Un protocole Purification Tailored HPLC que les rendements de haute pureté amyloïde bêta 42 et bêta-amyloïde 40 Peptides, capable de former Oligomère

Résumé

Nous rapportons ici un protocole de purification par HPLC sur mesure qui produit de haute pureté bêta-amyloïde 42 (Aß42) et de bêta-amyloïde 40 (Aß40) peptides, capable de former des oligomères. Bêta-amyloïde est un peptide hydrophobe fortement l'agrégation prédisposé impliquée dans la maladie d'Alzheimer. La nature amyloïdogène du peptide rend sa purification un défi.

Résumé

Amyloidogenic peptides such as the Alzheimer's disease-implicated Amyloid beta (Aβ), can present a significant challenge when trying to obtain high purity material. Here we present a tailored HPLC purification protocol to produce high-purity amyloid beta 42 (Aβ42) and amyloid beta 40 (Aβ40) peptides. We have found that the combination of commercially available hydrophobic poly(styrene/divinylbenzene) stationary phase, polymer laboratory reverse phase - styrenedivinylbenzene (PLRP-S) under high pH conditions, enables the attainment of high purity (>95%) Aβ42 in a single chromatographic run. The purification is highly reproducible and can be amended to both semi-preparative and analytical conditions depending upon the amount of material wished to be purified. The protocol can also be applied to the Aβ40 peptide with identical success and without the need to alter the method.

Introduction

La maladie d'Alzheimer est une maladie neurodégénérative que les effets de plus de 35 millions de personnes dans le monde entier. Impliqué ¹ fermement dans l'apparition et le développement de la maladie, est la très prédisposé agrégation, un peptide hydrophobe bêta - amyloïde (Aß). ² Aß est comprise entre 36 et 43 acides aminés en longueur, cependant, on pense que la variante de l' acide 42-amino, bêta - amyloïde 42 (Aß42), est la forme la plus toxique de la protéine. ³ Cela est dû en grande partie à la capacité de Aß42 pour former facilement diffusables, les espèces oligomériques qui sont considérées comme des entités particulièrement neurotoxiques. ⁴ Afin d'approfondir notre compréhension du peptide Aß, il est essentiel d'obtenir régulièrement des documents de haute pureté. La présence de traces d'impuretés a été démontré que de modifier considérablement les propriétés d'agrégation de propension du peptide. ⁵

Traditionnellement, la chromatographie en phase liquide (HPLC) à haute performance de peptides hydrophobes tels que Aß a été accompli par l'utilisation d'une combinaison de C ₄ ou C ₈ phases stationnaires à base de silice et une phase mobile acide. ⁶ Cependant, ces conditions peuvent présenter un défi pour la purification du peptide. Le point bas du peptide Aß isoélectrique (pI environ 5,5) ⁷ signifie que dans des conditions acides, l' agrégation du peptide est augmentée et à la suite de larges pics HPLC non résolus qui sont souvent difficiles à isoler sont produites (figure 2A). En outre, ces larges pics contiennent souvent des impuretés qui peuvent avoir un impact sur le profil de l'agrégation du peptide, et souvent nécessiter des rondes subséquentes de purification qui peuvent influer considérablement la quantité de peptide produit.

Le poly (styrène / divinylbenzène) de la phase stationnaire, DPP-S, représente un autre moyen de purifying peptides hydrophobes. La phase stationnaire a été utilisée dans la purification d'un certain nombre de protéines et d'acides ribonucléiques messagers (ARNm). ^{8, 9} La phase stationnaire PLRP-S ne nécessite aucun ligand alkyle supplémentaire pour la séparation en phase inverse, et plus important encore est chimiquement stable à pH élevé qui conduit à la désagrégation du peptide. ⁷ Ici, nous rapportons un protocole de purification HPLC sur mesure qui donne une grande pureté bêta - amyloïde 42 (Aß42) et bêta - amyloïde 40 (Aß40) peptides.

Protocole

1. Une CLHP preparative purification du peptide Aß42 Aß40 ou

1. Préparer les tampons suivants pour la purification par HPLC.
   1. Préparer un tampon A (20 mM de NH ₄ OH) en y ajoutant 1,3 ml de _NH4OH (solution à 28%) pour 1 000 ml d'eau ultrapure.
   2. Préparer un tampon B (80% d' acétonitrile avec 20 mM de NH ₄ OH) en y ajoutant 1,3 ml de _NH4OH (solution à 28%) à une solution de 800 mL d'acétonitrile de qualité HPLC et 200 ml d'eau ultrapure.
   3. Préparer un tampon de dissolution de l' échantillon (0,1% de _NH4OH) en ajoutant 100 pl de _NH4OH (solution à 28%) pour 100 ml d'eau ultrapure.
2. Configuration de l'instrument HPLC comme le montre la figure 1.
   1. Monter les bouteilles de solvant qui contiennent le tampon A et le tampon B aux entrées de la pompe HPLC en utilisant un tube de polymère. Fixer le tube en polymère à la pompe HPLC avec un raccord d'une seule pièce. Veiller à ce que le tube de polymèrechaque tampon est monté sur la soupape d'entrée correcte de l'appareil. Monter la pompe HPLC avec un dégazeur.
   2. Couple de la pompe HPLC avec l'entrée de la 300 Å 8 pm 25 300 mm colonne préparative х mm (figure 1B, colonne de gauche, voir la liste des matériaux) en utilisant un tube de polymère.
      1. Fixez le tube de polymère à la colonne préparative avec une seule pièce doigt ajustement serré. Faire en sorte que la colonne de polymère est orienté de la manière correcte.
         Remarque: la phase stationnaire de la colonne préparative est composée de poly (styrène-divinylbenzène) des particules. L'orientation correcte de la colonne de polymère est marqué sur l'enveloppe extérieure avec une flèche directionnelle unique.
   3. Connecter la sortie de la colonne du détecteur à double longueur d'onde en utilisant un tube de polymère et régler le détecteur de longueur d'onde de 214 nm et 280 nm.
      1. Modifier la longueur d'onde en modifiant les paramètres de détection de longueur d'onde dans le procédé de l'instrument d'installation choix dulogiciel intégré de HPLC.
   4. Fixer le tube de polymère à l'entrée du détecteur de longueur d'onde avec un doigt d'une seule pièce hermétique. Fixer le tube de polymère à la vanne de sortie du détecteur de longueur d'onde. Fixer le tube en polymère à la vanne de sortie du détecteur de HPLC avec un doigt d'une seule pièce hermétique. Ce sera le tube de prélèvement d'échantillon.
      NOTE: L'absence d'une forte chromophore sur le peptide Aß dicte que 214 nm est utilisée comme longueur d'onde de l'ultraviolet primaire (UV) pour la collecte des pics.

Figure 1: Configuration expérimentale de l'instrument utilisé pour la purification par HPLC des peptides bêta - amyloïdes. (A) La pompe HPLC quaternaire équipé d'un dégazeur et un détecteur de longueur d' onde variable fixé à 214 nm et 280 nm; Des colonnes (B) HPLC utilisés pour la purification des peptides bêta - amyloïdes, dede gauche à droite, 25 x 300 mm , colonne préparative ^2, 7,5 x 300 mm ² et semi - préparative colonne 4,6 x 250 mm , colonne analytique ^2; (C) de l' injecteur manuel avec 20 pi d' acier inoxydable boucle d'injection utilisé pour la HPLC analytique; (D) de l' injecteur manuel avec 10 ml en acier inoxydable boucle d'injection utilisé pour la purification préparative préparative et semi. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

3. Programmer le logiciel HPLC pour exécuter le procédé de purification tel que montré dans le tableau 1. Entrer dans le procédé de purification en changeant le paramètre d'itinéraire de solvant (dans le procédé de choix de l' instrument d'installation intégré dans le logiciel HPLC). Mettez la pompe HPLC en cliquant sur le bouton "on" sur le logiciel de HPLC.
   NOTE: La pompe commencera à fournir à partir du rapport du tampon A et le tampon B à travers la préparationarative colonne et l'instrument HPLC.
   1. Laissez le système pendant 30 min à équilibrer totalement.

Temps / min	% De tampon A a	% De tampon B b	Débit d / min mL -1
0	80	20	6
45	75,5	24,5	6
45.01	80	20	6
52.01	80	20	6
52.02	73	27	6
85	73	27	6
92	5	95 c	6

Tableau 1: Calendrier pour la purification des peptides Aß42 et Aß40 en utilisant la colonne de 25 x 300 mm de polymère. ^un tampon A - H ₂ O avec 20 mM NH ₄ OH; ^b 80% de MeCN / 20% de H ₂ O avec 20 mM de NH ₄ OH; ^c Ran pendant 15 minutes pour laver la colonne avant la prochaine injection de l' échantillon; ^d Pour exécuter un taux de 6 mL / min sur l'instrumentation de HPLC d'écoulement, la limite de pression doit être réduite à 200 bar.

4. La purification de l'échantillon de peptide Aß
   Note: Le peptide brut a été obtenu par une synthèse automatisée des peptides en phase solide. ^dix
   1. Dissoudre 3 mg de brut peptide Aß dans 4 ml de tampon échantillon de dissolution. Soniquer l'échantillon pendant 30-60 s à température ambiante et à une fréquence de 40 kHz pour faciliter la dissolution.
   2. Injecter la totalité de l'échantillon sur la colonne de HPLC en utilisant une seringue en plastique de 5 ml équipé d'un calibre 16aiguille en acier inoxydable. Exécuter le procédé de purification tel que décrit dans la sous-étape 1.3.
      Remarque: Le système permet l' injection de l' échantillon se faire par l'utilisation d'un injecteur manuel muni d'un acier inoxydable de 10 mL boucle d'injection (figure 1D). Le peptide Aß désiré éluer entre 72 et 74 min comme un pic aigu résolu (figure 2C).
   3. Recueillir l'échantillon dans un tube à centrifuger conique de 50 ml. Confirmer l'identité du pic Aß par injection directe par spectrométrie de masse de l'éluant recueilli. ¹¹ Stocker l'éluant jusqu'à 12 h à -20 ° C.
      NOTE: Le stockage de la solution pour des périodes plus longues que 12 h est pas conseillée en raison du potentiel d'oxydation du peptide.
   4. Isoler le peptide purifié par congélation instantanée aliquote collectés / aliquotes du peptide Aß dans de l'azote liquide et lyophiliser. Effectuer une lyophilisation par séchage par congélation de l'échantillon à une température comprise entre -60 ° C et une pressionsûre de 20 mTorr pendant une période de 24 heures.
   5. Exécuter le protocole de HPLC analytique décrit ci-dessous pour déterminer la pureté du peptide Aß. peptides de magasins dans leur forme lyophilisée à -20 ° C pendant une période allant jusqu'à 6 mois.

2. Une HPLC analytique d'analyse de la protéine purifiée Aß

1. Préparer les tampons HPLC comme indiqué dans la sous-section 1.1. du protocole ci-dessus.
2. Configuration HPLC analytique selon l' étape 1.2.1 et comme cela est représenté sur la figure 1 avec la colonne analytique de 4,6 x 250 mm (figure 1B, colonne de droite) et l'injecteur manuel avec 20 ul d' acier inoxydable boucle d'injection (figure 1C) montée sur la instrument.
3. Programmer le logiciel HPLC pour exécuter la méthode d' analyse indiquée dans le tableau 2 suivant les instructions semblables à celles de l' étape 1.3.

Temps /min	% De tampon A a	% De tampon B b	Débit min Taux / mL -1
0	95	5	1
30	50	50	1

Tableau 2: Calendrier pour l'analyse de la pureté par HPLC du peptide Aß. ^un tampon A - H ₂ O avec 20 mM NH ₄ OH; ^b 80% de MeCN / 20% de H ₂ O avec 20 mM de NH ₄ OH.

4. Analyse de pureté du peptide Aß
   1. Préparer une solution / ml du peptide purifié à 1 mg par dissolution du peptide dans la solution tampon d'échantillon.
      NOTE: La recette de la mémoire tampon peut être trouvée dans la sous-section 1.1. La concentration en protéine est déterminée en mesurant l'absorption de protéine à 280 nm _{(280 nm).} ¹² m coefficient d'extinction olar (ε) utilisé pour déterminer la concentration est ε = 1,490 dm ³ mol ^-1 cm ^{-1. 13}
   2. Injecter 20 ul de la solution à 1 mg / ml (222 uM) sur la colonne de CLHP et exécuter la méthode d'analyse qui a été installé à l'étape 2.3.
      NOTE: La solution restante non utilisée pour l'analyse peut être éclair congelé dans l'azote liquide et lyophilisée pour récupérer le peptide Aß. Détails de lyophilisation peuvent être trouvés dans la sous-section 1.4.4. Le peptide Aß éluera de la colonne analytique entre 16 et 18 minutes (figure 2D). Utiliser le logiciel d'analyse d'intégration intégrée qui accompagne l'instrument de HPLC pour déterminer la pureté du peptide Aß. La pureté est déterminée par intégration de chacun des pics individuels du spectre et calcul du peptide pic pourcentage de surface. En règle générale, une purification de> 95% doit être établie.

"Figure 2" src = "/ files / ftp_upload / 55482 / 55482fig2.jpg" />
Figure 2: traces HPLC représentatifs de Aß42. (A) Caractéristiques C ₄ purification de la silice, conditions suivantes : tampon A: H ₂ O avec 0,1% d' acide trifluoroacétique (TFA), tampon B: MeCN (acétonitrile) avec 0,1% de TFA, gradient: de 20 à 27% de tampon B pendant 40 min , puis en isocratique 27% de tampon B; (B) la purification préparative en utilisant la colonne de 25 x 300 mm ² de polymère, conditions suivantes : Tampon A: H ₂ O avec 20 mM de NH ₄ OH, tampon B: 80% de MeCN / 20% de H ₂ O à 20 mM _NH4OH, gradient : 20 à 27% de tampon B pendant 70 min suivie par isocratique 27% de tampon B; (C) Optimisé purification préparative en utilisant la colonne de polymère 25 x 300 mm ^2, les conditions sont décrites dans le tableau 1 situé dans la sous-section 1.3 du texte de description du protocole; (D) Analyse par HPLC en utilisant la colonne de polymère de 4,6 x 250 mm ^2, diritions: Tampon A: H ₂ O avec 20 mM de NH ₄ OH, tampon B: 80% de MeCN / 20% de H ₂ O à 20 mM _NH4OH, gradient 5 à 50% de tampon B pendant 30 min. Pour les parties A, B et C du pic correspondant à Aß42 est marquée par un astérisque. Collection du pic Aß42 marquée dans la partie C révèle une pureté de> 95% comme indiqué dans la partie D. La spectrométrie de masse a été utilisé pour déterminer l'identité du pic Aß42. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Résultats

La purification du peptide Aß42 en utilisant une combinaison de la phase stationnaire PLRP-S et un pH élevé des résultats de la phase mobile dans la formation d'un pic aigu résolu pour le peptide Aß à un temps de rétention entre 72 et 74 min (figure 2C). Confirmation de l'identité du pic se fait par injection directe par spectrométrie de masse de l'éluant recueilli. L'éluant peut être stocké à -20 ° C en solution pendant jusqu'à 12 he...

Discussion

La purification par HPLC du peptide Aß dépend fortement du choix à la fois la phase stationnaire employée dans la purification et la phase mobile choisi pour éluer le peptide. Le point bas du peptide et la forte propension pour l'agrégation isoélectrique rendent les conditions chromatographiques traditionnelles pour la séparation des protéines hydrophobes (C4 ou phase stationnaire C8 couplé avec un éluant mobiles acide) difficile, avec le peptide Aß élution comme prolongée large, non résolus pic

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Agilent 1260 Infinity II quarternary pump	Agilent	G7111B	http://www.agilent.com/en-us/products/liquid-chromatography/lc-pumps-vacuum-degassers/1260-infinity-ii-quaternary-pump
Agilent 1260 Infinity II Dual variable wavelength detector	Agilent	G7114A	http://www.agilent.com/en-us/products/liquid-chromatography/lc-detectors/1260-infinity-ii-variable-wavelength-detector
Agilent 1260 Infinity II Manual Injector fitted with 10 mL stainless steel sample loop	Agilent	0101-1232	http://www.agilent.com/en-us/products/liquid-chromatography/lc-injection-systems/1260-infinity-ii-manual-injector
Agilent 1260 Infinity II Manual Injector fitted with 20 µL stainless steel sample loop	Agilent	G1328C	http://www.agilent.com/en-us/products/liquid-chromatography/lc-injection-systems/1260-infinity-ii-manual-injector
Ring Stand Mounting Bracket	Agilent	1400-3166
Agilent PLRP-S 300 Å 5 µm 4.6 x 250 mm (Analytical)	Agilent	PL1512-5501	http://www.agilent.com/en-us/products/liquid-chromatography/lc-columns/biomolecule-separations/plrp-s-for-biomolecules#features
Aβ42 or Aβ40 peptide			Synthesized in-house using a CEM liberty automated peptide synthesizer.
Ammonium Hydroxide (NH4OH, 28% solution)	Fisher Scientific	A669-500
Acetonitrile	Fisher Scientific	A998-4
HPLC grade water	Fisher Scientific	W5-4
Falcon 50 mL conical centrifuge tube	Fisher Scientific	14-954-49A
Supelco PEEK Fitting One-piece fingertight, pkg of 5 ea	Sigma-Aldrich	Z227250
Normject 5 cc sterile syringe	Fisher Scientific	1481729
16 Gauge SS Needle	Rheodyne	3725-086