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Method Article
Ce protocole décrit le déplacement des lipides endogènes des allergènes, et leur remplacement par les ligands utilisateur-spécifiés par HPLC de reverse-phase couplé avec le recuit thermique. 31 ans La RMN-P et le dichroïsme circulaire permettent la confirmation rapide de l’élimination/chargement des ligands et la récupération de la structure allergène native.
De nombreux allergènes majeurs se lient à des molécules hydrophobes de type lipidique, y compris Mus m 1, Bet v 1, Der p 2 et Fel d 1. Ces ligands sont fortement retenus et ont le potentiel d’influencer le processus de sensibilisation soit en stimulant directement le système immunitaire, soit en modifiant les propriétés biophysiques de la protéine allergène. Afin de contrôler ces variables, des techniques sont nécessaires pour l’élimination des ligands liés de manière endogène et, si nécessaire, leur remplacement par des lipides de composition connue. L’allergène cafard Bla g 1 renferme une grande cavité hydrophobe qui lie un mélange hétérogène de lipides endogènes lorsqu’il est purifié à l’aide de techniques traditionnelles. Ici, nous décrivons une méthode par laquelle ces lipides sont éliminés à l’aide de la CLHP en phase inverse suivie d’un recuit thermique pour donner Bla g 1 sous sa forme Apo ou rechargée avec un mélange défini par l’utilisateur de cargaisons d’acides gras ou de phospholipides. Le couplage de ce protocole avec des analyses biochimiques indique que les cargaisons d’acides gras modifient de manière significative la thermostabilité et la résistance protéolytique de Bla g 1, avec des implications en aval pour le taux de génération d’épitope à cellule T et d’allergénicité. Ces résultats soulignent l’importance des protocoles d’élimination/rechargement des lipides tels que celui décrit ici lors de l’étude des allergènes provenant de sources recombinantes et naturelles. Le protocole est généralisable à d’autres familles d’allergènes comprenant les lipocalines (Mus m 1), PR-10 (Bet v 1), MD-2 (Der p 2) et uteroglobin (Fel d 1), fournissant un outil précieux pour étudier le rôle des lipides dans la réponse allergique.
Une enquête de la base de données sur les allergènes révèle que les allergènes ne se trouvent que dans 2% de toutes les familles de protéines connues, ce qui suggère que les propriétés fonctionnelles et biophysiques communes contribuent à l’allergénicité1. Parmi ces propriétés, la capacité de lier les cargaisons lipidiques semble être fortement surreprésentée parmi les allergènes, ce qui suggère que ces cargaisons peuvent influencer le processus de sensibilisation1. En effet, il a été démontré que l’allergène de noix du Brésil Ber e 1 nécessite une co-administration avec son lipide endogène pour réaliser son plein potentiel sensibilisant2. Ces lipides pourraient potentiellement stimuler directement le système immunitaire comme l’illustrent les allergènes acariens Der p2 et Der p7, qui partagent tous deux une forte homologie structurelle avec les protéines liant les LPS3,4,5. Sur la base de cette observation, il a été proposé que Derp 2 et Der p 7 puissent lier les lipides bactériens et stimuler directement le système immunitaire de l’hôte grâce à la signalisation médiée par TLR4, facilitant le processus de sensibilisation5,6. Il est également possible que les lipides liés de manière endogène puissent modifier les propriétés biophysiques des protéines allergènes elles-mêmes. Par exemple, la capacité de Sin a 2 (moutarde) et d’Ara h1 (arachides) à interagir avec les vésicules phospholipidiques a considérablement amélioré leur résistance à la dégradation gastrique et endosomal7,tandis que la liaison du ligand au principal allergène de pollen de bouleau Bet v1 a altéré à la fois le taux de traitement endosomal et la diversité des peptides résultants8. Ceci est particulièrement pertinent pour l’allergénicité étant donné la corrélation qui a été observée entre la stabilité, la génération d’épitopes des lymphocytes T et l’allergénicité pour des protéines telles que Bet v 1 et Bla g 1; ce dernier faisant l’objet de ces travaux9,10.
Bla g1 représente le membre prototypique de la famille des protéines allergènes majeures (MA) des insectes, et possède une structure unique composée de 12 hélices alpha amphipathiques qui entourent une cavité hydrophobe anormalement grande9,11. La structure cristalline à rayons X disponible de Bla g1 montre la densité électronique dans cette cavité compatible avec les ligands liés aux phospholipides ou aux acides gras; une conjecture confirmée par 31P-RMN et spectrométrie de masse. Ces cargaisons étaient de nature hétérogène et leur composition dépendait fortement de la source de l’allergène, avec différents profils lipidiques observés pour le Bla g1 recombinant exprimé en E. coli et P. pastoris. Curieusement, Bla g1 purifié de sa source naturelle d’allergènes (cafard frass) contenait principalement des acides gras dans son site de liaison, avec un mélange de palmitate, d’oléate et de stéarate étant identifié comme ses ligands « naturels »9,11. La capacité de Bla g 1 à retenir les lipides et les acides gras après de multiples étapes de purification entrave les efforts pour étudier la protéine de manière isolée. A l’inverse, il a été suggéré que les ligands naturels palmitate, stéarate, et oléate de Bla g1 (ci-après dénommés nMix) jouent un rôle clé à la fois dans son allergénicité et dans sa fonction biologique native9. Cependant, ces ligands ne sont pas présents dans Bla g1 obtenu à partir de sources recombinantes, ce qui rend difficile l’évaluation de cette hypothèse. Des problèmes similaires ont été observés pour d’autres allergènes de liaison aux lipides tels que Bet v1 12,13. Pour faciliter l’étude systématique des interactions lipide-allergène, nous avons développé un protocole par lequel les allergènes peuvent être quantitativement dépouillés de leurs lipides liés de manière endogène et reconstitués sous forme apo ou chargés de ligands spécifiques.
Les allergènes sont le plus souvent purifiés à partir de leurs sources naturelles ou recombinantes à l’aide de la chromatographie d’affinité et/ou de la chromatographie d’exclusion de taille. Ici, nous introduisons une étape de purification supplémentaire sous la forme d’une chromatographie liquide haute performance (CLHP) utilisant une colonne C18 en phase inverse à partir de laquelle l’allergène est élué dans un solvant organique similaire aux protocoles développés pour les protéines de liaison aux acides gras14. La protéine résultante est ensuite soumise à une étape de recuit thermique en l’absence ou la présence d’acides gras et/ou de phospholipides. En plus de récupérer le pli natif Bla g 1, les températures élevées augmentent la solubilité et l’accessibilité des cargaisons lipidiques, donnant Bla g 1 sous forme Apo ou uniformément chargé avec le ligand hydrophobe souhaité. 31 ans Les spectres RMN de Bla g 1 purifiés de cette manière ont confirmé le déplacement complet des ligands endogènement liés et le remplacement uniforme avec les composés désirés, alors que le dichroïsme circulaire confirmait le rétablissement réussi du pli bla g 1. L’utilité de cette méthode est mise en évidence dans un travail récent dans lequel la liaison de cargaison s’est avérée améliorer la thermostabilité bla g1 et la résistance protéolytique, modifiant la cinétique de la génération d’épitopes des lymphocytes T avec des implications potentielles pour la sensibilisation et l’allergénicité9.
1. Clonage Bla g 1
2. Expression initiale et purification
3. Élimination endogène des lipides par l’intermédiaire de la CLHP en phase inverse
Temps (min.) | Tampon A (%) | Tampon B (%) |
0 | 97 | 3 |
10 | 97 | 3 |
25 | 35 | 65 |
55 | 5 | 95 |
65 | 5 | 95 |
70 | 97 | 3 |
Tableau 1 : Protocole d’élution pour Bla g 1. Tableau illustrant le gradient d’élution utilisé dans l’isolement de Bla g1 à l’aide d’une colonne HPLC C18.
4. Reconstitution de l’Apo- et chargé de la cargaison Bla g 1
5. Confirmation de l’enlèvement/chargement de la cargaison de phospholipides via 31RMN-P
6. Confirmation du pliage Bla g 1
En utilisant la chromatographie d’affinité, le GST-Bla g 1 recombinant a été facilement isolé à un niveau élevé de pureté (Figure 1A), produisant un rendement d’environ 2–4 mg/L de culture cellulaire. L’incubation pendant la nuit avec de la PROTÉASE TEV à 4 °C est suffisante pour enlever l’étiquette GST, ce qui donne le produit final à ~24 kDa. Notez que dans ce cas, il y a une quantité importante de GST-Bla g 1 dans les fractions de flux et de lavage, ce qui suggère que la capac...
Le protocole décrit dans ce travail a été appliqué avec succès pour étudier systématiquement les propriétés de liaison lipidique de Bla g1. Ceci a révélé une corrélation entre la liaison de la cargaison, la thermostabilité, et le traitement endosomal, ce dernier étant corrélé avec la diminution de la génération d’un épitope à cellule T connu avec des implications potentielles pour l’immunogénicité9,18. En plus de Bla g1, il a été dém...
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Nous tenons à remercier le Dr Tom Kirby, Scott Gabel et le Dr Robert London pour leur aide et leur assistance tout au long de ce travail, ainsi que le Dr Bob Petrovich et Lori Edwards pour l’utilisation de leur instrumentation et leur aide dans la génération des constructions Bla g 1 utilisées dans cette étude. Nous remercions Andrea Adams pour son aide avec la spectrométrie de masse, et le Dr Eugene DeRose pour son aide avec l’instrumentation RMN. Cette recherche a été soutenue par le programme de recherche intra-muros des NIH, National Institute of Environmental Health Sciences, Z01-ES102906 (GAM). Le contenu relève de la seule responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les opinions officielles de l’Institut national des sciences de la santé environnementale.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Bla g 1 Gene | Genescript | N/a | Custom gene synthesis service. GenBank Accession no AF072219 Residues 34-216 |
Affinity purified natural Bla g 1 (nBla g 1) | Indoor biotechnologies | N/a | Custom order |
Agilent 1100 Series HPLC System | Agilent | G1315B, G1311A, G1322A | UV Detector, Pump, and Degasser |
Agilent DD2 600 MHz spectrometer | Agilent | N/a | |
Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Unit | Amicon | UFC-1008 | |
Ampicillin | Fisher Scientific | BP1760-5 | |
Benzonase | Sigma-Aldrich | E1014-5KU | |
Broad- band 5 mm Z-gradient probe | Varian | N/a | |
ChemStation for LC (Software) | Agilent | N/a | |
cOmplete Mini Protease Inhibitor Cocktail | Roche | 11836153001 | |
Distearoylphosphatidylcholine (18:0 PC) | Avanti Polar Lipids | 850365C | |
E. Coli BL21 DE3 Cells | New England Biolabs | C2530H | |
Freezone 4.5 Freeze Dry System | Labconco | 7750000 | |
Glutathione Resin | Genescript | L00206 | |
Glutathione, Reduced | Fisher Scientific | BP25211 | |
Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) | Fisher Scientific | 34060 | |
Jasco CD spectropolarimeter | Jasco | J-815 | |
Millex Syringe Filter Unit | EMD Millipore | SLGS033SS | |
NMRPipe (Software) | Delaglio et al. | N/a | Delaglio, F. et al. Nmrpipe - a Multidimensional Spectral Processing System Based On Unix Pipes. J. Biomol. NMR 6, 277–293 (1995). |
NMRViewJ (Software) | Johnson et al. | N/a | Johnson, B. A. & Blevins, R. A. NMR View: A computer program for the visualization and analysis of NMR data. J. Biomol. NMR 4, 603–614 (1994). |
Oleic acid | Sigma-Aldrich | O1008 | |
Pierce BCA Protein Assay | Sigma-Aldrich | BCA1-1KT | |
Polaris 5 C18-A 250x10.0 mm HPLC Column | Agilent | SKU: A2000250X100 | |
SD-200 Vacuum Pump | Varian | VP-195 | |
Sodium Cholate Hydrate | Sigma-Aldrich | C6445 | |
Sodium Palmitate | Sigma-Aldrich | P9767 | |
Sodium Stearate | Sigma-Aldrich | S3381 | |
VnmrJ (Software) | Varian | N/a |
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