Die Autoren danken, die Finanzierung von Bildungsministerium ACRF Tier 1 (RG41) bestätigen und starten Zuschuss von der Nanyang Technological University. Low und Tjin werden von der Forschung Student Scholarship (RSS) aus Nanyang Technological University, Singapur finanziert.

1. Klonierung von rekombinanten Plasmiden, die für Proteine ​​aECM <ol><li> Gestalten Sie die Aminosäuresequenz der funktionellen Domäne (zB Zellbindungsdomäne und Elastin-ähnliche Wiederholungen). Design Restriktionsstellen flankieren die Enden der funktionellen Domänen zu erleichtern Subklonierung mit freier Software nach Software-Anweisungen (zB http://biologylabs.utah.edu/jorgensen/wayned/ape/). Wählen Sie hier einmal vorkommende Restriktionsstellen, die nicht in der funktionalen Domäne vorhanden, um die Verdauung an die vorgesehenen Standorte beschränkt sind. Wählen Restriktionsstellen in der multiplen Klonierungsstelle (MCS) des Wirt-Vektor angegeben (z pET22b (+)) für Sub-Klonen. </li><li> Rückwärts übersetzen die Aminosäuresequenz in die Nukleotidsequenz mit kostenlosen Websites nach Software-Anweisungen. (ZB http://www.bioinformatics.org/sms2/rev_trans.html). Stellen Sie sicher, Codons für E. optimiert coli-Hosts. </li><li> Gen von Interesse kann purchas seined Handel als Einzelstrang-Oligonukleotiden (dh, wenn die Oligonukleotide &lt;100 Basenpaare (bp)) und durchzuführen, DNA Tempern (siehe Schritt 1.4), die Kosten zu reduzieren. Ansonsten für Gene größer als 100 bp, sie könnten durch die Handelsgesellschaften erworben werden. </li><li> DNA Annealing der Oligonukleotide <ol><li> Tempern die DNA-Oligomeren, um die gewünschte Gen-Sequenz zu erhalten. Aufzulösen DNA-Oligonukleotide in einem DNA-Oligomer-Puffer (10 mM Tris: 2-Amino-2- (hydroxymethyl) -propan-1,3-diol, pH 8,0, filtriert) zu einer Endkonzentration von 1 ug / ul. </li><li> Hinzuzufügen 4 ul jedes Oligomers zu 32 ul DNA Annealing-Puffer (10 mM Tris, 100 mM NaCl und 100 nM MgCl 2), um insgesamt 40 ul Mischung zu erzielen. </li><li> Kochen Sie ein Becherglas mit Wasser unter Verwendung einer Kochplatte und tauchen Sie die Mischung für 5 min, 95 ° C. Das Becherglas und allmählich abkühlen die gesamte in einem Styropor-Box O / N eingestellt. Die Oligomere wurden geglüht und sind bereit für die Verdauung. </li></ol></li&gt; <li> Hinzufügen der entsprechenden Restriktionsenzyme, die geglüht Oligomere (dh als Einsatz bezeichnet) und Wirt-Vektor (dh pET22b (+)) separat zu verdauen. Verwenden des folgenden Rezepts (1-2 ug DNA, 2 ul jedes Restriktionsenzym wurden 5 ul 10x Restriktionsenzym-Puffer und Wasser bis zu insgesamt 50 &amp; mgr; l Mischung) für 3-4 h bei 37 ° C. HINWEIS: Der pET22b (+) Plasmidvektor Ampicillin Antibiotika-resistente und enthält ein 6x-His-Tag am C-Terminus. Die 6x-His in pET22b (+) vorhanden tag ermöglicht es uns, His-markierten Antikörper zu verwenden, um das Zielprotein durch Western-Blot in Schritt 7 zu identifizieren. </li><li> In 6x Ladepuffer zu jedem Verdauungsgemisch. Führen Sie die Aufschlussgemische getrennt einschließlich einer DNA-Leiter auf 1,2% Agarosegelen DNA, enthaltend eine UV-fluoreszierende DNA-Farbstoff 1 h bei 100 V visualisieren die 1,2% DNA Agarosegel mit einer UV-Lichtbeleuchtung. </li><li> Schneiden Sie das Gel auf verdauten DNA-Produkte mit kommerziellen Gel Aufreinigungskits extrahieren. Elute mit dem Mindestvolumen für die Spalte, um eine minimale DNA-Konzentration von 50 bis 100 ng / &amp; mgr; l zu erreichen. </li><li> Kombinieren der das interessierende Gen sequentiell durch Ligation des DNA-Inserts verdaut (dh Elastin Wiederholungen oder Zellbindungsdomänen von DNA Glühen erhalten wird) in den Plasmidvektor unter Verwendung von T4-Ligase mit dem folgenden Rezept: (2 &amp; mgr; l Vektor, 1 ul T4-Ligase, 1,5 ul T4-Ligationspuffer, x ul Einsatz, 10,5 x ul Wasser für insgesamt 15 &amp; mgr; l Mischung). Inkubieren Sie die Ligationsmischung bei RT für 2 h. HINWEIS: molare Konzentration von Vektor einfügen sollte geändert werden, um Ligationseffizienz zu optimieren. Volumen als x im Rezept beschrieben Einsatz ist abhängig von der eluierten DNA-Konzentration von Schritt 1.7. </li><li> Thaw E. coli DH5a chemisch kompetente Zellen (oder jedes Klonen Stamm) auf Eis. Warm 2xYT Agar-Platten (Tabelle 1), enthaltend Ampicillin (25 ug / ml) auf 37 ° C. </li><li> Transformieren der Zellen unter VerwendungHitzeschock: <ol><li> Aliquot 50 ul kompetenter Zellen in saubere, vorgekühlte Mikrozentrifugenröhrchen. Pipette 5 ul (zwischen 100 pg bis 100 ng) der Ligationsmischung in die Zellen, Pipettieren vorsichtig nach oben und unten zu mischen. Lassen Sie die Mischung auf Eis für 20 min. </li><li> Eintauchen der Mikrozentrifugenröhrchen, das die Zellmischung in einem 42 ° C warmen Wasserbad für 2 Minuten und kehrte auf Eis für 2 min. Zeit der Eintauchdauer, um Hitzeschäden an den Zellen zu minimieren. </li><li> Gib 500 &amp; mgr; l SOC-Medium (Tabelle 1) in das Mikrozentrifugenröhrchen und Inkubieren bei 37 ° C unter Schütteln für 1 Stunde. </li><li> Verbreiten 50 500 ul der Zell / Ligationsmischung auf einem 2 × YT-Agar-Platte, die auf RT erwärmt worden ist, enthaltend Ampicillin (25 ug / ml) und Inkubation Platten der Oberseite nach unten bei 37 ° CO / N (12-16 h) . </li></ol></li><li> Am nächsten Tag abholen DNA Kolonien von der Agar-Platte mit saubere Pipettenspitzen. Wachsen die Kolonien in 5 ml 2YT-Medium (Tabelle1), das Ampicillin (25 ug / ml) O / N bei 37 ° CO / N (12-16 h) unter Schütteln (225 rpm). </li><li> Am folgenden Tag, mit einem Plasmid Isolation Kit, um die DNA-Plasmide für jede Kolonie nach Herstellerprotokoll aufgenommen zu extrahieren. Elution der DNA mit 50 ul Wasser. </li><li> Führen Sie einen Test verdauen mit Restriktionsenzymen mit folgender Rezeptur: (5 ul DNA, 0,2 ul jedes Restriktionsenzym, 1 ul 10x Restriktionsenzym-Puffer und füllen Sie Wasser für insgesamt 10 ul Gemisch), Inkubation für 2 Stunden bei 37 ° C zum Bildschirm für die Kolonien, die wahrscheinlich enthalten den Einsatz und laufen auf 1,2% Agarose-Gel-DNA, wie in Schritt 1.6. HINWEIS: Bei der Verdauung, eine erfolgreiche Ligation sollten die Ergebnisse in zwei Bänder, je eine für Vektor- und Insert, das auf ihre jeweiligen Molekulargewicht entspricht (Abbildung 1). </li><li> Senden Sie die wahrscheinlich Kolonien zur DNA-Sequenzierung unter Verwendung von T7-Promotor Vorwärts- und Rückwärtsprimer für kommerzielle Sequenzer. </li></ol><ol><li> Von der Sequenzierung Ergebnis, wählen Sie eine Kolonie, die erfolgreich ligiert wurde und verwenden Sie den DNA-Plasmid für die Transformation in einen E. coli Expressionswirt. </li><li> Thaw E. coli Expressionsstamm (BL21 (DE3) pLysS) auf Eis. Inzwischen warmen Agarplatten, enthaltend Ampicillin (25 ug / ml) und Chloramphenicol (34 ug / ml) auf Raumtemperatur. ANMERKUNG: Das Plasmid pLysS in Bakterien vorliegende Stamm BL21 (DE3) pLysS eine Chloramphenicol-Resistenz-Gen enthält. Die pLysS Plasmid enthält ein T7 Repressorgen, die konstitutiv exprimiert wird, um undichte Ausdruck der aECM Protein zu begrenzen. Chloramphenicol ist notwendig, um für die Bakterienzellen, die pLysS während der Kultur enthält auszuwählen. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 1,10 bis transformierten E. zu erhalten coli-Zellen, die bereit sind, die künstliche Proteine ​​zu exprimieren sind. Wrap-Agar-Platten in Parafilm und lagern auf den Kopf in 4 6; C für bis zu einem Monat. </li></ol> 3. Bakterielle Expression des Proteins aECM <ol><li> Siehe Abbildung 2, wählen Sie eine Kolonie von der Agarplatte transformiert mit einer Pipettenspitze und Beimpfen in 10 ml sterilem Terrific Broth (TB) -Medium (Tabelle 1), die sowohl Ampicillin und Chloramphenicol-Antibiotika in einem Reagenzglas. Inkubieren Sie dieses Starterkultur bei 37 ° CO / N (12-16 h) mit 225 rpm schütteln. </li><li> 10 ml der Starterkultur in 1 l frisch und sterile TB-Medien mit den gleichen Antibiotika in einen 3 l-Erlenmeyerkolben ergänzt. Inkubieren Sie die Kultur bei 37 ° C unter Schütteln bei 225 rpm für 2-3 Stunden und beobachten Sie die optische Dichte der Kultur (OD 600) erreicht 0,6-0,8 durch Pipettieren von 1 ml der Kultur in eine leere Küvette zum Lesen. Sparen Sie 1 ml der Kultur vor der Induktion für SDS-PAGE Charakterisierung. <ol><li> Um OD 600 von der Zellkultur messen, bereiten 1 Flasche TB Medien in einer Küvettefür eine Leermessung. Getrennt davon wurde je 1 ml der Kultur aus der Kulturflasche in eine neue leere Küvette. Anschließend wird die optische Dichte der Kultur mit einem Spektrophotometer gegen die Blindprobe bei einer Absorption von 600 nm. </li><li> Speichern der Probe (für nachfolgende SDS-PAGE-Analyse) durch Übertragen der 1 ml der Kultur in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen, Zentrifugieren bei 12.000 × g für 2 min, und Dekantieren. </li></ol></li><li> Induzieren die Kultur mit Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranosid (IPTG) zu einer Endkonzentration von 1 mM und Inkubation bei 37 ° C unter Schütteln bei 225 rpm für weitere 4 Std. Speichern 1 ml der Kultur am Ende der Induktion bei 4 Stunden für die SDS-PAGE-Charakterisierung. </li><li> Ernte der Zellen durch die Übertragung der Kultur in 1 l-Zentrifugenflaschen und Zentrifugieren bei 12.000 xg für 30 min bei 4 ° C. Überstand verwerfen, wiegen die Zellpellets und resuspendieren in TEN-Puffer (1 M Tris, 0,01 M EDTA, 0,1 M NaCl, pH = 8,0) bei 0,5 g / ml. </li></ol> 4. Die Lyse von Bakterienkulturen <ol><li> Frieren Sie den resuspendierten Zellkultur bei -80 ° CO / N. Auftauen der gefrorenen Zellkultur in einem Wasserbad bei RT oder auf Eis, um die Zellen zu lysieren. Zugabe von 10 ug / ml Deoxyribonuclease I (DNase I), 10 &amp; mgr; g / ml Ribonuclease A (RNase I), und 50 ug / ml Phenylmethylsulfonylfluorid (PMSF), während dem Auftauen und homogenisieren der Lösung unter langsamem Rühren. </li><li> Nachdem alle resuspendierten Zellen werden aufgetaut, passen Sie die Lösung auf pH 9,0, um das Protein Löslichkeit in Wasser 12 zu erhöhen. In 6 N NaOH tropfenweise unter Rühren auf Eis, um eine homogene Konsistenz zu erreichen. Lyse durch Ultraschall Unterbrechung für 20 Minuten auf Eis mit einem Durchmesser von 2 mm flache Spitze, 5 sec Puls. </li><li> Zentrifugieren Sie die Zell-Lösung bei 12.000 × g für 30 min bei 4 ° C. Den Überstand in ein sauberes, leere Flasche und bei 4 ° C zur Reinigung später. </li><li> Inzwischen Zellpellet wieder mit TEN-Puffer und wieder einfrieren bei -80 ° C. Bisvollständige Zelllyse, wiederholen Einfrieren / Auftauen und Beschallen Prozess bis zu dreimal. Sparen Sie 20 ul Zellysat für SDS-PAGE-Charakterisierung. </li></ol> 5. Reinigung von Proteinen mit aECM Inverse Transition Radfahren <ol><li> Kollationieren des Zelllysats aus Schritt 4.3 und damit fortfahren, die aECM Proteine ​​mittels ITC, ähnlich der für die Reinigung von Proteinen elastinbasiertem 21 verwendet zu reinigen. Zyklen bei den verschiedenen Temperaturen, die 4 ° C durchgeführt werden und 37 ° C (bezeichnet als &quot;kalt&quot; bezeichnet) Zyklen (nachfolgend als &quot;warm&quot; bezeichnet) auf. </li><li> Spalten die Zelllysat in 50 ml-Zentrifugenflaschen und Zentrifugieren bei 40.000 × g für 2 Stunden bei 4 ° C. Das Aussehen der Zellpellet sollte dunkelbraun sein und freuen flüssig. </li><li> Entfernen Sie den Überstand mit einer Pipette, um eine saubere Trennung von dem Pellet zu erhalten. Sammeln Sie den Überstand in sauberes Zentrifugenflaschen und NaCl bis zu einer Endkonzentration von 1 M (bis zu einem Maximum von 3 M). Warmdie Lösung auf 37 ° C für 2 Stunden mit Schütteln bei 225 rpm. HINWEIS: Die Zugabe von NaCl wird der Übergang des Elastin-Komponente des aECM verursachen Aggregation auszulösen. Der Überstand wird sich trüben. Wenn die Proteinkonzentration hoch genug ist, kann weißen schaumigen Protein an den Seiten des Zentrifugenflasche ersichtlich ist. </li><li> Zentrifugieren der Überstand aus Schritt 5.3 bei 40.000 × g für 2 Stunden bei 37 ° C. Den Überstand umfüllen. Crush the Pellet mit einem Metallspatel und das Pellet Bits in eiskaltem autoklaviert destilliertem Wasser (50 mg / ml) unter kräftigem Rühren O / N bei 4 ° C unter Verwendung eines magnetischen Rührstab und Teller. Das Pellet sollte vollständig aufgelöst werden. </li><li> Die Schritte 5.2 bis 5.4 für weitere drei bis fünf Mal, um eine höhere Reinheit des Proteins zu erhalten. </li><li> Nach dem letzten Reinigungszyklus, entsalzen der Proteinlösung durch Dialyse gegen destilliertes Wasser bei 4 ° C. Dialysiere Proteinlösung gegen Wasser für 2-3 Tage mit Veränderungen der Wasser alle 4h oder 8 h für O / N. Sparen Sie 20 ul des gereinigten Proteins für SDS-PAGE und lyophilisieren den Rest des gereinigten Proteins und bei -80 ° C bis zur weiteren Verwendung. </li></ol> 6. Charakterisierung von aECM Proteinen mit SDS-PAGE-Elektrophorese <ol><li> Vorbereitung eines 12% SDS-PAGE-Gel (wenn das Molekulargewicht groß ist, nutzen 8% SDS-PAGE-Gele für eine bessere Trennung). Hinzuzufügen 2x SDS-Ladepuffer zu jeder Probe, Erwärmen der Proben für 10 min bei 100 ° C einstellen und Auftragung auf das Gel 1 h lang bei 100 V, bis das Protein Leiter entsprechend dem Molekulargewicht des Proteins aECM der Mitte der erreicht Gel. </li><li> Abrufen des Gels aus dem SDS-PAGE einzurichten und fügen Coomassie Brilliant Blue-Färbung (Tabelle 2) mit einem Volumen, das Gel für 1 Stunde in einer Petrischale eintauchen. Rinse Gel in einer Entfärbelösung (Tabelle 2) für 5 min auf einer Wippe. Ändern Sie die Entfärbelösung, und weiter, um das Gel mit Schaukel bis dem Hintergrund t entfärbener gel deutlich. Proteinbanden muss deutlich sichtbar sein. </li><li> Vergleichen der Position des Zielproteins gegen das Protein Leiter um das Molekulargewicht des Zielproteins zu bestimmen. </li><li> Um die Anwesenheit des Target-Proteins weiter zu bestätigen, führen Western Blotting, wie in Schritt 7. </li></ol> 7. Charakterisierung von Proteinen mit aECM Western Blotting <ol><li> Führen Sie die Proben auf einem 12% SDS-PAGE-Gel, wie in Kapitel 6 ohne Färbung. </li><li> Geschnitten Nitrocellulosemembran auf eine Größe geringfügig größer als die SDS-PAGE-Gel. Schneiden 4 Stück Filterpapier in der gleichen Größe. </li><li> Wet einem Stück Filterpapier mit westlichen Transferpuffer (20% v / v Methanol, 25 mM Tris, 190 mM Glycin, pH 8,3), legen Sie die SDS-PAGE-Gel auf dem Filterpapier, gefolgt von einem weiteren Stück Filterpapier , dann die Nitrocellulosemembran und einem abschließenden beiden anderen Stücke von Filterpapier. Stellen Sie sicher, das ganze Set-up wird mit ausreichend westlichen Transferpuffer eingetaucht. ANMERKUNG: Das Gel und die Membran nicht in Kontakt zu diesem Zeitpunkt, wie Proteine ​​könnten an die Membran bei Kontakt zu binden. </li><li> Übertragen Sie die Proteine ​​auf der Nitrocellulosemembran, indem zwei Filterpapiere in einen westlichen halbtrockenen Transfereinheit, gefolgt von der Nitrocellulosemembran und vorsichtig die SDS-PAGE-Gel in und an der Membran, schließlich legen Sie die letzten zwei feuchtem Filterpapier auf Die SDS-PAGE-Gel. Führen Sie den westlichen Übertragung bei 45 mA, 30 min. In Puffer, wenn die Spannung höher als 30 V. HINWEIS: vorzugsweise die SDS-PAGE-Gel auf die Membran bei einem Versuch und vermeiden Verschieben des Gels unnötig auf der Membran als Proteine ​​könnten an die Membran bei Kontakt zu binden. </li><li> Abrufen und blockieren die Nitrocellulose-Membran mit Blockierungslösung (5% fettfreier Milch in PBS, pH 7,4, mit Filterpapier filtriert) für 2 h bei RT. Entsorgen Blockierungspuffer und fügen PBS spülen. HINWEIS: Wechseln Sie neue Handschuhe zu vermeiden Kontamination der Membran mit unerwünschten proteIns. </li><li> Inkubieren primären anti-His Antikörper mit Verdünnung in PBS auf 1: 1000 bei RT für 1 h unter Schütteln. Vorbereitung einer Mischung mit einem Volumen, das die gesamte Membran eintauchen könnte, beispielsweise mit Verdünnungsverhältnis 1: 1.000, fügen 1 ul Antikörper (Stammkonzentration: 1 mg / ml) zu 999 &amp; mgr; l PBS für eine 1 ml Gesamtmischung. </li><li> Spülen der Membran mit 5 ml PBST (PBS mit 0,1% Tween 20). </li><li> Inkubieren mit sekundärem Antikörper bei 1, konjugiert an Meerrettich-Peroxidase (HRP) mit Verdünnung in PBS: 5000 bei RT für 1 h unter Schütteln. Vorbereitung einer Mischung mit einem Volumen, das die gesamte Membran eintauchen könnte, beispielsweise mit Verdünnungsverhältnis 1: 5.000, fügen 1 ul Antikörper (Stammkonzentration: 1 mg / ml) bis 4,999 &amp; mgr; l PBS für eine 5 ml Gesamtmischung. </li><li> Waschen Sie die Membran mit 5 ml PBST und zweimal wiederholen. </li><li> Übernehmen Sie die Chemilumineszenzsubstrat an die Membran mit einem Volumen, um die Membran abdecken und inkubieren indem Sie die Anweisungen für das verwendete Substrat. HINWEIS: Die Empfindlichkeit der Substrat zur Proteinnachweis können variieren, empfehlen wir ein Substrat mit maximaler Empfindlichkeit für sehr niedrige Signale bei steigender Antikörperkonzentration keine Signale zu erhöhen. </li><li> Erfassen Sie die chemolumineszierende Signale unter Verwendung einer CCD-Kamera auf Basis Imager. Stellen Sie die primären und sekundären Antikörperverdünnungsverhältnis, wenn Signale schwach und nicht-spezifisch sind. Länger inkubieren in Blockierungslösung, wenn Hintergrundsignal hoch ist. </li></ol>

<ol>
	<li>Chen, Q., Liang, S., Thouas, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastomeric+biomaterials+for+tissue+engineering.">Elastomeric biomaterials for tissue engineering.</a> Prog Polym Sci. 38 (3-4), 584-671 (2013).</li><li>Groeber, F., Holeiter, M., Hampel, M., Hinderer, S., Schenke-Layland, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin+tissue+engineering+-+In+vivo+and+in+vitro+applications.">Skin tissue engineering - In vivo and in vitro applications.</a> Adv Drug Deliv Rev. 63 (4-5), 352-366 (2011).</li><li>Kushner, A. M., Guan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modular+Design+in+Natural+and+Biomimetic+Soft+Materials.">Modular Design in Natural and Biomimetic Soft Materials.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (39), 9026-9057 (2011).</li><li>Gagner, J. E., Kim, W., Chaikof, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+protein-based+biomaterials+for+medical+applications.">Designing protein-based biomaterials for medical applications.</a> Acta Biomater. 10 (4), 1542-1557 (2014).</li><li>Gomes, S., Leonor, I. B., Mano, J. F., Reis, R. L., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Natural+and+genetically+engineered+proteins+for+tissue+engineering.">Natural and genetically engineered proteins for tissue engineering.</a> Prog Polym Sci. 37 (1), 1-17 (2012).</li><li>Werkmeister, J. A., Ramshaw, J. A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recombinant+protein+scaffolds+for+tissue+engineering.">Recombinant protein scaffolds for tissue engineering.</a> Biomedical Materials. 7 (1), 012002 (2012).</li><li>MacNeil, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomaterials+for+tissue+engineering+of+skin.">Biomaterials for tissue engineering of skin.</a> Materials Today. 11 (5), 26-35 (2008).</li><li>Fong, E., Tirrell, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collective+Cell+Migration+on+Artificial+Extracellular+Matrix+Proteins+Containing+Full-Length+Fibronectin+Domains.">Collective Cell Migration on Artificial Extracellular Matrix Proteins Containing Full-Length Fibronectin Domains.</a> Advanced Materials. 22 (46), 5271-5275 (2010).</li><li>Ratner, B. D., Bryant, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BIOMATERIALS:+Where+We+Have+Been+and+Where+We+are+Going.">BIOMATERIALS: Where We Have Been and Where We are Going.</a> Annual Review of Biomedical Engineering. 6 (1), 41-75 (2004).</li><li>Cai, L., Heilshorn, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+ECM-mimetic+materials+using+protein+engineering.">Designing ECM-mimetic materials using protein engineering.</a> Acta Biomater. 10 (4), 1751-1760 (2014).</li><li>Annabi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastomeric+recombinant+protein-based+biomaterials.">Elastomeric recombinant protein-based biomaterials.</a> Biochemical Engineering Journal. 77, 110-118 (2013).</li><li>Heilshorn, S. C., DiZio, K. A., Welsh, E. R., Tirrell, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endothelial+cell+adhesion+to+the+fibronectin+CS5+domain+in+artificial+extracellular+matrix+proteins.">Endothelial cell adhesion to the fibronectin CS5 domain in artificial extracellular matrix proteins.</a> Biomaterials. 24 (23), 4245-4252 (2003).</li><li>Simnick, A. J., Lim, D. W., Chow, D., Chilkoti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+and+Biotechnological+Applications+of+Elastin-Like+Polypeptides.">Biomedical and Biotechnological Applications of Elastin-Like Polypeptides.</a> Polymer Reviews. 47 (1), 121-154 (2007).</li><li>Tjin, M. S., Chua, A. W. C., Ma, D. R., Lee, S. T., Fong, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+Epidermal+Keratinocyte+Cell+Response+on+Integrin-Specific+Artificial+Extracellular+Matrix+Proteins.">Human Epidermal Keratinocyte Cell Response on Integrin-Specific Artificial Extracellular Matrix Proteins.</a> Macromolecular Bioscience. 14 (8), 1125-1134 (2014).</li><li>MacNeil, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+and+opportunities+for+tissue-engineered+skin.">Progress and opportunities for tissue-engineered skin.</a> Nature. 445 (7130), 874-880 (2007).</li><li>Kariya, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+regulation+of+cellular+adhesion+and+migration+by+recombinant+laminin-5+forms+with+partial+deletion+or+mutation+within+the+G3+domain+of+&#945;3+chain.">Differential regulation of cellular adhesion and migration by recombinant laminin-5 forms with partial deletion or mutation within the G3 domain of &#945;3 chain.</a> J Cell Biochem. 88 (3), 506-520 (2003).</li><li>Shang, M., Koshikawa, N., Schenk, S., Quaranta, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+LG3+module+of+laminin-5+harbors+a+binding+site+for+integrin+&#945;3&#914;1+that+promotes+cell+adhesion,+spreading,+and+migration.">The LG3 module of laminin-5 harbors a binding site for integrin &#945;3&#914;1 that promotes cell adhesion, spreading, and migration.</a> J Biol Chem. 276 (35), 33045-33053 (2001).</li><li>Hassouneh, W., Christensen, T., Chilkoti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastin-like+polypeptides+as+a+purification+tag+for+recombinant+proteins.">Elastin-like polypeptides as a purification tag for recombinant proteins.</a> Current Protocols in Protein Science. , 6.11.1-6.11.16 (2010).</li><li>Keeley, F., Mecham, R., Keeley, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+4.">Ch. 4.</a> Evolution of Extracellular Matrix.Biology of Extracellular Matrix. , 73-119 (2013).</li><li>Le, D. H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Assembly+of+Elastin-Mimetic+Double+Hydrophobic+Polypeptides.">Self-Assembly of Elastin-Mimetic Double Hydrophobic Polypeptides.</a> Biomacromolecules. 14 (4), 1028-1034 (2013).</li><li>MacEwan, S. R., Hassouneh, W., Chilkoti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-chromatographic+Purification+of+Recombinant+Elastin-like+Polypeptides+and+their+Fusions+with+Peptides+and+Proteins+from+Escherichia+coli.">Non-chromatographic Purification of Recombinant Elastin-like Polypeptides and their Fusions with Peptides and Proteins from Escherichia coli.</a> Journal of visualized experiments: JoVE. (88), e51583 (2014).</li><li>Meyer, D. E., Chilkoti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetically+encoded+synthesis+of+protein-based+polymers+with+precisely+specified+molecular+weight+and+sequence+by+recursive+directional+ligation:+examples+from+the+elastin-like+polypeptide+system.">Genetically encoded synthesis of protein-based polymers with precisely specified molecular weight and sequence by recursive directional ligation: examples from the elastin-like polypeptide system.</a> Biomacromolecules. 3 (2), 357-367 (2002).</li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.

Recombinant Protein-Engineering ist eine vielseitige Technik, um neue Proteinmaterialien unter Verwendung eines Bottom-up-Ansatz zu schaffen. Die Materialien auf Proteinbasis kann je nach Anwendungsfall von Interesse konstruiert werden, um mehrere Funktionalitäten aufweisen, zugeschnitten. Aufgrund der zunehmenden Fortschritt in der Klonierung und Proteinexpression Technologien ist es relativ einfach (und kostengünstiger) zu werden, um eine Vielzahl von künstlichen Proteine ​​auf eine reproduzierbare und skalierb...

For several decades, both synthetic and natural materials have been explored for use as scaffolds in tissue engineering1,2. While synthetic materials such as polymers offer excellent structural integrity and tunable mechanical properties, they often have insufficient bioactivity to promote growth and infiltration of tissues. On the other hand, natural materials such as extracellular matrix (ECM) proteins have excellent biological activity, but have limitations such as batch-to-batch variability, rapid degradation and immunogenicity issues. As such, recombinant proteins are desired, since they can be designed to mimic only the desirable properties of native proteins3,4.
Recombinant protein engineering has garnered widespread interests as a versatile platform for the design and production of novel artificial protein biopolymers. By controlling the genetic sequence, the functionalities of the artificial proteins can be tailored for a wide variety of applications5,6. In particular, artificial extracellular matrix (aECM) proteins can be tailored to have multiple functionalities for applications in tissue engineering, regeneration and wound repair2,7. More importantly, advances in cloning and purification technologies have increased scalability and reduced the cost of manufacturing recombinant proteins tremendously. It is possible to produce large quantities of recombinant proteins at low production costs which are economic for use in the clinic5. 
Artificial extracellular matrix proteins have been developed for tissue engineering applications8-11. For instance, Tirrell et al. designed a small diameter vascular graft using artificial proteins containing fibronectin CS5 sequence and elastin-like repeats (ELP-CS5). They showed that human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were able to adhere and grow on these materials12. Others have also incorporated short bioactive sequences taken from fibronectin, collagen, laminin, fibrinogen and vitronectin as well as structural domains that mimic elastin, spider silk and collagens to create a variety of fusion proteins10. Bulk cross-linked films made out of elastin-based aECM proteins also exhibited mechanical properties similar to that of native elastin (elastic moduli ranges between 0.3-0.6 MPa)13. Subsequently, aECM proteins containing longer fibronectin fragments were also reported to accelerate wound healing in vitro due to increased integrin binding affinities8. 
Recently, integrin-specific artificial ECM proteins have been developed by Tjin and coworkers14. Each aECM protein contains a bioactive cell-binding domain taken from ECM components of native human skin2,7,15, such as laminin-5, collagen-IV and fibronectin. For example, the integrin &#945;3&#914;1 has been shown to bind the PPFLMLLKGSTR sequence found in the laminin-5 alpha-3 chain globular domain 3 (LG3)16,17. In their report, they showed that primary human skin epidermal keratinocytes preferentially engage different integrins for binding to each of the aECM proteins, depending on the type of cell binding domain present.
The aECM proteins discussed in the work by Tjin et al. contain flanking elastin-like domains {(VPGIG)2VPGKG(VPGIG)2}8 that confer elasticity which mimics the mechanical properties of human skin. In addition, the incorporation of lysine residues within the elastin-like repeats also increases the overall protein solubility in aqueous solvents. In addition, the lysine residues also serve as crosslinking sites to facilitate the formation of crosslinked aECM films12. Inclusion of elastin-like repeats within the aECM protein sequence allow the proteins to be readily purified via Inverse Transition Cycling (ITC)14. Elastins undergo a sharp and reversible phase transition at a specific temperature known as the lower critical solution temperature (LCST) or the inverse transition temperature (Tt)18-20. Elastins and elastin-like repeats adopt hydrophilic random coil conformations below their LCST and become soluble in water, whereas above their LCST, elastins aggregate rapidly into micron-size particles. Such phase transitions are reversible and hence, can be exploited to allow elastin-based aECM proteins to be readily purified via the ITC technique21.
In this work, we report a generalized procedure to design, construct and purify artificial ECM proteins containing bioactive cell-binding domains, fused to elastin-like repeats. The process to design and clone the plasmids that encode for the amino acid sequences for the aECM proteins is described. The steps involved to purify the aECM proteins using ITC are outlined. Finally, the methods to determine the purity of the aECM proteins obtained using SDS-PAGE electrophoresis and Western Blotting are discussed.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>pET22b (+)</td>
			<td>Novagen</td>
			<td>69744</td>
			<td>T7 expression vectors with resistance to ampicillin&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BL21(DE3)pLysS&#160;</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>C6060-03</td>
			<td>additional antibiotics - chloramphenicol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl-beta-D-thiogalactoside (IPTG)</td>
			<td>Gold Biotechnology</td>
			<td>I2481C</td>
			<td>1M stock solution with autoclaved water, make fresh prior to induction.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAprep Spin Miniprep Kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>27106</td>
			<td>plasmid isolation kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T4 ligase</td>
			<td>New England Biolabs</td>
			<td>M0202S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampicillin</td>
			<td>Affymetrix</td>
			<td>11259</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloramphenicol</td>
			<td>Affymetrix</td>
			<td>23660</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zymoclean&#8482; gel DNA recovery kit</td>
			<td>Zymo Research</td>
			<td>D4001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XL10-gold strain</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td>200315</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and construction of artificial extracellular matrix (aecm) proteins from escherichia coli for skin tissue engineering

Recombinant technology is a versatile platform to create novel artificial proteins with tunable properties. For the last decade, many artificial proteins that have incorporated functional domains derived from nature (or created de novo) have been reported. In particular, artificial extracellular matrix (aECM) proteins have been developed; these aECM proteins consist of biological domains taken from fibronectin, laminins and collagens and are combined with structural domains including elastin-like repeats, silk and collagen repeats. To date, aECM proteins have been widely investigated for applications in tissue engineering and wound repair. Recently, Tjin and coworkers developed integrin-specific aECM proteins designed for promoting human skin keratinocyte attachment and propagation. In their work, the aECM proteins incorporate cell binding domains taken from fibronectin, laminin-5 and collagen IV, as well as flanking elastin-like repeats. They demonstrated that the aECM proteins developed in their work were promising candidates for use as substrates in artificial skin. Here, we outline the design and construction of such aECM proteins as well as their purification process using the thermo-responsive characteristics of elastin.

Bei der Konstruktion von Fusionsproteinen enthalten, Elastin-ähnlichen Wiederholungen, ist es wichtig, eine Gesamt Elastingehalt, groß genug Anteil des Fusionsproteins 18 aufrechtzuerhalten. Dies soll sicherstellen, dass das Fusionsproteinkonstrukt behält seine Elastin ähnlichen Eigenschaften, um die ITC zur Aufreinigung verwenden. Die aECM Proteine ​​Design und in diesem Abschnitt beschriebenen Sequenzen wurden speziell von der Arbeit von Tjin et al. 14 genommen. In diese...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix aECM Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering at JoVE.com

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix aECM Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Recombinant technologies have enabled material designers to create novel artificial proteins with customized functionalities for tissue engineering applications. For example, artificial extracellular matrix proteins can be designed to incorporate structural and biological domains derived from native ECMs. Here, we describe the construction and purification of aECM proteins containing elastin-like repeats.

Planung und Bau von künstlichen extrazellulären Matrix (aECM) Proteine ​​aus<em&gt; Escherichia coli</em&gt; Zum Haut Tissue Engineering

Recombinant technology is a versatile platform to create novel artificial proteins with tunable properties. For the last decade, many artificial proteins ...

design-construction-artificial-extracellular-matrix-aecm-proteins

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix (aECM) Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

8.8K Aufrufe.  Nanyang Technological University. Recombinant technologies have enabled material designers to create novel artificial proteins with customized functionalities for tissue engineering applications. For example, artificial extracellular matrix proteins can be designed to incorporate structural and biological domains derived from native ECMs. Here, we describe the construction and purification of aECM proteins containing elastin-like repeats. 

Planung und Bau von künstlichen extrazellulären Matrix (aECM) Proteine ​​aus

Planung und Bau von künstlichen extrazellulären Matrix (aECM) Proteine aus