A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
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.
טרשת נפוצה היא מחלה אנושית מאופיינת בדלקת כרונית ניווניות של מערכת העצבים של מערכת העצבים המרכזית אשר נחשב להיות מונע על ידי תגובה אוטואימונית מכוונת המיאלין. ההפסד של המיאלין אקסונים לאורך הזמן לגרום לירידה ההדרגתית של מנוע קוגניטיבית פונקצית 1. "Encephalomyelitis אוטואימונית ניסויית" הוא מונח כללי עבור במודלים של בעלי חיים של מחלה אוטואימונית מכוונת המיאלין במערכת העצבים המרכזית. כמו MS האדם, EAE מאופיין בדרך כלל על ידי חדירה של תאי מערכת החיסון של מערכת העצבים המרכזית, ובמקרים מסוימים, demyelination 2. עם זאת, את המידה שבה נתון כל מודל EAE דומה האדם MS בחלקו תלוי המין או זן בשימוש ועל המורכבות של תגובה אוטואימונית נגד המיאלין הבסיסי.
אוטואימוניות נגד המיאלין יכולות להיגרם באופן ניסיוני במספר דרכים, אך השיטה הנפוצה ביותר בשימוש כיום היא לחסן עכברים עם פפטיד קצר של חומצות אמינו מחק את CD4 immunodominant + epitope תא T של חלבון המיאלין. זה מייצג את הדרישה המינימלית כדי לעורר תגובה פתוגניים. אולי הנפוצות ביותר של אלה הוא פפטיד חומצה 21 אמינו נגזר גליקופרוטאין oligodendrocyte המיאלין (ש"א 35-55), אשר משמש כדי לגרום EAE ב C57Bl / 6 עכברים 3. עם זאת, עבור כמה מטרות ניסוי רצוי או אפילו צורך לחסן עם אנטיגנים חלבון גדולים ואכן ישנם מספר יתרונות לכך על חיסון עם פפטיד קצר. ראשית, בגלל הגבלת MHC, פפטידים קצרים הם בדרך כלל יעילים רק בטווח מצומצם מאוד של זנים, בעוד אנטיגנים חלבון גדולים המייצגים גם את החלבון השלם או תחום מסוים יכולים להיות מעובד בדרך כלל לצורך הציג זני עכבר מרובים טהור או אפילו במינים שונים 4. שנית, אנטיגן חלבון גדול מסוגל גרימת תגובה חיסונית מורכבת יותר שילוב סוגים נוספים של הלימפוציטים הכרת אנטיגן, ולא limitinהכרת אנטיגן גרם לתאי T מסוג CD4 +. לדוגמא, תאי B באמצעות קולטן תא B שלהם (BCR) אינטראקציה ישירה עם שלם ולא חלבון מעובד. אנחנו ואחרים הראו תאי B מופעל על ידי חיסון MOG 35-55 אינם מכירים MOG חלבון 5. מאחר ותאי B הודגמו לאחרונה לשחק תפקיד פתוגניים האדם MS 6, מודלים EAE המשלבים תאי B בפתולוגיה אוטואימוניות חשובים יותר ויותר.
למרות היתרונות של שימוש אנטיגנים חלבון גדול יותר כדי לגרום EAE, נותרו כמה מקורות זמינים מסחרית עבור חלבונים כאלה. ואכן, בעוד פפטידים קצרים כמו MOG 35-55 יכול להיות מסונתזים מהר מאוד ובעלות נמוכה יחסית, האפשרויות המסחריות לחלבון MOG מוגבלות עלות משמעותית יותר לרכוש. עם זאת, ישנם מספר וקטורי ביטוי זמין עבור קבוצות מחקר כדי ליצור תחום תאי ש"א (ש"א 1-125) עצמם. However, כל מערכות הביטוי שזיהינו בספרות מבוססת על טכנולוגיות ישנות יותר כי הוחלפו מאז עם מערכות ביטוי יעילות יותר 7. יתר על כן, רובם מבוססים על MOG חולדה או אדם 8. עבור חקירות כמה אוטואימיוניות בעכברים, אנטיגן מבוסס על autoantigen העכבר MOG עדיף. לבסוף, כל חלבונים המבוססים MOG שזיהינו, או המסחריים או כמו וקטורי ביטוי, הם חלבוני היתוך המכילים חומצות אמינו נוספות לבסיס MOG 1-125. אלה כוללים תג לטיהור ובדרך כלל רצפים אחרים גם כן, רבים מהם עם פונקציה לא הצלחנו לזהות.
כדי לטפל במגבלות אלה, שעוררנו חלבון היתוך רומן המבוסס על תחום MOG העכבר התאי התמזג תג המכיל thioredoxin כדי להילחם insolubility הידוע של MOG חלבון 5. רצף תג גם מכיל רצף 6xHis לטיהור וכן CLE פרוטאז TEVavage אתר המאפשר עבור הסרה מלאה של כל רצפי תג, אם תרצה בכך. זוהי השיטה היחידה שאנו מודעים לייצר חלבון MOG 1-125 טהור. כדי להקל על ייצור של כמויות גדולות של חלבון, רצף MOG 1-125 היה קודון אופטימיזציה עבור ביטוי חיידקים חלבון היתוך תג MOG הוכנס למערכת הביטוי PET-32. כאן אנו מתארים בפרוטרוט את הפרוטוקול לייצר ולטהר חלבון תג MOG, וטהור MOG 1-125, תוך שימוש בציוד שאינו מתמחה לרשות ברוב מעבדות אימונולוגיה.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. אינדוקציה חלבון
הערה: בשלבים הבאים, חיידקי קולי BL21 Escherichia הפך עם וקטור PET-32 המכיל את רצף עבור היתוך תג MOG חלבון (ראה התייחסות 5 ואיור 1) גדלים לצפיפות גבוהה הם המושרה אז לבטא את חלבון תג MOG . ראה איור 2 עבור ציר זמן כולל - לב שימים הם נקודות עצירה משוערות חלופיות מצוינות בפרוטוקול. אם מתחילים עם DNA וקטור PET-32 ש"א תג מטוהרים, יהיה צורך להפוך אותה כימית לתוך BL21 E. המוסמכת חיידקי קולי באמצעות מבחר אמפיצילין, כפי שכבר היטב תיאר 9. טרנספורמציה מוצלחת יכולה להיות מאושרת על ידי טיהור DNA מחיידקים שנבחרו באמצעות ערכת מסחרי רגיל, ואחריו עיכול עם הגבלה אנזימים AGE1 ו Sac1 לייצר להקה 424 נ"ב על ג'ל agarose 10.
2. חלבון תג קציר MOG
הערה: בשלב זה, החיידק יהיה הניבה כמויות גדולות של חלבון תג MOG. כדי לקצור תג MOG, חיידקים הם lysed הראשון חיץ X-100 Triton ואחריו sonication. תג ש"א הוא שוחרר אז מגופי הכלה מפוגל עם imidazole ו guanidine, וכתוצאה מכך פתרון חלבון גולמי המכיל את חלבון תג MOG.
3. טיהור חלבון
הערה: בשלבים הבאים חלבון תג MOG יהיה מטוהר באמצעות 4 סיבובים של קליטה על שרף ניקל טעון (באמצעות התג שלו) ו elution.
4. מדידת ריכוז חלבון
הערה: לפני שתמשיך יש צורך לכמת את כמות החלבון המטוהר MOG תג שנוצר בסעיף 3. ערך זה ישמש כדי לקבוע את הנפח הסופי לרכז את החלבון בסוף הפרוטוקול. אנו מתארים ברדפורד Assay תקן כאן. ריכוז חלבון תג MOG מטוהר נקבע על ידי השוואת ספיגת ספקטרלי של סדרתי dilutחלבון תג ed MOG כדי עקומת סטנדרט של אלבומין בסרום שור (BSA) בריכוז ידוע.
ילדה = "jove_title"> 5. דיאליזה
הערה: הדיאליזה מבוצעת כדי להסיר guanidine בהדרגה מהפתרון המכיל תג מטוהר, מפוגל MOG לאפשר החלבון ולקפל. יש להקפיד במהלך שלב זה כמו MOG עצמו הוא מאוד מסיס, ובזמן הזה הוא השתפר על ידי נוכחות של תג thioredoxin, הוא עדיין נוטה לבוא מתוך פתרון. לכן, מקפל צריכה להתבצע בהדרגה בריכוז תג יחסי נמוך MOG.
6. חלבון תג ריכוז MOG
הערה: בשלב האחרון, וקפל MOG חלבון תג מרוכז הדילול עובד לאחסון. כמו תג MOG מאוד מסיס, זה לא יעלה על 5 מ"ג / מ"ל. ריכוז זה כ equimolar עם 0.4 מ"ג / מ"ל MOG 35-55 פפטיד, אשר משמש בדרך כלל כדי לגרום EAE בעכברים (מעורב 1: 1 עם adjuv של פרוינד המלאהנמלה (CFA)). במהלך תהליך הריכוז אין זה נדיר עבור כמות קטנה של חלבון לבוא מתוך פתרון בצורת משקע לבן. ממטרי יתר הוא בעיה, עם זאת.
7. יצירת MOG 1-125 מהתג MOG שימוש פרוטאז TEV (אופציונלי)
הערה: צעד אופציונאלי זה ממשיך מסוף בשלב 4. אם MOG 1-125 ללא כל רצפי תג נוספים נדרש, רצפי התג ניתן להסיר באמצעות פרוטאז TEV (איור 4). ככל שאנו מודעים, אין מערכת ביטוי אחרת מסוגלת לייצר 1-125 MOG טהור. עם זאת, יש לציין כי ללא תג thioredoxin, MOG 1-125 הוא מסיס מאוד וזה עלול לגרום לבעיות במהלך טיהור וטיפול, ומסיבה זו להסיר את התיוג אם הכרחי מסיבות ניסיון. כמה שלבים נדרשים ליצור 1-125 MOG טהור. תג ש"א הוא dialyzed הראשון למאגר מחשוף פרוטאז TEV. בעקבות עיכול עם פרוטאז TEV, הנפח מצטמצם לסייע עם הטיהור מאוחר steps, אז dialyzed למאגר B, ולאחר מכן רצף התג המכיל התג שלו מוסר באמצעות שרף ניקל. לבסוף, חלבון כימות הטהור MOG 1-125 מרוכז לריכוז הסופי.
8. SDS-PAGE ג'ל כדי לאשר הפקת תג MOG וטוהר
הערה: דגימות שנלקחו צעדים 1.4, 2.1, 3.4, ו -6.4 מנותחים על ידי SDS-PAGE תקן לאשר ייצור תג MOG וטוהר. צעד זה צריכה להתבצע לאחר הטיהור הסופית של תג או ש"א או ש"א 1-125.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
לאחר הטיהור הושלמה, דגימות שנאספו צעדים 1.4, 2.1, 3.4, ואת המוצר הסופי משלב 6.4 צריך לרוץ על ג'ל חלבון (איור 3 א). תג MOG צריך להופיע תחילה כלהקת 31.86 kDa במדגם T O / N, אך לא T 0, וצריך להיות בלהקה היחידה במוצר הטהור הסופי. כדי לבדוק אם חלבון...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
הנה, יש לנו תיאר פרוטוקול לייצור חלבון תג MOG וכיצד ליצור MOG טהור 1-125 מן החלבון תג MOG. פרוטוקול זה מבוסס הוא על שיטות טיהור חלבונים מבוססות תקן שלו-תג, כמו גם פרוטוקול שתואר לעיל עבור הדור של חלבון MOG מבוסס מבוגר 15. למרות זאת הוא לא תיאר כאן, השימוש ה?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved