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Method Article
Protein-Komplexe katalysieren wichtige zelluläre Funktionen. Detaillierte funktionelle und strukturelle Charakterisierung von vielen wesentlichen Komplexe erfordert rekombinante Herstellung. MultiBac ein Baculovirus / Insektenzellen-System insbesondere zur Expression von eukaryontischen Proteinen und ihren Komplexen zugeschnitten. MultiBac wurde als Open-Access-Plattform, und Standard Operating Procedures entwickelt, um seinen Nutzen zu maximieren implementiert.
Proteomics Forschung enthüllt die beeindruckende Komplexität von eukaryotischen Proteom in bisher unerreichter Genauigkeit. Es ist nun eine allgemein akzeptierte Vorstellung, dass Proteine in Zellen existieren meist nicht als isolierte Einheiten, sondern üben ihre biologische Aktivität in Verbindung mit vielen anderen Proteinen beim Menschen zehn oder mehr bilden Montagelinien in der Zelle für die meisten, wenn nicht alle lebenswichtigen Funktionen. 1 , 2 Kenntnisse über die Funktion und die Architektur dieser Multiprotein Baugruppen erfordert ihre Bestimmung in höchster Qualität und ausreichender Menge für eine detaillierte Analyse. Der Mangel vieler Proteinkomplexe in Zellen, insbesondere in Eukaryonten, verbietet ihre Extraktion aus nativen Quellen und erfordert rekombinante Herstellung. Die Baculovirusexpressionsvektor System (BEVS) hat sich als besonders nützlich für die Herstellung von eukaryotischen Proteinen, deren Aktivität oft auf posttranslationale Prozessierung, dass andere häufig verwendete Ausdruck Systeme oft kannnicht unterstützt. 3 BEVS mit einem rekombinanten Baculovirus, in die das Gen von Interesse eingeführt wird, um Insekten Zellkulturen, die wiederum das Protein der Wahl infizieren wurde. MultiBac eine BEVS, die besonders wurde für die Herstellung von eukaryontischen Protein-Komplexe, die viele Untereinheiten enthalten zugeschnitten. 4 Eine wesentliche Voraussetzung für die Herstellung von Proteinen und deren Komplexe sind stabil Protokolle für alle Schritte in einem Ausdruck Experiment, das sich hervorragend als implementiert werden beteiligt Standard Operating Procedures (SOPs) und auch von Nicht-Spezialisten Nutzer vergleichsweise einfach gefolgt. Die MultiBac Plattform am European Molecular Biology Laboratory (EMBL) verwendet SOPs für alle Schritte in einer Multiproteinkomplex Ausdruck Experiment beteiligt, ab Einsetzen der Gene in einer konstruierten baculovirale Genom für die heterologe Proteinproduktion Immobilien zum kleinen Analyse des Proteins optimiert Exemplare produziert. 5-8 Die Plattformwird in einer Open-Access-Modus bei EMBL Grenoble installiert und unterstützt viele Wissenschaftler aus Hochschule und Industrie, um Protein-Komplex Forschungsprojekte beschleunigen.
Biologische Aktivität von Anordnungen von Proteinen und anderen Biomolekülen, die gemeinsam wirken, um zelluläre Funktionen katalysieren gesteuert. Bemerkenswerte Beispiele sind die Maschinen, die die Erbinformation in der DNA in Boten-RNA enthalten transkribiert. Beim Menschen kommen mehr als 100 Proteine zusammen in einer definierten und geregelt Verfahren, um Gene zu transkribieren, wobei große Multiproteinkomplexen mit 10 und mehr Untereinheiten, einschließlich RNA-Polymerase II und der allgemeinen Transkriptionsfaktoren wie TFIID, TFIIH und andere. 9 Andere Beispiele sind die Ribosomen, die aus vielen Proteinen und RNA-Molekülen, die Proteinsynthese, oder die Kernporenkomplex die für pendelt Biomolekülen durch die Kernhülle in Eukaryoten katalysiert. Eine detaillierte Architektur und biochemische Präparation von im wesentlichen Mehrkomponenten-Maschinen in der Zelle ist wichtig, um ihre Funktion zu verstehen. Die Strukturaufklärung von prokaryotischen und eukaryotic Ribosomen, zum Beispiel, bildeten Markenzeichen Ereignisse eine beispiellose Einblicke in die Funktionsweise dieser makromolekularen Maschinen führen ihre vorgesehenen Funktionen in der Zelle. 10,11
Ribosomen in ausreichender Quantität und Qualität für detaillierte Studie durch Reinigen des endogenen Material aus kultivierten Zellen, aufgrund der Tatsache, dass bis zu 30% der Zellmasse von Ribosomen besteht, erhalten werden. RNA-Polymerase II ist bereits weniger reichlich um Größenordnungen, und viele tausend Liter Hefekultur mussten verarbeitet werden, um eine detaillierte atomare Angesichts dieser wesentlichen komplexe zentrale, um die Transkription zu erhalten. 12. Die überwiegende Mehrheit der anderen wesentlichen Komplexe sind jedoch in viel niedrigere Mengen in nativen Zellen und somit nicht ausreichend aus nativen Ausgangsmaterial gereinigt werden. Um solche Komplexe zugänglich detaillierte strukturelle und funktionelle Analyse machen erfordert heterologe Produktion durch Verwendung von rekombinanten techniques.
Produktion rekombinanter Proteine hatte einen großen Einfluss auf die Life-Science-Forschung. Viele Proteine wurden rekombinant hergestellt und deren Struktur und Funktion bei hoher Auflösung seziert. Strukturelle Genomik-Programme haben den Vorteil der Aufklärung der Genome vieler Organismen, um das Genprodukt Repertoire von ganzen Organismen in High-Throughput (HT)-Modus anzugehen. Tausende von Protein-Strukturen sind damit bestimmt. Bis heute hat die produktiv genutzten System für Produktion rekombinanter Proteine wurden E. coli, und viele Expressionssysteme entwickelt worden und im Laufe der Jahre verfeinert für die heterologe Produktion in diesem Wirt. Die Plasmide eine Fülle von Funktionalitäten zur Protein-Produktion in E. aktivieren coli füllen ganze Kataloge von kommerziellen Anbietern.
Allerdings E. coli sind bestimmte Grenzen gesetzt, die es ungeeignet für viele eukaryotische Proteine machen und in pGelenk-Protein-Komplexe mit vielen Untereinheiten. Daher wurde die Proteinproduktion in eukaryotischen Wirten immer die Methode der Wahl in den letzten Jahren geworden. Ein besonders geeignetes System eukaryontische Proteine ist das Baculovirus-(BEVS), die auf einem rekombinanten Baculovirus Durchführung der heterologen Gene für Insekten Zellkulturen im Labor gezüchtet infizieren beruht. Die MultiBac System ist ein in jüngerer Zeit entwickelt BEVS die besonders für die Herstellung von eukaryotischen Protein-Komplexen mit vielen Untereinheiten (Abbildung 1) zugeschnitten ist. MultiBac erste wurde im Jahr 2004 eingeführt. 13 Seit seiner Einführung hat MultiBac kontinuierlich verfeinert und gestrafft, um die Handhabung zu vereinfachen, verbessern Zielprotein Qualität und in der Regel machen das System für Nicht-Fachanwender durch die Gestaltung effizienter Standard Operating Procedures (SOPs). 4 MultiBac hat in vielen Laboratorien weltweit umgesetzt, in acAdemia und Industrie. Am EMBL in Grenoble, wurden grenzüberschreitenden Zugang Programme anstelle von der Europäischen Kommission bis zum Experten Ausbildung an der MultiBac Plattform für Wissenschaftler, die dieses Produktionssystem für die Förderung ihrer Forschung nutzen wollten setzen. Der Aufbau und die Funktion von vielen Protein-Komplexe, die bisher nicht zugänglich waren, indem Proben mit MultiBac produziert wurde aufgeklärt. 4 Im Folgenden werden die wesentlichen Schritte der Produktion MultiBac in Protokollen zusammengefasst, wie sie im Betrieb auf der Anlage am MultiBac EMBL Grenoble sind.
1. Tandem Recombineering (TR) für das Erstellen Multigen Expression Konstrukte
2. Composite-Multigen Baculovirus Erzeugung, Verstärkung und Lagerung
3. Protein Produktion und Downstream Processing
Starke Co-Expression von heterologen Proteinen durch die MultiBac System erreicht wird in 1d (Sonden gemacht 48 h nach Infektion eines Suspensionszellkultur) gezeigt. Die überexprimiert Proteinbanden eindeutig im Ganzzellextrakt (SNP) und dem geklärten Lysat (SN) erkennbar. Die Qualität und Quantität des Proteins hergestellt ist oft ausreichend, um Strukturaufklärung von Protein-Komplexen, wie der mitotischen Checkpoint komplexen MCC in 1e gezeigt aktivieren. 17
Video Snap-shots in den Abbildungen 2 und 3 zeigen den gesamten Prozess von Roboter-assistierte Generation von cDNA multigene Ausdruck baut den ganzen Weg nach Infektion von Insekten Zellkulturen für die Proteinproduktion. New Reagenzien (Plasmide und Viren) und robuste Protokolle wurden entwickelt, um eine Pipeline sich auf SOP ermöglichen. Die gesamte Pipeline wurde als Plattform-Technologie am EMBL in Grenoble umgesetzt. Die MultiBac Plattform wurde von vielen Wissenschaftlern aus ...
IB ist Erfinder von Patenten und Patentanmeldungen Detaillierung Teile der Technologie hier beschrieben.
Wir danken Christoph Bieniossek, Simon Trowitzsch, Daniel Fitzgerald, Yuichiro Takagi, Christiane Schaffitzel, Yvonne Hunziker, Timothy Richmond und alle ehemaligen und derzeitigen Mitglieder der Berger Labor für Hilfe und Beratung. Die MultiBac Plattform und deren Entwicklung wurden und werden großzügig durch die Finanzierung von Stellen, einschließlich des Schweizerischen Nationalfonds (SNF), der Agence Nationale de Recherche (ANR) und dem Centre National de Recherche Scientifique (CNRS) und der Europäischen Kommission (EC) unterstützt in Rahmenprogramme (FP) 6 und 7. Unterstützung für den grenzüberschreitenden Zugang wird durch die EG-RP7-Projekte P-CUBE (vorausgesetzt www.p-cube.eu ) und BioStruct-X ( www.biostruct-x.eu ). Die Französisch Ministerium für Wissenschaft ist besonders für die Unterstützung der MultiBac Plattform am EMBL durch die Investissement d'Avenir Projekt FRISBI anerkannt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bluo-Gal | Invitrogen | 15519-028 (1 g) | |
Tetracycline | Euromedex | UT2965-B (25 g) | 1,000X at 10 mg/ml |
Kanamycine | Euromedex | EU0420 (25 g) | 1,000X at 50 mg/ml |
Gentamycine | SIGMA | G3632 (5 g) | 1,000X at 10 mg/ml |
IPTG | Euromedex | EU0008-B (5 g) | 1,000X at 1M |
Cre-recombinase | New England BioLabs | M0298 | |
X-Treme GENE HP transfection reagent | Roche | 06 366 236 001 | |
Hyclone SFM4 Insect | Thermo Scientific | SH 30913.02 | |
6-well plate Falcon | Dominique Dutscher | 353046 | |
2 ml pipette Falcon | Dominique Dutscher | 357507 | |
5 ml pipette Falcon | Dominique Dutscher | 357543 | |
10 ml pipette Falcon | Dominique Dutscher | 357551 | |
25 ml pipette Falcon | Dominique Dutscher | 357535 | |
50 ml pipette Falcon | Dominique Dutscher | 357550 | |
50 ml tube Falcon | Dominique Dutscher | 352070 | |
15 ml tube Falcon | Dominique Dutscher | 352096 | |
1.8 ml cryotube Nunc | Dominique Dutscher | 55005 | |
100 ml shaker flasks Pyrex | Dominique Dutscher | 211917 | |
250 ml shaker flasks Pyrex | Dominique Dutscher | 211918 | |
500 ml shaker flasks Pyrex | Dominique Dutscher | 211919 | |
2 L shaker flasks Pyrex | Dominique Dutscher | 211921 | |
Certomat Orbital Shaker + plateau | Sartorius | 4445110, 4445233 | |
Liquid nitrogen tank dewar 35 L | Fisher Scientific | M76801 | |
Biological Safety Cabinet Faster | Sodipro | FASV20000606 | |
Optical Microscope | Zeiss | 451207 | |
Sf21 Insect cells | |||
Hi5 Insect cells | Invitrogen | B855-02 | |
Tecan freedom EVO running Evoware plus | TECAN | ||
10 μl conductive tips (black), | TECAN | 10 612 516 | |
200 μl conductive tips (black) | TECAN | 10 612 510 | |
disposable trough for reagents, 100 ml | TECAN | 10 613 049 | |
twin.tec PCR plate 96, skirted | Eppendorf | 0030 128.648 | |
96 well V bottom, non sterile | BD falcon | 353263 | |
96 deepwell plate color natural, PP) | Fisher | M3752M | |
PS microplate, 96 well flat bottom | Greiner | 655101 | |
96 deepwell plate | Thermo scientific | AB-0932 | |
24 well blocks RB | Qiagen | 19583 | |
DpnI restriction enzyme | NEB | R0176L | 20 U/uL |
NEBuffer 4 10X | NEB | B7004S | |
2X phusion mastermix HF | Finnzyme | ref F-531L | |
2X phusion mastermix GC | Finnzyme | ref F-532L | |
DGLB 1.5X | homemade | 7.5% glycerol, 0.031% Bromophenol blue, 0.031% Xylen cyanol FF | |
High DNA Mass Ladder for e-gel | Life Technologies | 10496-016 | |
Low DNA Mass Ladder for e-gel | Life Technologies | 10068-013 | |
E-gel 48 1% agarose GP | Life Technologies | G8008-01 | |
Nucleo Spin- robot-96 plasmid kit | Macherey Nagel | 740 708.24 | |
PCR clean-up kit, Nucleospin Robot-96 Extract | Macherey Nagel | 740 707.2 | |
Gotaq green master mix | Promega | M7113 | |
T4 DNA polymerase, LIC-qualified | Novagen | 70099-3 | |
DTT 100 mM | homemade | ||
Urea 2 M | homemade | ||
EDTA 500 mM pH 8.0 | Homemade | ||
LB broth (Miller) 500 g | Athena ES | 103 |
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