JoVE Logo

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

בממשק של ממיסים אורגניים ומימית, מותאם המותאם לאלסטין וחלבונים בעלי מבנה מולקולרי מורכבים כגון שלפוחיות, סיבים ומדבקות מופעלות על ידי פרמטרים סביבתיים. פרוטוקולי ההרכבה המתוארים מניבים תאים מבוססי חלבון ממברנה (PMBCs) עם מאפיינים שניתן לסמוך עליהם, המאפשרים כימוס של מטענים שונים.

Abstract

אבני בניין מותאמות פרוטטינואאוס הם מועמדים מגוונים עבור הרכבה של מבנים supraמולקולריים כגון תאים מינימליים, כלי רכב של משלוחי סמים והאנזים פיגומים. עקב תאימות תאימות שלהם על הרמה הגנטית, החלבונים כמו אלסטין (למשל) הם אבני בניין אידיאלי עבור יישומים ביו טכנולוגיים ביו-רפואיים. אף על פי כן, ההרכבה של מבנים supraמולקולריים מבוססי חלבון עם תכונות פיזיוכימיות ברורים ופוטנציאל מעטפת טוב נשאר מאתגר.

כאן אנו מספקים שני פרוטוקולים יעילים עבור הרכבה עצמית מודרך של elps אמפיפילי לתוך ארכיטקטורות חלבון סופרא מולקולרית כגון כדורי כדורית, סיבים ושלפוחיות יציבה. פרוטוקולי ההרכבה שהוצגו ליצור תאים מבוססי חלבון ממברנה (PMBCs) מבוסס על ELPs עם תכונות הסתגלות פיסיוכימיקלים. PMBCs להפגין התנהגות הפרדת הפאזה וחשיפת שיטת היתוך ממברנה תלוי ומסוגלים לכמסים מגוון כימית מולקולות מטענים פלורסנט. PMBCs וכתוצאה מכך יש פוטנציאל יישום גבוה כמו ניסוח התרופה ופלטפורמת המסירה, תא מלאכותי, וחלל התגובה מידור.

Introduction

הרכבת של מבנים supraמולקולריים ליישומים ביוטכנולוגיים הופכת להיות חשובה יותר ויותר1,2,3,4,5. עבור ההרכבה של ארכיטקטורות פונקציונלי כגון מאכאוטים, ושלפוחיות, וסיבים עם תכונות פיסיוכימיקלים הרצוי חשוב להבין ולשלוט על המאפיינים הפיזיקליים והקונפורמציה של הרכיבים. בשל הדיוק המולקולרי של מולקולות שנמצאו בטבע, אבני בניין עבור מבנים supraמולקולריים מבוססים יותר ויותר על שומנים, חומצות גרעין או חלבונים. לעומת פולימרים סינתטיים, אבני הבניין פרוטטינואאוס לאפשר שליטה מדויקת על מבנה סופרא מולקולרית מתהווה6 ברמה הגנטית. החומצה האמינית העיקרית (aa) הרצף של אבני בניין חלבון בודדים מקודד את המידע עבור פוטנציאל ההרכבה שלהם מן המולקולרי עד רמת מאקרוסקופי, כמו גם את הצורה תלת מימדי ותכונות פיזיות של מבנה סופרא מולקולרית הסופי7.

שיטות מדווחות להרכבת מבנים מולקולריים שונים מעורבות לעתים קרובות בחלבונים מסוג שונות, כגון אלסטין עם חלבונים רגישים בטמפרטורה.מיכל 5,8,9, רקומביננטי oleosin10ומטבעוניים של חלבון מלאכותי11. הטמפרטורות שגרמו לשיטות הובילו להרכבת מיקרולים4,10,12, סיבים13, סדינים14ושלפוחיות9,15,16. שיטות הכוללות ממיסים אורגניים הוחלו על היווצרות חלבון דינאמי מבוסס שלפוחיות8,11,14. עד כה, פרוטוקולים שהוחלו עבור היווצרות שלפוחית לעיתים קרובות חסרים בקרת הרכבה על הרכבות בגודל מיקרומטר16,17או שיהיה ברשותך תפוקת הרכבה מוגבלתמיכל 5. בנוסף, יש המדווחים על מספר שלפוחיות של המבוסס על היכולת לפגום בפוטנציאל12או יציבות מוגבלת לאורך זמן9. הטיפול בחסרונות אלה, הפרוטוקולים המוצגים מאפשרים הרכבה עצמית של מבני מיקרומטר ומיקרומטר מולקולרי בגודל תת-מיקרומטר עם תכונות פיזיוכימיות ברורים, פוטנציאל מעטיפת טוב ויציבות זמן רב. מותאם במיוחד להרכיב מבנים מולקולריים, המשתרעים על-ידי מגוון כדורי וחבילות סיבים מעוותים לunilamellar שלפוחיות בהתאם לפרוטוקול המוחל ולתנאי הסביבה הקשורים. חלבון וממברנה גדול מבוססי קרום התאים (PMBC) לחשוף את כל פנוטיפים הראשי כגון פיוז'ן ממברנה התנהגות הפרדת פאזה אנלוגית ליפוזומים. PMBCs מכמס ביעילות מולקולות מטענים פלורסנט מגוונת אשר ניתן לפקח באמצעות מיקרוסקופ epiפלואורסצנטי פשוט. הדומיינים החוזרים ונשנים בשימוש במחקר זה הם אבני בניין אטרקטיבי עבור ארכיטקטורות מבוססות חלבון סופרא מולקולרית18. יחידת החזרה הפנטדית של סיוע (vpgvg) ידועה לסבול aa שונה מלבד פרולין בעמדה הרביעית (valine, V), תוך שמירה על מאפיינים מבניים ופונקציונלי19. העיצוב של ELPs אמפיפילי המכיל תחומים הידרופיפילית והידרופובי ייחודיים התממשו על ידי החדרת שאריות האורחים aa (X) ב VPGXG חזרה עם הידרופוטטי ברורים, קוטביות, טעינה20. בתחומים שונים של הידרופובי (F) או איזולאוצין (I) בעוד התחום ההידרופילי הכיל גלוטמית חומצה (E) או ארגינין (R) כפסולת אורחים. ניתן למצוא רשימה של בנייה מתאימה של מבנים למען הילד ורצפי ה-aa במידע המשלים והפניות8,21. כל אבני הבניין שבו מצוידים או עם צבעי פלורסנט קטנים או חלבונים פלורסנט עבור ויזואליזציה באמצעות מיקרוסקופ ניאון. מגה-בוקס וחלבונים פלורסנט אחרים היו N-סופני התמזגו לתחומים הידרופילי של האמפיפינרס. הצבעים האורגניים היו מצוענים באמצעות מאמץ לקדם את הנחושת, לאחר שהוא הציג את חומצת האמינו הטבעית (UAA). התאגדות השיתוף המשותף של ה-UAApara-azidophenאלצין22מתיר את השינוי של מסוף N. של התחום ההידרופילי בדרך זו צבע פלורסנט ירוק BDP-FL-יתד4-DBCO (BDP) או כל מולקולה פלורסנט קטנה עם cyclooctyne מתוח יכול לשמש לווין פלורסנט. התאגדות מוצלחת של ה-UAA פזגז ו ציקלותוספת של הצבע באמצעות ספאץ ניתן לאשר בקלות באמצעות LC-MS/MS בשל אינון יעיל של פפטידים טריפטיים המקביל8. צבע אורגני קטן זה הוחל כדי להרחיב את בחירת הממס עבור פרוטוקולי ההרכבה, מאז חלבונים פלורסנט אינם תואמים את רוב המיסים האורגניים. שני פרוטוקולי ההרכבה היעילים ביותר עבור מבנים מולקולריים שפותחו במעבדה שלנו מתוארים להלן. שיטת הנפיחות THF תואם רק עם צבע אורגני שונה למען הטוב ביותר. לעומת זאת, 1-butanol (BuOH) שיטת ההבלטה תואמת חלבונים רבים כמו בדיקה פלורסנט לדוגמה mEGFP, מאז השיטה המתוארת משמר באופן מלא את הזריחה של אלה חלבונים היתוך. בנוסף, כימוס של מולקולות קטנות התנהגות היתוך vesicular עובד הטוב ביותר על ידי שימוש בשיטת BuOH שחול.

Protocol

1. עיצוב ושיבוט של לאלסטין שונים, כמו חלבונים (ELPs)

  1. לשכפל ולעצב את המבנים כמתואר במקום אחר8,20. המלון מציע שירותי פלמידים על פי בקשה.

2. ביטוי חלבון, טיהור והכנה

  1. ביטוי של F20E20-מגלית וF20E20-מדובדבן
    1. החזר תרבות הביטוי העיקרי מן הלילה טרום תרבות עד OD600 של 0.3. מודטה ב 37 ° c, 200 סל"ד ב סטרילי 400 mL ליברות בינונית בתוספת של אנטיביוטיקה מופקעים 2 L בקבוקון.
    2. הכינו פתרון מניות IPTG (1 מ ') עבור אינדוקציה של תרבות הביטוי במים באולטרטהורים.
    3. כאשר ה-OD600 0.5-0.8, הוסיפו לתרבות הביטוי iptg לריכוז סופי של 1 מ"מ והפחת את טמפרטורת הדגירה ל-20 ° c. אפשר ביטוי ב -20 ° c עבור כ 20 h ב 200 סל ד.
  2. התבטאות בעלי משפט ומשפט המכיל את ה-UAA פזף
    1. ביטוי התרבות העיקרית של הביטוי הראשי של E. coli לפני התרבות המכילה את שני הפלמידים Pevol pET28 ו למשל-NMBL-(תג) R40F20-שלו כדי OD600 של 0.3 (ראה מידע משלים עבור רצפי חומצות אמינו). מודטה ב 37 ° c, 200 סל"ד ב סטרילי 400 mL ליברות בינונית בתוספת עם kanamycin ו כלוראמאנקול בבקבוקון 2 L.
    2. הכינו מניות 100 מ"מ לפתרון מלאי של פזגז במים באולטרטהורים. עבור 10 מ ל של פתרון מניות של פזגז, שוקלים 206.2 מ"ג פזגז ולהשעות אותו ב 8 מ ל של מים אולטרה טהורים. כדי לפזר את פזגז להעלות את ה-pH של הפתרון עם 3 M NaOH ומערבבים במרץ. כאשר פזגז מומס, הנמך בזהירות את ה-pH כדי 10.5 ולהוסיף מים באולטרטהורים לנפח הסופי של 10 מ"ל. השתמש במסנן סטרילי (0.22 μm) ו-סדרת מחלקים הפתרון ב 2 שפופרות תגובה mL.
    3. להכין פתרון מלאי iptg 1 M במים באולטרטהור ו 20% אראבינוז מניות פתרון ב-אלקטרופורזה מים.
    4. כאשר מגיעים OD600 0.5-0.8, הוסיפו את התרבות הבהבעה לריכוז הסופי של 2 מ"מ. התרבות הדגירה עבור 10 דקות, 37 ° c, 200 rpm כדי לאפשר ספיגה של פזף.
    5. לגרום לביטוי של חלבון מטרה וביטוי של trna/t-RNA הצורך הדרוש באמצעות תוספת בו של iptg (1 מ"מ) ו אראבינוז (2%) ומפחיתים את טמפרטורת הדגירה ל-20 ° c.
    6. אפשר ביטוי ב -20 ° c עבור כ 20 h ב 200 סל ד. ביטוי הקציר תרבות על ידי צנטריפוגה ב 4 ° צ', 4000 x g, 40 דקות.
  3. פירוק תאים וטיהור חלבונים
    1. השהה מחדש את גלולה ה-coli במאגר הליזה (10 מ ל לליטר התרבות; 50 mm טריס-HCl pH 8, 500 מ"מ הנאל, 4 מ שתנן, 0.25% טריטון X-100) המכיל ליזוזים (0.1 mg/mL) ו pmsf (0.1 mM). דגירה של 30 דקות על הקרח להקפיא ולהפשיר פעמיים לאחר מכן על ידי מיזוג המדגם בחנקן נוזלי.
    2. Sonicate ההשעיה (30%, 15 פעמים, 30 s: 10 s לשבור) ולנקות את הליפוסט דרך צנטריפוגה (4 ° צ', 10,000 x g עבור 40 דקות).
    3. טיהור חלבונים באמצעות כרומטוגרפיה של זיקה (למשל על עמודת ניקל בגובה 1 מ ל באמצעות מערכת FPLC המחוברת לאספן שברים; ראו טבלת חומרים). אליוט חלבון עם מאגר להתחמק (50 mM טריס-HCl, 500 מ"מ הנאל, 4 מ אוריאה, 250 – 500 מ"מ הסרפיזציה) ולחנות ב 4 ° צ' עד לעיבוד נוסף.
    4. לנתח את יעילות הטיהור באמצעות SDS-PAGE.

3. צבען-שינוי של ELPs באמצעות ספאץ

  1. מעריכים בערך את הריכוז. של פתרון המענה העצמי  280 הקליטה להערכת הריכוז אינה חשובה מאז הרצף של פזגז-R40F20 הוא חסר חומצות אמינו קליטת בטווח UV. לכן, ניתן להשתמש באפשרות זו בתור התייחסות להשוואת הלהקה של SDS PAGE. באמצעות השוואה בין שווי הערך האפור הסוכם של להקות העמודים של SDS באמצעות ריכוזים ידועים והדגימה שלך, ניתן להעריך את הריכוז הגולמי של המדגם.
  2. להוסיף 1 μL של צבע פלורסנט BDP-FL-PEG4-DBCO (10 מ"מ פתרון במניה; 20 הריכוז הסופי μM) עד 500 μL של פתרון לתמיסת הסקה (~ 20 μM). מודגנת את התגובה על 10 h ב 15 ° c, תוך טלטול ומוגן מפני אור.
  3. לשימוש נוסף, dialyze התגובה להסרת BDP מוגזם.
    1. מקלדת קרום דיאליזה (כגון הפסקת כמות של 12 מטרים) במים אולטרה טהורים במשך 10 דקות. חותכים את קרום הדיאליזה לגודל הנכון כדי להיות ממוקם על גבי הפתיחה של צינור התגובה המכיל את הפתרון בקליק. כדי לתקן את קרום דיאליזה בפתח, מניחים מכסה צינור התגובה עם אגרוף ליבה על הפתח, ובכך לסגור את הצינור.
    2. מניחים את צינור התגובה הפוך במאגר שנבחר. להחליף את המאגר (2 – 5 L) פעמיים אחרי דיאליזה עבור לפחות 3 h בכל פעם. הסר את בועות האוויר לכוד בין קרום הדיאליזה לחיץ כדי להבטיח דיאליזה מוצלחת.

4. פרוטוקול נפיחות של THF

  1. Dialyze פתרון הומוגנית לתמיסת מלח נגד פוספט או טריס מאגר (10 מ"מ) עם 7.5 יציב pH כדי להסיר מלחים והשאר תרכובות מתוך טיהור תג שלו.
  2. הכן את הליאופליזר והקר את הטמפרטורה כדי להתחיל בייבוש.
  3. מחלקים את תמיסת החלבון דיאליזה בצינורות התגובה 1.5 mL (50 – 500 μl לצינור) והקפאת זעזועים בחנקן נוזלי. כדי למנוע ערבוב לא רצויים של פתרונות חלבון שונים במהלך הקפאת לייבוש, כובעים עם חור קטן ניתן לשים על גבי צינור התגובה כדי לאטום אותו באופן חלקי.
  4. קחו את דגימות החלבון הקפוא מתוך החנקן הנוזלי ומיד מניחים אותם בליאופליזר כדי להתחיל בייבוש. ייבוש ההקפאה הוא סיים כאשר המדגם יבש לחלוטין (כ 24 – 48 h). לאחר מכן, באופן מיידי לסגור את שפופרת התגובה היבשה עם N2יבש, ולאחר מכן סגרו מיד את עפעפיו של הריאקציה כדי למנוע מגע עם לחות האוויר.
  5. הוסיפו THF טהורה לדגימות הלינולים (לדוגמה, 5 – 10 μM) ומניחים את הפתרון באמבט מים sonicator המכיל מי קרח במשך 15 דקות כדי לאפשר נפיחות של הטוב ביותר ב THF.
  6. מחממים את הציקלל1 עד 30 – 60 ° צ' עבור היווצרות שלפוחית המים או עד 90 ° c עבור היווצרות סיבים ולהכין צינורות תגובה חדשה המכילה או בדקה אלקטרופורזה או מאגר (50 mm ארנה2פו4/Na2hpo4, 50 מ"מ הנאקל, pH 5 – 13). הרכב כדורי התאספו בעיקר ב -20 ° c בתוך pH 9-13. היווצרות שלפוחית הוא המועדף על 50-60 ° צ' בין pH 7 ו -9. היווצרות סיבים המושרה בעיקר מעל 60 ° צ' בין ה-pH 5 ו 12.
  7. לאחר השלב הsonication, מניחים את התמיסה לשתיה/THF, כמו גם את הפתרון המוכן במיוחד למים או לאגירה בתוך הציקלהטרטרנר ומחממים עד לטמפרטורה הרצויה במשך 5 דקות. כאשר הטמפ ' מגיעה לפתרון של מחמם המים החמים והמחוממים, יש למלא את התמיסה הגבוהה ביותר באמצעות מיים או מאגר. הפרדה ברורה של שני השלבים עם ממשק ייחודי צריכה להיות גלויה.
  8. מניחים את התערובת בתוך הציקלייט שוב ו-דגירה עבור 20 דקות כדי לאפשר שלפוחית או היווצרות סיבים בממשק. לאחר מכן, תנו לדגימות להתקרר לטמפרטורת החדר במשך 10 דקות לפני הניתוח באמצעות מיקרוסקופ קרינה או דיאליזה.
  9. הפתרון dialyze המכיל את המבנים supraמולקולריים נגד מים באולטרסאונד או מאגר (50 mM ארנה2פו4/Na2Hpo4, 50 מ"מ הנאל, pH 7 – 10).

5. פרוטוקול BuOH שחול

  1. להכין 1 – 50 μM פתרון לתמיסת מיים במים או במאגר (50 mM PB pH 7.5, 100 mM הנאקל, עשוי להכיל עד 4 M אוריאה). הריכוז של הפתרון האמפיבי F20R20-mEGFP ו F20R20-mCherry ניתן לקבוע באמצעות מקדמים מהכחדה מולרי (F20R20-mEGFP A280 = 22015 m- 1ס"מ-1 ו F20R20 -Mcherry a280 = 34380 m-1 ס"מ-1) (ראה מידע משלים עבור רצפי aa).
  2. הוסף 10% – 20% (v/v) 1-butanol ומיד לערבב את הפתרון על ידי ליטוף למעלה ולמטה או לצייר אותו באמצעות מזרק מספר פעמים. 100 משותף μL הפיפטה או מזרק המילטון מצויד המחט 0.25 x 25 מ"מ ניתן להחיל. העכירות של הפתרון במהלך ערבוב צריך להגדיל, המציין היווצרות שלפוחית. 1-octanol 5% – 15% (v/v) ניתן להשתמש גם עבור שחול ושלפוחית במקום 1-butanol.
  3. על מנת להשיג התפלגות בגודל צר, הבלטת שלפוחיות באמצעות משטח הבלטת ממד דרך קרום עם גודל נקבובית של 1 יקרומטר בטמפרטורת החדר. גודל הממברנה המשמש להבלטה קובע את החיתוך בגודל העליון של השלפוחיות.
  4. Dialyze השלפוחית כפי שתוארה לעיל (שלב 3.3) כדי להסיר שיורית 1-butanol.

6. עטיפת צבע עם פרוטוקול BuOH ההבלטה

  1. מערבבים כ 40 μL פתרון בערך 10 מ"מ טריס-HCl, pH 8 עם 1 μL Dextran טקסס אדום (0.0025 mg/mL הריכוז הסופי).
  2. הוסף 10 μL של BuOH לפתרון ואת הבלטת 5 – 10 פעמים דרך מזרק מצויד במחט 0.25 x 25 מ"מ.

7. ניתוח מבנים מולקולריים באמצעות מיקרוסקופ קרינה פלואורסצנטית

  1. מניחים טבעת חיזוק על שקופית זכוכית ולחץ בחוזקה על הצד הדביק לזכוכית.
  2. הוסף 5 μL של המדגם לתוך החלק הפנימי של טבעת חיזוק ולמקם שובר כיסוי על גבי.
  3. חותם את המדגם עם לק ציפורניים בקצות שובר הכיסוי כדי למנוע אידוי של המדגם במהלך הניתוח.
  4. לבצע מיקרוסקופ פלואורסצנטית כמתואר בעבר8.

תוצאות

פיתוח פרוטוקולים לייצור ושלפוחית
איור 1 מתווה את שתי שיטות ההכנה השונות של שלפוחית הדעת. שיטת הנפיחות THF בצד שמאל מורכב משלושה שלבים רצופים ותוצאות הרכבות supraמולקולריים שונים של הטוב ביותר בהתאם לטמפרטורה. באיור 1A תמונות מיקרוסקו...

Discussion

תקלה בזמן השימוש בפרוטוקולים המתוארים להרכבת מבנים מולקולריים מוגדרים, מובילה בעיקר להיווצרות אגרגטים לא ספציפיים (איור 2, IV) או להפצת הומוגנרים. שלבים קריטיים של הפרוטוקול נדונים להלן:

בעבור התשואה הגבוהה של המידע האמפיבי, טמפרטורה נמוכה יחסית של 20 ° c היא א...

Disclosures

המחברים לא מצהירים על אינטרסים פיננסיים מתחרים.

Acknowledgements

המחברים מודים ל-BMBF לתמיכה פיננסית ולמרכז לניתוח מערכות ביולוגיות (מרכז המחקר) למתן מתקן מחקרי. אנו אסירי תודה לפ. ג. שולץ, TSRI, לה הויה, קליפורניה, ארה ב לאספקת הפלפמיד pEVOL-פזף. אנו מודים לצוות של מרכז הדמיה לייף (LIC) במרכז לניתוח מערכות ביולוגיות (Ludwigs SA) של ה אלברט-, אוניברסיטת פרייבורג לעזרה עם משאבי המיקרוסקופיה שלהם, ותמיכה מצוינת בהקלטת תמונה.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
1 µm and 0.2 µm Steril FilterVWR
1,4-DithiothreitolMerck
1-butanol. >99.5% p.a.Roth
2log DNA ladderNEB
2-MercaptoethanolRoth
50 mL Falcon tubesVWR
79249 Alkyne Mega Stokes dyeSigma Aldrich
Acetic acid glacialVWR
Acetonitrile, anhydrous, 99.8%Sigma-Aldrich
Ampicillin sodium-salt, 99%Roth
BDP-FL-PEG4-DBCOJena Bioscience
BiofugeHeraeus
Bottle Top Filter with PES membrane (45 µm, 22 µm)Thermo Scientific
Brillant Blue G250 (Coomassie)Roth
BspQINEB
Camera DS Qi1Nikon
Centrifuge 5417rEppendorf
Centrifuge 5810rEppendorf
CF-400-Cu square mesh copper gridEMS
ChloramphenicolRoth
CompactStar CS 4VWR
Dextran, Texas Red, 3000 MW, neutralLife Technologies
Digital sonifierBranson
Dimethylsulfoxide (DMSO)Applichem
Dnase IApplichem
EarINEB
EcoRI-HFNEB
Environmental shaker incubator ES-20Biosan
Ethanol absoluteRoth
Ethidium bromide solutionRoth
Filter supportsAvanti
Glass platesBio-Rad
Glycerol Proteomics GradeAmresco
GlycinApplichem
H4-Azido-Phe-OHBachhem
Heat plate MR HeiTecHeidolph
HindIIINEB
HisTrap FF crude columnGE Life SciencesNickel column
Hydrochloride acid fuming, 37%, p.a.Merck
Illuminator ix 20INTAS
Illuminator LAS-4000Fujifilm
ImidazoleMerck
Immersions oil for microscopyMerck
Incubators shakers Unimax 1010Heidolph
Inkubator 1000Heidolph
IPTG, >99%Roth
KanamycinsulfateRoth
L(+)-ArabinoseRoth
Laboratory scales Extend ed2202s/224s-OCESartorius
LB-MediumRoth
Lyophilizer Alpha 2-4 LSCChrist
Lysozyme, 20000 U/mgRoth
Microscope CM 100Philips
Microscope Eclipse TS 100Nikon
Microscopy cover glasses (15 x 15 mm)VWR
Microscopy slidesVWR
MicrowaveStudio
Mini-Extruder SetAvanti Polar Lipids
NaCl, >99.5%, p.a.Roth
Natriumhydroxid pelletsRoth
Ni-NTA Agarose, PerfectPro5 Prime
Nucleopore Track-Etch MembraneAvanti
PH meter 766 calimaticKnick
Phenylmethylsulfonylflourid (PMSF)Roth
Polypropylene Columns (1 mL)Qiagen
PowerPac basicBioRad
Propanol-2-olEmplura
Protein ladder 10-250 kDaNEB
Recirculating cooler F12Julabo
Reinforcement ringsHerma
SacI HFNEB
SDS PelletsRoth
Sodiumdihydrogen phosphate dihydrate, NaH2PO4VWR
Sterile syringe filter 0.2 mm Cellulose AcetateVWR
T4 DNA LigaseNEB
TEMEDRoth
TexasRed Dextran-ConjugateMolecularProbes
Thermomix comfortEppendorf
THF, >99.5% p.a.Acros
Triton X 100Roth
Trypton/Pepton from CaseinRoth
Ultrasonic cleanerVWR
Urea p.a.Roth
Vacuum pump 2.5Vacuubrand
XbaINEB
XhoINEB
ZelluTrans regenerated cellulose tubular membrane (12.0 S/ 3.5 S/ 1.0 V)Roth

References

  1. Elzoghby, A. O., Samy, W. M., Elgindy, N. A. Protein-based nanocarriers as promising drug and gene delivery systems. Journal of Controlled Release. 161 (1), 38-49 (2012).
  2. Jang, Y., Champion, J. A. Self-Assembled Materials Made from Functional Recombinant Proteins. Accounts of Chemical Research. 49 (10), 2188-2198 (2016).
  3. Timmermans, S. B. P. E., van Hest, J. C. M. Self-assembled nanoreactors based on peptides and proteins. Current Opinion in Colloid & Interface Science. 35, 26-35 (2018).
  4. Dreher, M. R., et al. Temperature Triggered Self-Assembly of Polypeptides into Multivalent Spherical Micelles. Journal of the American Chemical Society. 130 (2), 687-694 (2008).
  5. Huber, M. C., et al. Designer amphiphilic proteins as building blocks for the intracellular formation of organelle-like compartments. Nature Materials. 14 (1), 125-132 (2014).
  6. Matsuurua, K. Rational design of self-assembled proteins and peptides for nano- and micro-sized architectures. RSC Advances. 4 (6), 2942-2953 (2013).
  7. Rocklin, G. J., et al. Global analysis of protein folding using massively parallel design, synthesis, and testing. Science. 357 (6347), 168-175 (2017).
  8. Schreiber, A., Stühn, L. G., Huber, M. C., Geissinger, S. E., Rao, A., Schiller, S. M. Self-Assembly Toolbox of Tailored Supramolecular Architectures Based on an Amphiphilic Protein Library. Small. 15 (30), 1900163 (2019).
  9. Jang, Y., Hsieh, M. -. C., Dautel, D., Guo, S., Grover, M. A., Champion, J. A. Understanding the Coacervate-to-Vesicle Transition of Globular Fusion Proteins to Engineer Protein Vesicle Size and Membrane Heterogeneity. Biomacromolecules. 20 (9), 3494-3503 (2019).
  10. Vargo, K. B., Sood, N., Moeller, T. D., Heiney, P. A., Hammer, D. A. Spherical micelles assembled from variants of recombinant oleosin. Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 30 (38), 11292-11300 (2014).
  11. Bellomo, E. G., Wyrsta, M. D., Pakstis, L., Pochan, D. J., Deming, T. J. Stimuli-responsive polypeptide vesicles by conformation-specific assembly. Nature Materials. 3 (4), 244-248 (2004).
  12. Martín, L., Castro, E., Ribeiro, A., Alonso, M., Rodríguez-Cabello, J. C. Temperature-Triggered Self-Assembly of Elastin-Like Block Co-Recombinamers:The Controlled Formation of Micelles and Vesicles in an Aqueous Medium. Biomacromolecules. 13 (2), 293-298 (2012).
  13. Li, Y., Rodriguez-Cabello, J. C., Aparicio, C. Intrafibrillar Mineralization of Self-Assembled Elastin-Like Recombinamer Fibrils. ACS Applied Materials & Interfaces. , (2017).
  14. Vargo, K. B., Parthasarathy, R., Hammer, D. A. Self-assembly of tunable protein suprastructures from recombinant oleosin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (29), 11657-11662 (2012).
  15. Park, W. M., Champion, J. A. Thermally Triggered Self-Assembly of Folded Proteins into Vesicles. Journal of the American Chemical Society. 136 (52), 17906-17909 (2014).
  16. Vogele, K., et al. Towards synthetic cells using peptide-based reaction compartments. Nature Communications. 9 (1), 3862 (2018).
  17. Vogele, K., et al. In Vesiculo Synthesis of Peptide Membrane Precursors for Autonomous Vesicle Growth. Journal of Visualized Experiments. (148), e59831 (2019).
  18. Huber, M. C., et al. Designer amphiphilic proteins as building blocks for the intracellular formation of organelle-like compartments. Nature Materials. 14 (1), 125-132 (2015).
  19. Urry, D. W., et al. Elastin: a representative ideal protein elastomer. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 357 (1418), 169-184 (2002).
  20. Huber, M. C., Schreiber, A., Wild, W., Benz, K., Schiller, S. M. Introducing a combinatorial DNA-toolbox platform constituting defined protein-based biohybrid-materials. Biomaterials. 35 (31), 8767-8779 (2014).
  21. Schreiber, A., Huber, M. C., Schiller, S. M. Prebiotic Protocell Model Based on Dynamic Protein Membranes Accommodating Anabolic Reactions. Langmuir. 35 (29), 9593-9610 (2019).
  22. Chin, J. W., Santoro, S. W., Martin, A. B., King, D. S., Wang, L., Schultz, P. G. Addition of p-Azido-l-phenylalanine to the Genetic Code of Escherichia coli. Journal of the American Chemical Society. 124 (31), 9026-9027 (2002).
  23. Sonnino, S., Prinetti, A. Membrane domains and the "lipid raft" concept. Current Medicinal Chemistry. 20 (1), 4-21 (2013).
  24. Bräse, S., Gil, C., Knepper, K., Zimmermann, V. Organische Azide - explodierende Vielfalt bei einer einzigartigen Substanzklasse. Angewandte Chemie. 117 (33), 5320-5374 (2005).
  25. Li, Z., et al. Large-Scale Structures in Tetrahydrofuran–Water Mixture with a Trace Amount of Antioxidant Butylhydroxytoluene (BHT). The Journal of Physical Chemistry B. 115 (24), 7887-7895 (2011).
  26. Huber, M. C., Schreiber, A., Schiller, S. M. Minimalist Protocell Design: A Molecular System Based Solely on Proteins that Form Dynamic Vesicular Membranes Embedding Enzymatic Functions. ChemBioChem. 20 (20), 2618-2632 (2019).
  27. Raghunathan, G., et al. A comparative study on the stability and structure of two different green fluorescent proteins in organic co-solvent systems. Biotechnology and Bioprocess Engineering. 18 (2), 342-349 (2013).
  28. Sallach, R. E., et al. Long-term biostability of self-assembling protein polymers in the absence of covalent crosslinking. Biomaterials. 31 (4), 779-791 (2010).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

158

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved