A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
We describe a simple protocol using only basic lab equipment to generate and purify large quantities of a fusion protein that contains mouse Myelin Oligodendrocyte Glycoprotein. This protein can be used to induce experimental autoimmune encephalomyelitis driven by both T and B cells.
Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disease of the central nervous system (CNS), thought to occur as a result of autoimmune responses targeting myelin. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is the most common animal model of CNS autoimmune disease, and is typically induced via immunization with short peptides representing immunodominant CD4+ T cell epitopes of myelin proteins. However, B cells recognize unprocessed protein directly, and immunization with short peptide does not activate B cells that recognize the native protein. As recent clinical trials of B cell-depleting therapies in MS have suggested a role for B cells in driving disease in humans, there is an urgent need for animal models that incorporate B cell-recognition of autoantigen. To this end, we have generated a new fusion protein containing the extracellular domain of the mouse version of myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) as well as N-terminal fusions of a His-tag for purification purposes and the thioredoxin protein to improve solubility (MOGtag). A tobacco etch virus (TEV) protease cleavage site was incorporated to allow the removal of all tag sequences, leaving only the pure MOG1-125 extracellular domain. Here, we describe a simple protocol using only standard laboratory equipment to produce large quantities of pure MOGtag or MOG1-125. This protocol consistently generates over 200 mg of MOGtag protein. Immunization with either MOGtag or MOG1-125 generates an autoimmune response that includes pathogenic B cells that recognize the native mouse MOG.
التصلب العصبي المتعدد هو مرض يصيب الإنسان تتميز التهاب مزمن والتنكس العصبي للجهاز العصبي المركزي والتي يعتقد أن تكون مدفوعة من قبل رد فعل المناعة الذاتية الموجهة نحو المايلين. فقدان المايلين ومحاور مع مرور الوقت تؤدي إلى الانحسار التدريجي لالمعرفية والحركية وظيفة 1. "التجريبية المناعة الذاتية التهاب الدماغ" هو مصطلح شامل لنماذج حيوانية من أمراض المناعة الذاتية الموجهة نحو الجهاز العصبي المركزي المايلين. مثل MS الإنسان، وعادة ما يتميز EAE بواسطة تسلل الخلايا المناعية للجهاز العصبي المركزي، وفي بعض الحالات، إزالة الميالين 2. ومع ذلك، فإن الدرجة التي تشبه أي نموذج EAE نظرا MS البشري في جزء يعتمد على نوع أو سلالة المستخدمة وعلى مدى تعقيد استجابة المناعة الذاتية الكامنة مكافحة المايلين.
المناعة الذاتية مكافحة الميلين يمكن أن يتسبب تجريبيا في العديد من الطرق، ولكن الأسلوب الأكثر شيوعا اليوم هي لتحصين الفئران مع الببتيد قصيرة من الأحماض الأمينية محاكاة CD4 سائد مناعيا + الخلايا التائية حاتمة للبروتين النخاعين. وهذا يمثل الحد الأدنى المطلوب للحث على الاستجابة المسببة للأمراض. ولعل الأكثر شيوعا من هذه هو الببتيد حمض أميني 21 مشتقة من بروتين سكري المايلين دبقية قليلة التغصن (MOG 35-55)، والذي يستخدم للحث على EAE في C57BL / 6 الفئران 3. ومع ذلك، بالنسبة لبعض أغراض تجريبية من المرغوب فيه أو حتى من الضروري تحصين مع مستضدات بروتين أكبر وبالفعل هناك العديد من المزايا لهذا على تحصين مع الببتيد قصيرة. أولا، بسبب تقييد MHC، الببتيدات قصيرة وعادة ما تكون فعالة إلا في نطاق محدود جدا من السلالات، بينما أكبر مستضدات البروتين تمثل إما البروتين الكامل أو مجال معين يمكن معالجة عادة لعرضها في عدة سلالات الفئران الفطرية أو حتى في أنواع مختلفة 4. ثانيا، مستضد بروتين أكبر قادر على إحداث استجابة مناعية أكثر تعقيدا تضم أكثر من أنواع الخلايا الليمفاوية في الاعتراف مستضد، بدلا من limitinز مستضد الاعتراف لخلايا CD4 + T. على سبيل المثال، الخلايا البائية عبر من مستقبلات الخلايا البائية (BCR) تتفاعل مباشرة مع كامل بدلا من معالجتها البروتين. نحن وآخرون قد أظهرت أن الخلايا البائية تفعيلها من خلال MOG 35-55 التحصين لا تعترف البروتين MOG 5. منذ تجلت الخلايا البائية مؤخرا للعب دور الممرضة في MS البشري 6، نماذج EAE التي تتضمن الخلايا البائية في أمراض المناعة الذاتية هي ذات أهمية متزايدة.
وعلى الرغم من مزايا استخدام المضادات البروتين أكبر للحث على EAE، لا تزال هناك بعض المصادر المتاحة تجاريا لهذه البروتينات. في الواقع، في حين أن الببتيدات القصيرة مثل MOG 35-55 يمكن توليفها بشكل سريع جدا وبتكلفة منخفضة نسبيا، والخيارات التجارية للبروتين MOG محدودة والتكلفة إلى حد كبير أكثر لشراء. ومع ذلك، هناك العديد من ناقلات التعبير المتاحة للمجموعات بحثية لتوليد MOG نطاق خارج الخلية (MOG 1-125) أنفسهم. Howeveص، وتقوم كل الأنظمة التعبير التي حددناها في الأدب على التقنيات القديمة التي منذ تم استبدال أنظمة التعبير أكثر كفاءة 7. وعلاوة على ذلك، تعتمد في الغالب على الفئران أو الإنسان MOG 8. بالنسبة لبعض التحقيقات من المناعة الذاتية في الفئران، مستضد على أساس مستضد ذاتي الماوس MOG هو الأفضل. وأخيرا، جميع البروتينات على أساس MOG التي حددناها، سواء التجارية أو ناقلات التعبير، هي البروتينات الانصهار التي تحتوي على الأحماض الأمينية إضافية إلى قاعدة MOG 1-125. وتشمل هذه شعارا لتنقية وتسلسل عادة أخرى أيضا، وكثير منها مع وظيفة لم نتمكن من التعرف عليها.
لمعالجة هذه القيود، ولدت لنا بروتين الانصهار رواية تقوم على الماوس MOG نطاق خارج الخلية لتنصهر علامة تحتوي على thioredoxin لمكافحة الذوبان معروفة من البروتين MOG 5. يحتوي على تسلسل العلامة أيضا تسلسل 6xHis لتنقية والبروتياز شركة كلي TEVموقع avage التي تسمح لإزالة كاملة من جميع تسلسل علامة، إذا رغبت في ذلك. هذا هو الأسلوب الوحيد الذي ندرك لتوليد النقي MOG 1-125 البروتين. لتسهيل إنتاج كميات كبيرة من البروتين، وتسلسل MOG 1-125 كان كودون الأمثل للتعبير عن البكتيريا وتم إدراج MOG البروتين العلامة الاندماج في النظام التعبير PET-32. هنا، نحن تصف بالتفصيل بروتوكول لإنتاج وتنقية MOG العلامة البروتين، وزارة النفط والغاز النقي 1-125، وذلك باستخدام المعدات غير المتخصصة المتاحة لمعظم مختبرات علم المناعة.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. البروتين التعريفي
ملاحظة: في الخطوات التالية، BL21 القولونية بكتيريا القولونية تحولت مع ناقلات PET-32 التي تحتوي على تسلسل للبروتين العلامة MOG الانصهار (انظر المرجع 5) والشكل (1) تزرع على كثافة عالية ومن ثم يتم يسببها للتعبير عن MOG العلامة البروتين . انظر الشكل 2 لجدول زمني العام - لاحظ أن الأيام وأشار نقاط وقف التقريبية وبديلة في البروتوكول. إذا بدءا من تنقية الحمض النووي للحيوانات الاليفة 32 MOG العلامة ناقلات، وسوف يكون من الضروري لتحويل كيميائيا إلى المختص BL21 E. البكتيريا القولونية باستخدام اختيار الأمبيسلين، كما تم وصفها بشكل جيد 9. التحول الناجح يمكن التأكد من تنقية الحمض النووي من البكتيريا المحدد باستخدام مجموعة تجارية القياسية، تليها الهضم مع تقييد الانزيمات AGE1 وSac1 لإنتاج الفرقة 424 نقطة أساس على هلام الاغاروز 10.
2. حصاد MOG العلامة البروتين
ملاحظة: في هذه المرحلة، سيكون قد تنتج البكتيريا كميات كبيرة من MOG العلامة البروتين. حصاد العلامة MOG، وهي lysed البكتيريا لأول مرة في منطقة عازلة تريتون X-100 تليها صوتنة. ثم يتم تحرير MOG العلامة من الهيئات إدراج والتشويه والتحريف مع ايميدازول وغوانيدين، مما أدى إلى حل البروتين الخام التي تحتوي على علامة MOG البروتين.
3. البروتين تنقية
ملاحظة: في الخطوات التالية سيتم تنقيته من MOG العلامة البروتين من خلال 4 جولات من امتصاص على الراتنج النيكل اتهم (عن طريق صاحب العلامة) وشطف.
4. قياس كثافة البروتين
ملاحظة: قبل المضي قدما من الضروري قياس كمية من البروتين النقي العلامة MOG ولدت في القسم 3. سيتم استخدام هذه القيمة لتحديد الحجم النهائي للتركيز هذا البروتين في نهاية البروتوكول. نحن تصف برادفورد الفحص القياسية هنا. يتم تحديد تركيز البروتين المنقى العلامة MOG بمقارنة الامتصاصية الطيفي متسلسل مخففإد MOG العلامة البروتين لمنحنى مستوى الزلال المصل البقري (BSA) بتركيز معلوم.
معشوقة = "jove_title"> 5. غسيل الكلى
ملاحظة: يتم تنفيذ غسيل الكلى لإزالة غوانيدين تدريجيا من محلول يحتوي على النقاء، التشويه والتحريف العلامة MOG للسماح للبروتين لrefold. يجب توخي الحذر خلال هذه الخطوة كما MOG نفسها غير قابلة للذوبان جدا، وعلى الرغم من هذا هو تحسن من وجود علامة thioredoxin، فإنه لا يزال عرضة للخروج من الحل. لذلك، refolding ينبغي أن يقوم تدريجيا وعلى منخفض نسبيا تركيز العلامة MOG.
6. التركيز MOG العلامة البروتين
ملاحظة: في الخطوة الأخيرة، ويتركز refolded MOG العلامة البروتين لتخفيف العمل للتخزين. كما MOG البطاقة هي غير قابلة للذوبان جدا، فإنه لا ينبغي أن يتجاوز 5 ملغ / مل. هذا التركيز هو متساوي المولية تقريبا مع 0.4 ملغ / مل MOG 35-55 الببتيد، والذي يستخدم عادة للحث على EAE في الفئران (مختلطة 1: 1 مع كامل adjuv فرويندالنمل (CFA)). وخلال عملية الاعتقال ليس من غير المألوف لكمية صغيرة من البروتين للخروج من الحل في شكل راسب أبيض. هطول المفرط هو المشكلة، ولكن.
7. توليد MOG 1-125 من MOG العلامة عن طريق TEV البروتيني (اختياري)
ملاحظة: هذه الخطوة اختيارية وتستمر من نهاية الخطوة 4. إذا كان مطلوبا MOG 1-125 دون أي سمة تسلسل إضافية، ويمكن إزالتها تسلسل العلامة باستخدام TEV البروتيني (الشكل 4). بقدر ما نعلم، ليس هناك نظام التعبير الأخرى قادرة على توليد النقي MOG 1-125. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه من دون العلامة thioredoxin، MOG 1-125 غير قابلة للذوبان للغاية وهذا قد يسبب مشاكل أثناء تنقية ومعالجة، ولهذا السبب إزالة العلامة عند الضرورة القصوى لأسباب التجريبية. مطلوبة عدة خطوات لتوليد النقي MOG 1-125. ومدال MOG العلامة لأول مرة في TEV عازلة البروتيني الانقسام. بعد الهضم مع TEV البروتيني، يتم تقليل حجم للمساعدة في وقت لاحق تنقية الواحدالعائد على السهم، ثم مدال إلى B العازلة، ثم صاحب العلامة التي تحتوي على العلامة تسلسل وإزالتها باستخدام الراتنج النيكل. وأخيرا، وكميا البروتين ويتركز MOG النقي 1-125 إلى التركيز النهائي.
8. SDS-PAGE جل لتأكيد MOG العلامة إنتاج والطهارة
ملاحظة: عينات مأخوذة من الخطوات 1.4، 2.1، 3.4، و 6.4 يتم تحليلها من قبل القياسية SDS-PAGE لتأكيد MOG إنتاج العلامة والنقاء. يجب أن يتم تنفيذ هذه الخطوة بعد تنقية النهائية إما MOG العلامة أو MOG 1-125.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
مرة واحدة في تنقية كاملة، والعينات التي تم جمعها في الخطوات 1.4، 2.1، 3.4، ويجب أن يتم تشغيل المنتج النهائي من الخطوة 6.4 على هلام بروتين (الشكل 3A). العلامة MOG يجب أن تظهر أولا والفرقة كيلو دالتون 31.86 في العينة T O / N، ولكن ليس ر 0، وي...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
هنا، التي وصفناها بروتوكول لإنتاج MOG البروتين العلامة وكيفية توليد MOG النقي 1-125 من البروتين العلامة MOG. ويستند هذا البروتوكول على حد سواء على أساس طرق تنقية البروتين القياسية صاحب العلامة، وكذلك بروتوكول سبق وصفها لتوليد البروتين كبار السن على أساس ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
The authors declare no competing financial interests.
This work was supported by a grant from the Multiple Sclerosis Society of Canada. RWJ is the recipient of the Waugh Family MS Society of Canada Doctoral Studentship Award.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
BL21 E. coli- pet32-MOGtag | Kerfoot lab | These bacteria are required to make the MOGtag protein. Glycerol stocks of these bacteria are available upon request. | |
LB broth miller | Bioshop | LBL407.1 | |
Ampicillin | bio basic | AB0028 | Reconsititute the powder into 50% ethanol/ 50% H2O at 100 mg/ml. Store at -20 °C. |
IPTG | Bioshop | IPT002.5 | Reconsititute the powder into H2O at 1M and store at -20 °C. |
Chicken-egg lysozyme | Bioshop | LYS702.10 | Reconstitute in H2O at 50 mg/ml and store at -80 °C. |
Triton-X100 | Sigma | T-8532 | |
Phosphate buffered saline | life technologies | 20012-027 | Commercial phosphate buffered saline is not required, any standard lab made phosphate buffered saline is sufficient. |
Sodium chloride | Bioshop | SOD004.1 | |
Tris-HCl | Bioshop | TRS002.1 | |
Imidazole | Bioshop | IMD508.100 | |
Guanidine-HCl | Sigma | G3272 | The quality must be greater than 98% purity. |
0.5 M EDTA | bioshop | EDT111.500 | |
Nickel (II) sulfate | Bioshop | NIC700.500 | |
His bind resin | EMD Millipore | 69670-3 | Store in 20% ethanol 80% H2O at 4 °C |
Anhydrous ethanol | Commercial Alcohols | P016EAAN | Dilute with water as needed. |
Glacial acetic acid | Bioshop | ACE222.1 | |
Sodium acetate trihydrate | Bioshop | SAA305.500 | |
bovine serum albumin standard | bio-rad | 500-0206 | |
Bio-rad protein assay dye reagent concentrate | bio-rad | 500-0006 | |
Ethylenediamine tetraacetic acid, disodium salt dihydrate | Fisher scientific | BP120-500 | |
Tris-base | Bioshop | TRS001.1 | |
7000 MW Snakeskin dialysis tubing | Thermoscientific | 68700 | |
2-mercaptoethanol | Sigma | M3148-25ml | This reagent should not be handled outside of a fume hood. |
AcTEV protease | lifetechnologies | 12575-015 | Producing your own TEV protease can be accomplished using (https://www.addgene.org/8827/) and purified as in reference 17 |
Polyethyleneglycol 3350 | Bioshop | PEG335.1 | |
polyethyleneglycol 8000 | Bioshop | PEG800.1 | |
Nunc MaxiSorp flat-bottom 96 well plate | ebioscience | 44-2404-21 | |
Sonicator | Fisher scientific | FB-120-110 | |
Eon microplate spectrometer | Biotek | 11-120-611 | This equipment uses the Gen5 data analysis software. |
Gen5 data analysis software | BioTek | ||
sodium dodecyl sulphate | Bioshop | SDS001 | |
bromophenol blue | Bioshop | BRO777 | |
Glycerol | Bioshop | GLY001 | |
Protein desalting columns | Thermoscientific | 89849 | |
Glycine | Bioshop | GLN001 | |
precast 12% polyacrylamide gel | bio-rad | 456-1045 | |
Rapid stain reagent | EMD Millipore | 553215 | |
Gel dock EZ imager | bio-rad | 1708270 | |
White Light Sample Tray | bio-rad | 1708272 | Used along with gel dock EZ imager for coomassie blue stains |
Protein ladder | bio-rad | 1610375 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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