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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Dans l'ère post-génomique humaine, la disponibilité de protéines recombinantes dans des conformations natives est cruciale pour la recherche structurelle, fonctionnelle et thérapeutique et le développement. Ici, nous décrivons un test et à grande échelle du système expression des protéines dans les cellules embryonnaires humaines de rein 293T qui peuvent être utilisés pour produire une variété de protéines recombinantes.
Recombinant expression des protéines dans les bactéries, généralement E. coli, a été la stratégie la plus efficace pour l'expression quantité milligramme de protéines. Cependant, les hôtes procaryotes sont souvent pas aussi appropriée pour l'expression de l'homme, les protéines virales ou eucaryote en raison de la toxicité de la macromolécule étrangère, les différences dans le mécanisme de repliement des protéines, ou en raison de l'absence de modifications co-ou post-traductionnelle particulier chez les bactéries. Des systèmes d'expression basés sur la levure (P. pastoris ou S. cerevisiae) 1,2, infectées par le baculovirus d'insectes (S. frugiperda ou T. ni) des cellules 3 et acellulaire in vitro des systèmes de traduction 2,4 ont été utilisés avec succès pour produire des protéines de mammifères. Intuitivement, la meilleure correspondance est d'utiliser un hôte mammifère afin d'assurer la production de protéines recombinantes qui contiennent les bonnes modifications post-traductionnelles. Un certain nombre de lignées cellulaires de mammifères (Human Embryonic Kidney (HEK) 293, C V-1 des cellules dans O RIGINE portant le S V40 Larget l'antigène T (COS), ovaire de hamster chinois (CHO), et d'autres) ont été utilisées avec succès pour surexprimer milligrammes d'un certain nombre de protéines humaines 5-9. Toutefois, les avantages de l'utilisation des cellules de mammifères sont souvent contrés par des coûts plus élevés, des exigences de l'équipement de laboratoire spécialisé, les rendements en protéines plus faibles et les temps longs pour développer des lignées stables de cellules d'expression. Accroître le rendement et la production des protéines plus rapide, tout en gardant des coûts bas, sont des facteurs importants pour de nombreux laboratoires universitaires et commerciaux.
Ici, nous décrivons un temps et le coût-efficace, en deux parties la procédure pour l'expression de protéines sécrétées humaines à partir de cellules HEK adhérentes 293T. Ce système est capable de produire microgramme à quelques milligrammes de protéine fonctionnelle pour des études structurales, biophysiques et biochimiques. La première partie, plusieurs constructions du gène d'intérêt sont de produired en parallèle et transfectées de façon transitoire dans des cellules HEK adhérentes 293T à petite échelle. La détection et l'analyse de la protéine recombinante sécrétée dans le milieu de culture cellulaire est réalisée par analyse western blot en utilisant des anticorps dirigés contre disponibles dans le commerce un tag vecteur protéine codée par la purification. Par la suite, des constructions appropriées pour la production de protéines à grande échelle sont transfectées de façon transitoire à l'aide polyéthylèneimine (PEI) dans les usines de cellules 10-couche. Protéines sécrétées dans les volumes litre de milieu conditionné sont concentrées en un montant gérables en utilisant une filtration à flux tangentiel, suivie d'une purification par chromatographie d'affinité anti-HA. L'utilité de cette plate-forme est prouvé par sa capacité à exprimer quelques milligrammes de cytokines, de récepteurs de cytokines, des récepteurs de surface cellulaire, des facteurs de restriction intrinsèques, et des glycoprotéines virales. Cette méthode a également été utilisé avec succès dans la détermination de la structure des trimères 5,10 glycoprotéine Ebola.
2, est nécessaire. Cette procédure peut être rapidement étendu à des systèmes de plus grande complexité, comme la co-expression de complexes protéiques, des antigènes et des anticorps, la production de virus-like particules pour les vaccins, ou la production d'adénovirus ou des lentivirus pour la transduction de lignées cellulaires difficiles.
1. Travail de préparation - Les constructions et les cultures cellulaires
Avant de commencer le protocole, le gène d'intérêt devrait être codon-optimisé pour l'expression dans les cellules de mammifères, et cloné dans un vecteur d'expression approprié en utilisant des techniques de biologie moléculaire. Afin d'assurer le plus de chance pour l'expression réussie, de multiples variantes du gène d'intérêt doit être généré. De nombreux vecteurs d'expression de mammifères sont disponibles dans le commerce et a les étiquettes de purification différents (polyhistidine, l'hémagglutinine, la streptavidine, HALO-Tag, glutathion S-transférase, entre autres). Nous préférons utiliser le vecteur pDISPLAY, qui code pour un promoteur du cytomégalovirus humain fort, un signal de sécrétion d'Ig κ, étiquette de purification hémagglutinine, et dispose d'un ancrage transmembranaire C-terminal de cibler la protéine à travers la voie de sécrétion pour l'affichage sur la membrane plasmique. Nous avons l'habitude d'insérer un codon stop en face de la transmembranaire vecteur codé anchor pour permettre à la protéine est sécrétée dans le milieu conditionné.
Embryonnaires humaines de rein (HEK) des cellules 293T sont largement disponibles, et facilement en culture et transfectées. 293T HEK sont couramment utilisés pour l'expression de protéines de mammifères, mais sont considérés comme présentant un risque biologique et doivent être traitées au niveau de biosécurité 2. S'il vous plaît porter des vêtements de protection individuelle, le travail doit être effectué dans un cabinet a approuvé la biosécurité en utilisant une technique aseptique. Tous les déchets et les surfaces doivent être désinfectés selon les directives institutionnelles et gouvernementales. Il est recommandé que les cellules soient testés pour contamination par des mycoplasmes avant de l'utiliser. Les cellules peuvent être traitées avec la ciprofloxacine (10 pg / ml) pendant dix jours pour éradiquer toute source de Mycoplasma spp. la contamination. Les protocoles généraux pour propager cellules HEK 293T sont présentés séparément (encadré 1).
Des considérations supplémentaires pour le test et l'expression des protéines à grande échelle sont reviewed dans 11-15.
2. Expression d'essai à petite échelle
Une fois les constructions ont été conçues et produites, transfections essais à petite échelle peut être effectuée en utilisant des cellules 293T HEK; un schéma résumant le processus est présenté ci-dessous (Fig. 1).
3. Expression de test à grande échelle et purification
Une fois une construction a été identifié l'expression quantité milligramme de protéine recombinante est obtenue par transfection de cellules HEK PEI adhérentes 293T en utilisant les usines cellulaires 10-couche (Fig. 2; 6360 cm 2 de surface). Pour des études plus exploratoires, les petites usines cellulaires ou des T-flacons (Tableau 1) peuvent être utilisés.
Étapes 9-17 peut être répété pour capturer des protéines supplémentaires à partir du milieu conditionné.
4. Les résultats représentatifs
Dans cet article, nous décrivons et démontrer une plate-forme d'expression commode pour milligramme quantité de production de protéines humaines qui peuvent ensuite être utilisés pour des études structurales et fonctionnelles. Le dépistage de la protéine humaine constructions en utilisant des cellules HEK 293T en plaques 6 puits est efficient et efficace dans l'identification des constructions qui se prêtent à la production à plus grande échelle. Vecteurs d'expression commerciaux peuvent être transfectées efficacement dans les cellules 293T HEK en utilisant une variété de réactifs de transfection, comme GeneJuice, FuGENE HD ou PE I. Nous recommandons l'utilisation d'un réactif de transfection commerciale, tels que GeneJuice ou FuGENE HD, pour les expressions de test, comme ces réactifs sont plus efficaces pour les plus pauvres protéines exprimant (Fig. 3). Les constructions sélectionnées pour l'expression à grande échelle devrait être caractérisé par une seule bande de forte intensité, correspondant au poids moléculaire appropriée sur le western blot (Fig. 3). Glycoprotéines peut migrer comme une bande plus large en raison de l'hétérogénéité dans la glycosylation. Nous avons montré qu'une variété de macromolécules, allant de glycoprotéines virales, des cytokines, récepteurs de cytokines, protéines de surface et d'autres, peut être exprimé et purifié pour obtenir des quantités de protéines en utilisant millgram cette plate-forme d'expression générale (fig. 4).
Figure 1. Schéma de workflow de petits transfections.tp_upload/4041/4041fig1large.jpg "target =" _blank "> Cliquez ici pour agrandir la figure.
Figure 2. Corning 10-couche pour l'expression CellSTACK protéine plus grande échelle. Chaque couche contient 636 cm 2 de surface pour la fixation des cellules. Une norme de laboratoire incubateur à CO 2 (6,0 pi ³) sera confortablement accueillir quatre usines cellulaires 10-couche.
.. Figure 3 à petite échelle d'expression de différentes protéines sécrétées Nous avons effectué une série d'expressions d'essais à petite échelle utilisant des réactifs de transfection communs:. GeneJuice, FuGENE HD et de l'Î (a) de dépistage par Western blot de certains humains protéines cellulaires (tetherin), les récepteurs (IL-2R sous-unité β) et cytokines IL-2). Tetherin est une glycoprotéine membranaire humaine qui limite la libération denaissantes du VIH-1 virions 16. Le domaine extracellulaire de tetherin existe en tant que glycosylée, liaison disulfure dimère de ~ 36 kDa. Dans des conditions réductrices, tels quels, tetherin migre comme monomère avec un poids moléculaire apparent de ~ 22 kD. L'interleukine-2 (IL-2) est une cytokine (environ 17 kDa) impliquée dans la prolifération des lymphocytes 17. Elle interagit avec l'IL-2 complexe récepteur, dont l'IL-2R βsubunit (environ 26 kDa) est une composante 18. CD21 est une protéine membranaire impliqué dans l'activation et la maturation des cellules B par le système du complément, et est également un récepteur pour le virus d'Epstein-Barr. Le domaine extracellulaire de CD21 glycosylée migre comme monomère ayant un poids moléculaire apparent de ~ 20 kD. (B) la sélection Western blot de glycoprotéines de surface choisis virales (XMRV Env et Ebola GP). XMRV et glycoprotéines virus Ebola (ancrage transmembranaire supprimé) qui existent à la membrane virale comme des pointes trimères et sont impliqués dans la fixation des cellules d'accueilet la fusion. Le ectodomaine de XMRV Env et EBOV GP sont abondamment décorés avec de la N-glycanes et de migrer à des poids moléculaires apparents de 70 kDa et 75 kDa, respectivement.
Figure 4. Purifiée de l'homme protéines cellulaires à partir de cultures à grande échelle 293T HEK. Toutes les protéines ont été exprimées à l'aide d'une usine de cellules de 10 couches, et concentrée et purifiée par chromatographie anti-HA. Comme le montre par Coomassie teinté analyse SDS-PAGE, les domaines extracellulaires de récepteur de l'interleukine-2 (IL-2R) α et γ sous-unités migrer à des poids moléculaires de 40 kDa et 46 kDa, respectivement. Le domaine extracellulaire de tetherin migre sous forme de dimère, sous des conditions non réductrices, avec un poids moléculaire apparent de 36 kDa. Notez qu'il ya une certaine contamination BSA qui apparaît à un poids moléculaire apparent de 60 kDa. En outre, l'hétérogénéité des glycanes N-liés présents sur tetherin,IL-2R α et l'IL-2R γ des causes de bande élargissement sur le gel de SDS-PAGE. Ces complexes de type N-glycanes peuvent être retirés à l'aide peptide: N-glycosidase F.
Navire | Surface |
Des plaques 6 puits | 9,5 cm 2 (chaque puits) |
Boîtes de 100 mm | 55 cm 2 |
245 plats mm | 500 cm 2 |
T75 cm 2 flacon | 75 cm 2 |
T175 cm 2 flacon | 175 cm 2 |
T225 cm 2 flacon | 225 cm 2 |
Rouleau bouteille régulière | 850 cm 2 |
Rouleau bouteille élargi la surface | Cm 1700 2 |
Une couche CellSTACK | 636 cm 2 |
2-couche CellSTACK | 1272 cm 2 |
5-couche CellSTACK | 3180 cm 2 |
10-couche CellSTACK | 6360 cm 2 |
40-couche CellSTACK | 25440 cm 2 |
Tableau 1. Comparaison des récipients de culture de cellules utilisées pour l'expression des protéines.
Liste des Recettes de réactifs
100X Ciprofloxacine Pour 10 ml de solution, ajouter de l'eau déminéralisée 10 ml à 10 mg ciprofloxacine. Ajouter 10 ul HCl 6N pour dissoudre complètement la ciprofloxacine.
PEI (1 mg / mL) pour une solution de 100 ml, dissoudre 100 mg de 25 kDa linéaire PEI dans l'eau déminéralisée et de la chaleur à 80 ° C. Solution refroidir à température ambiante, ajuster le pH à 7,2, 0,22 um filtre stériliser, aliquoter et congeler à -20 ° C pendant long terme de stockage.
PBS 1X Pour une solution à 1 L aqueuse: 8,0 g de NaCl, 0,2 g de KCl, 1,4 g de Na 2 HPO 4 (anhydre), 0,24 g de KH 2 PO 4. Ajuster le pH de la solution à 7,4 et à 1,0 L. remplir
1X PBS-Tween-20 Pour une solution à 1 L aqueuse: 8,0 g de NaCl, 0,2 g de KCl, 1,4 g de Na 2 HPO 4 (anhydre), 0,24 g de KH 2 PO 4, 1 ml de Tween-20. Ajuster le pH de la solution à 7,4 et à 1,0 L. remplir
1X tampon de transfert Pour une solution à 1 L aqueuse: 3,0 g de base Tris, 14,4 g de glycine, 150 ml de méthanol.
1X SDS-PAGE en cours d'exécution tampon pour une solution à 1 L aqueuse: 3,0 g de base Tris, 14,4 g de glycine, 1,0 g de SDS.
SDS-PAGE réduire tampon d'échantillon Pour 10 ml de solution: 0,6 g de SDS, 3 ml de glycérol, 1,8 1,0 ml de Tris-HCl pH 6,8, 1 mg de bleu de bromophénol, 5% (v / v) 2-mercaptoéthanol.
Encadré 1. Les protocoles généraux pour la propagation des cellulesEncadré 2. Analyse par Western blot
Encadré 3. Nettoyage et recyclage des récipients de culture cellulaire
Alors que les usines cellulaires sont conçus pour être à usage unique, ces navires peuvent être recyclés pour d'autres grands transfections en utilisant le protocole de nettoyage ci-dessous:
Les usines cellulaires 10-couche sont un navire efficace pour la production de quelques milligrammes de protéines. Un avantage majeur de l'utilisation de l'usine cellulaire par rapport aux autres bateaux traditionnels, tels que des bouteilles, flacons roulants secouer ou spinner, c'est qu'ils ne nécessitent pas l'achat de tout équipement de laboratoire supplémentaire. Une norme incubateur à CO 2 (environ 6,0 pi ³) sera facilement accueillir quatre usines cellulaires 10-couche
Pas de conflits d'intérêt déclarés.
Ce travail a été soutenu par un réseau de traitement du VIH de l'Ontario Subvention de fonctionnement de la recherche (GOR-G645) et les Instituts canadiens de recherche en santé Bourse de nouveau chercheur (MSH-113554) pour JEL, et l'Université de Toronto à HA bourses, CAF, et le JDC. Les auteurs tiennent à remercier Marnie Fusco, Dafna Abelson et le Dr Erica Ollmann Saphire à The Scripps Research Institute (La Jolla, CA) pour les cellules fournissant, vecteur d'expression Ebola GP et des conseils généraux.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom de réactif | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
Phosphatase alcaline (BCIP / NBT) solution de substrat liquide | Sigma | B6404 | |
Antibiotiques / antifongique, 100X | Invitrogen | 15240062 | |
Anti-HA matrice d'affinité, clone 3F10 | Roche | 1815016 | |
Anti-HA AcM murin, clone 16B12 | Covance | MMS-101P | |
Flacon de culture cellulaire, culture de tissus T75 cm 2 traité | Corning | 430641 | |
Flacon de culture cellulaire, culture de tissus T225 cm 2 traité | Corning | 431082 | |
Plaques de culture cellulaire ,6-bien la culture de tissus traités | Corning | 3516 | |
Usine cellulaire, 10-couche CellSTACK | Corning | 3312 | |
Centramate Omega 5K cassette | Voile | OS005C12 | |
Centramate Omega 30K cassette | Voile | OS030C12 | |
Chromatographie Colonne de verre, cm 1,0.10 | Kontes | 4204001010 | |
La ciprofloxacine | Sigma | 17850 | |
CO 2 | |||
Eagle modifié par Dulbecco des médias (DMEM) | Sigma | D5796 | |
Sérum de veau fœtal (FBS), inactivé par la chaleur | Invitrogen | 12484-028 | |
Réactif de transfection FuGENE HD | Promega | 4709691001 | |
Réactif de transfection GeneJuice | EMD / Merck | 70967-6 | |
Glycine | Sigma | G8898 | |
De chèvre anti-IgG de souris F (ab ') 2 piles alcalines | Thermo Scientific | 31324 | |
conjugué à la phosphatase anticorps | |||
Hémagglutinine (HA) peptide, de 100 mg | GenScript | de synthèse sur mesure | |
(Séquence: YPYDVPDYA; une pureté de 95%) | |||
Cellules HEK 293T | ATCC | CRL-11268 | |
Household blanchiment (4% d'hypochlorite de sodium en poids / volume) | différentes marques sont disponibles | ||
Immobilon-P membrane de PVDF | Millipore | IPVH07850 | |
Kit Miniprep purification de plasmide, Purelink rapide | Invitrogen | K2100-11 | |
Kit Maxiprep purification de plasmide, Purelink HiPure | Invitrogen | K2100-07 | |
NaN 3 | Sigma | S8032 | |
Vecteur d'expression pDISPLAY | Invitrogen | V660-20 | |
Pénicilline / streptomycine (pénicilline / streptomycine), 100X | Invitrogen | 15140-122 | |
Tampon phosphate salin (PBS), stérile 1X | Sigma | D8537 | |
Polyéthylèneimine (PEI), linéaires 25 kDa | Polyscience | 23966 | |
Poudre de lait écrémé sec | Œillet | ||
Stericup-GP unité du PSE filtration sous vide, | Millipore | SCGPU05RE | |
0,22 um, capacité de 500 ml | |||
Le bleu trypan | Invitrogen | 15250061 | |
Trypsine-EDTA, 0,05% (p / v) | Invitrogen | 25300-054 | |
Tween-20 | Sigma | P7949 | |
L'acide valproïque | Sigma | P4543 | |
Centramate système à écoulement tangentiel | Voile | ||
CO 2 incubateur humidifié, standard 6.0 cu. pi | différentes marques sont disponibles | ||
Unité d'électrophorèse et le transfert | différentes marques sont disponibles | ||
Incubateur, 37 ° C | différentes marques sont disponibles |
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