبيل المثال، حصاد الضوء، وسوف تعلق على أساس الروتينيوم جزيء هوائي لالسيتوكروم عبر مايكل إضافة maleimide قلادة على جزيء هوائي القائم على الروثينيوم وبقايا السيستين يتعرض (CYS102) على البروتين. المنطقة الحمراء لسطح CYT ج يشير إلى مجموعة الهيم. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
1. تنقية السيتوكروم ج
ملاحظة: هذه الخطوة لا تنطبق على جميع البروتينات. ومع ذلك، فمن المهم أن نعرف أن البروتين الحصول عليها من المورد التجاري يمكن أن تحتوي على أخرى، الإسوية بروتين غير مرغوب فيها والتي قد تحتاج إلى إزالتها عن طريق مزيد من تنقية 13.
2. تجميع السيتوكروم ج Bioconjugates
3. تنقية Bioconjugates ج السيتوكروم
4. توصيف Bioconjugates ج السيتوكروم
ويؤكد تركيب bioconjugates بواسطة ثلاث طرق رئيسية: مصفوفة بمساعدة الليزر الامتزاز التأين وقت الرحلة الطيف الكتلي (MALDI-TOF MS)، بولي أكريلاميد الكهربائي للهلام، والأشعة فوق البنفسجية-مرئي (أشعة فوق البنفسجية فيس) التحليل الطيفي، كما هو مبين في الشكلين 2، 3<...
تنقية المواد الأولية قبل bioconjugation أمر في غاية الأهمية. البروتينات التي تم الحصول عليها من مصادر المؤتلف التجارية غالبا ما تحتوي على الإسوية أخرى من البروتين من الفائدة، والتي يمكن أن يكون مختلفا الكيمياء السطحية والقابلية للتفاعل. على سبيل المثال، في bioconjugation وصفها، ...
The authors have nothing to disclose.
We thank the Australian Research Council (ARC) for ARC Future Fellowship (FT120100101) and ARC Centre of Excellence CE140100036) grants to P.T. and the Mark Wainwright Analytical Centre at UNSW for access to mass spectrometry and NMR facilities.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
sodium dihydrogen phosphate | Sigma-Aldrich | 71496 | |
sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | 71691 | |
sodium chloride | Sigma-Aldrich | 73575 | |
cytochrome c, from saccaromyces cerevisiae | Sigma-Aldrich | C2436 | |
dithiothreitol | Sigma-Aldrich | 43819 | |
TSKgel SP-5PW | Sigma-Aldrich | Tosoh SP-5PW, 07161 | 3.3 ml strong cation exchange column |
Amicon Ultra-15 | Merck-Millipore | UFC900308 | 3.5 kDa spin filter |
Slide-A-Lyzer mini dialysis units | Thermo Scientific | 66333 | 3.5 kDa dialysis cassetes |
Ru(II) bisterpyridine maleimide | Lab made | see ref (14) | |
acetonitrile | Sigma-Aldrich | A3396 | |
ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma-Aldrich | 03609 | |
tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride | Sigma-Aldrich | 93284 | |
imidazole | Sigma-Aldrich | 56749 | |
nickel acetate | Sigma-Aldrich | 244066 | |
AcroSep IMAC Hypercell column | Pall | via VWR: 569-1008 | 1 ml IMAC column |
0.2 micron cellulose membrane filter | Whatman | Z697958 | 47 mm filter for buffers |
0.2 micron PVDF membrane filter | Merck-Millipore | SLGV013SL | syringe filters for proteins |
hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 84426 | Extremely corrosive! Use caution. |
caffeic acid | Sigma-Aldrich | 60018 | MALDI matrix |
trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | 91707 | extremely corrosive! Use caution |
SimplyBlue SafeStain | Thermo Scientific | LC6060 | Coomassie blue solution |
NuPAGE Novex 12% Bis-Tris Gel | Thermo Scientific | NP0342BOX | precast protein gels |
SeeBlue Plus2 Pre-stained Protein Standard | Thermo Scientific | LC5925 | premade protein ladder |
NuPAGE LDS Sample Buffer (4x) | Thermo Scientific | NP0008 | premade gel sample buffer |
NuPAGE Sample Reducing Agent (10x) | Thermo Scientific | NP0004 | premade gel reducing agent |
NuPAGE MES SDS Running Buffer (20x) | Thermo Scientific | NP0002 | premade gel running buffer |
Voyager DE STR MALDI reflectron TOF MS | Applied Biosystems | ||
Acta FPLC | GE | Fast Protein Liquid Chromatography | |
Cary 50 Bio Spectrophotometer | Varian-Agilent | UV-Vis | |
Milli-Q ultrapure water dispenser | Merck-Millipore | ultrapure water | |
Low volume UV-Vis Cuvette | Hellma | 105-201-15-40 | 100 microliter cuvette |
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