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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.
MS ist eine menschliche Krankheit durch eine chronische Entzündung und Neurodegeneration des ZNS charakterisiert, die in Richtung Myelin gerichtet durch eine Autoimmunreaktion angetrieben wird gedacht werden. Der Verlust von Myelin und Axonen im Laufe der Zeit führen zur allmählichen Rückgang der kognitiven und motorischen Funktion 1. "Experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis" ist ein Oberbegriff für Tiermodellen von Autoimmunkrankheit zu CNS Myelin gerichtet. Wie menschliche MS wird EAE typischerweise durch Immunzellinfiltration des ZNS gekennzeichnet und in einigen Fällen Demyelinisierung 2. Um jedoch zu der Grad zu einem gegebenen EAE-Modell menschlichen MS teil ähnelt, hängt von der Spezies oder Stamm verwendet und von der Komplexität der zugrunde liegenden anti-Myelinautoimmunreaktion.
Anti-Myelin-Autoimmunität kann experimentell auf verschiedene Weise hervorgerufen werden, aber die am häufigsten verwendete Methode ist heute Mäuse mit einem kurzen Peptid von Aminosäuren zu immunisieren, die immunodominante CD4 nachahmen + T - Zell - Epitop eines Myelinprotein. Dies stellt die Mindestanforderung eine pathogene Reaktion zu induzieren. Vielleicht die häufigste von diesen ist ein 21 Aminosäure-Peptid , das von Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein abgeleitet ist (MOG 35-55), die EAE verwendet wird , 3 in C57BL / 6 - Mäusen zu induzieren. Jedoch für einige experimentelle Zwecke ist es wünschenswert oder sogar notwendig, mit größeren Proteinantigenen zu immunisieren und tatsächlich gibt mehrere Vorteile dieses über Immunisierung mit kurzen Peptid. Erstens, weil der MHC-Restriktion, sind kurze Peptide Regel nur dann wirksam, in einem sehr begrenzten Bereich von Spannungen, während größere Proteinantigene, entweder das gesamte Protein oder einen bestimmten Domäne darstellt normalerweise in mehreren Inzuchtmäusestämmen zur Präsentation verarbeitet werden kann, oder sogar in anderen Spezies 4. Zweitens ist ein größeres Protein-Antigen in der Lage, eine komplexere Immunantwort enthält mehrere Arten von Lymphozyten in Antigenerkennung induzierende, anstatt limiting Antigen - Erkennung an CD4 + T - Zellen. Beispielsweise B-Zellen über den B-Zell-Rezeptor (BCR) interagieren direkt mit ganzen nicht prozessierten Proteins. Wir und andere haben gezeigt, dass B - Zellen durch MOG 35-55 Immunisierung aktiviert gezeigt nicht erkennen MOG - Protein 5. Da B - Zellen 6, die vor kurzem in der menschlichen MS gezeigt wurden Modelle EAE eine pathogene Rolle zu spielen , die B - Zellen bei Autoimmunpathologie integrieren zunehmend an Bedeutung gewinnen .
Trotz der Vorteile der größeren Protein-Antigene unter Verwendung von EAE zu induzieren, bleiben einige im Handel erhältliche Quellen für solche Proteine. Tatsächlich, während kurze Peptide wie MOG 35-55 sehr schnell synthetisiert werden kann und bei relativ niedrigen Kosten, die kommerziellen Möglichkeiten für MOG Proteins sind begrenzt und die Kosten wesentlich zu erwerben. Dennoch gibt es mehrere Expressionsvektoren für Forschungsgruppen verfügbar MOG extrazelluläre Domäne (MOG 1-125) selbst zu erzeugen. However, alle der Expressionssysteme, die in der Literatur identifiziert worden sind , auf älteren Technologien basieren , die seit mit effizienter Expressionssysteme 7 ersetzt wurden. Ferner sind die meisten 8 basierend auf Ratten- oder menschlichen MOG. Für einige Untersuchungen der Autoimmunität bei Mäusen, ein Antigen auf der Maus MOG Autoantigen basiert, ist bevorzugt. Schließlich werden alle MOG-basierten Proteine , die wir identifiziert haben, entweder kommerziell oder als Expressionsvektoren, Fusionsproteine zusätzliche Aminosäuren zum MOG 1-125 Base enthält. Dazu gehören ein Tag für die Reinigung und in der Regel andere Sequenzen als auch, von denen viele mit einer Funktion, die wir nicht in der Lage waren, zu identifizieren.
Um diese Einschränkungen zu begegnen, haben wir einen für ein Protein neuartige Fusion basiert auf der Maus MOG extrazelluläre Domäne an einen Tag fusionierten thioredoxin mit dem bekannten Unlösbarkeit von MOG - Protein 5 zu bekämpfen. Die Tag-Sequenz enthält auch eine 6xHis-Sequenz für die Reinigung und eine TEV-Protease cleAvage Seite, die für die vollständige Entfernung aller Tag-Sequenzen ermöglicht, falls gewünscht. Dies ist die einzige Methode , die wir kennen reinen MOG 1-125 Protein zu erzeugen. Zur Produktion großer Mengen an Protein zu erleichtern, wurde die MOG 1-125 - Sequenz für die bakterielle Expression-Kodon - optimierten und das MOG - Tag - Fusionsprotein wurde in den pET-32 - Expressionssystem eingesetzt wird . Hier beschreiben wir ausführlich in das Protokoll zu erzeugen und MOG - Tag - Protein zu reinigen und rein MOG 1-125, mit nicht spezialisierten Ausrüstung zur Verfügung zu den meisten Immunologie Laboratorien.
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1. Protein Induction
HINWEIS: In den folgenden Schritten, BL21 Escherichia coli transformierten Bakterien mit einem pET-32 Vektor , der die Sequenz für das MOG - Tag - Fusionsprotein enthält (siehe Referenz 5 und Abbildung 1) zu hohen Dichten gezüchtet werden und dann das MOG - Tag - Protein zu exprimieren induziert . Siehe Abbildung 2 für die gesamte Timeline - beachten Sie, dass die Tage sind ungefähre Angaben und alternative Haltepunkte sind im Protokoll vermerkt. Wenn mit gereinigtem pET-32 MOG - Tag - Vektor - DNA ausgehend, wird es notwendig sein, es chemisch in kompetente BL21 E. Transformation coli - Bakterien Ampicillin - Selektion verwenden, wie bereits 9 gut beschrieben. Kann eine erfolgreiche Transformation durch Reinigen von DNA aus ausgewählten Bakterien unter Verwendung eines handelsüblichen Kits, durch Verdau mit den Restriktionsenzymen , gefolgt bestätigt werden Alter1 und Sac1 10 eine 424 bp - Bande auf einem Agarosegel herzustellen.
2. Ernte MOG - Tag - Protein
HINWEIS: In dieser Phase werden die Bakterien große Mengen an MOG - Tag - Protein produziert. Ernten MOG - Tag werden die Bakterien zunächst in einem Triton X-100 - Puffer , gefolgt durch Beschallung lysiert. MOG - Tag wird dann von inclusion bodies und denaturiert mit Imidazol und Guanidin freigesetzt, was zu einem rohen Proteinlösung die MOG - Tag - Protein enthält.
3. Protein Purification
HINWEIS: In den folgenden Schritten das MOG - Tag - Protein wird durch 4 Runden Absorption auf geladene Nickel - Harz gereinigt werden (über das His-Tag) und Elution.
4. Messung Proteinkonzentration
HINWEIS: Bevor fortfahren es ist notwendig , die Menge an gereinigtem Protein MOG - Tag in 3 wird verwendet , um Dieser Wert Abschnitt erzeugt zu quantifizieren das Endvolumen zu bestimmen , um das Protein am Ende des Protokolls zu konzentrieren. Wir beschreiben einen Standard-Bradford-Test hier. Die Konzentration an gereinigtem Protein MOG - Tag wird durch Vergleich der spektralen Absorption von seriell DILUT bestimmted MOG tag Protein mit einer Standardkurve von Rinderserumalbumin (BSA) bei einer bekannten Konzentration.
5. Dialyse
HINWEIS: Die Dialyse wird durchgeführt , um nach und nach Guanidin aus der Lösung gereinigt, vergällt MOG - Tag enthält , entfernen Sie das Protein zu ermöglichen refold. Sorgfalt muß bei diesem Schritt ist, wie es MOG selbst sehr unlöslich ist, und während dies durch das Vorhandensein des Thioredoxin-Tag verbessert wird, ist es immer noch anfällig, aus der Lösung zu kommen. Daher erfolgt nach und nach einem relativ niedrigen MOG - Tag Konzentration und sollte Neufaltung.
6. Concentrating MOG - Tag - Protein
Hinweis: Im letzten Schritt, rückgefaltetem MOG tag Protein an die Arbeitslösung für die Lagerung eingeengt. Als MOG - Tag sehr unlöslich ist, sollte es nicht mehr als 5 mg / ml. Diese Konzentration ist etwa äquimolaren mit 0,4 mg / ml MOG 35-55 Peptid, das EAE üblicherweise verwendet wird , in Mäusen (mixed 1 zu induzieren: 1 mit komplettem Freund'schem adjuvant (CFA)). Während des Konzentrationsprozesses ist es nicht ungewöhnlich, dass eine kleine Menge von Protein aus der Lösung in Form von weißen Niederschlag zu kommen. Übermäßige Fällung ist jedoch ein Problem.
7. Generieren von MOG 1-125 von MOG - Tag TEV Protease (Optional)
Hinweis: dieser optionale Schritt weiterhin aus dem Ende von Schritt 4. Wenn MOG 1-125 ohne zusätzliche Tag - Sequenzen benötigt wird, können die Tag - Sequenzen unter Verwendung von TEV - Protease (Figur 4) entfernt werden. Soweit uns bekannt ist, gibt es kein anderes Expressionssystem erzeugen kann reines MOG 1-125. Es sollte jedoch angemerkt werden , dass ohne die Thioredoxin - Tag, MOG 1-125 stark unlöslich ist , und dies kann zu Problemen bei der Reinigung und Handhabung verursachen, und aus diesem Grund das Tag , wenn es unbedingt erforderlich , aus experimentellen Gründen zu entfernen. Mehrere Schritte sind erforderlich , reine MOG 1-125 zu erzeugen. MOG - Tag wird zuerst in TEV - Protease - Spaltungspuffer dialysiert. Nach der Verdauung mit TEV-Protease wird das Volumen mit späteren Reinigung st zu unterstützen reduzierteps, dann in Puffer B dialysiert, und dann wird das His-Tag enthält Markierungssequenz nickel Harz entfernt werden. Schließlich Protein wird quantifiziert und reine MOG 1-125 wird auf die Endkonzentration konzentriert.
8. SDS-PAGE - Gel zu bestätigen MOG - Tag Produktion und Reinheit
HINWEIS: Die Proben aus den Schritten 1.4, 2.1, 3.4, aufgenommen und 6.4 werden durch Standard - SDS-PAGE analysiert , um MOG - Tag Produktion und Reinheit zu bestätigen. Dieser Schritt sollte nach der letzten Reinigung von entweder MOG - Tag oder MOG 1-125 durchgeführt werden.
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Nachdem die Reinigung abgeschlossen ist, gesammelten Proben in den Schritten 1.4, 2.1, 3.4, und das Endprodukt aus Schritt 6.4 sollte auf einem Proteingel (3A) betrieben werden. MOG - Tag sollte zuerst erscheinen als 31,86 kDa - Bande in der T O / N Probe, aber nicht 0 T, und sollte die einzige Band in der letzten reinen Produkt. Um zu testen , ob das MOG - Tag - Protein korrekt gefaltet ist, kann das MOG - Tag - Pro...
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Hier haben wir ein Protokoll für die Herstellung von MOG - Tag - Protein beschrieben und wie zur Erzeugung reinen MOG 1-125 aus dem MOG - Tag - Protein. Dieses Protokoll wird sowohl anhand His-Tag - basierte Proteinreinigungsverfahren auf Standard sowie einem zuvor beschriebenen Protokoll für die Erzeugung eines älteren MOG-basierten Protein - 15. Obwohl es hier nicht beschrieben wird, ist die primäre Verwendung des MOG - Tag - Protein EAE durch Immunisierung mi...
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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.
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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 |
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