המחברים רוצים להכיר אוניברסיטת אקרון למימון שתמך בעבודה זו.

יש המחברים אין לחשוף.

הנדסת חלבון רקומביננטי היא טכניקה חזקה מאוד שמשתרעת על פני תחומים רבים. זה חסכוני, מתכונן והליך פשוט יחסית, המאפשר הייצור של תשואות גבוהות של חלבונים מותאמים במיוחד. חשוב לציין כי עיצוב ולבטא חלבוני מטרה הוא לא תמיד פשוט. ביטוי בסיסי ויציבות חלבון רקומביננטי תלויה בב...

חלבונים לכסות טווח רחב של ביומולקולות כי הם אחראים לתפקודים ביולוגיים רבים, סופו של דבר מוביל להיווצרות רקמה תקינה וארגון. מולקולות אלה ליזום אלפי איתות מסלולים השולטים עד ויסות ו / או למטה רגולציה של גנים וחלבונים אחרים, שמירה על שיווי משקל בגוף האדם. שיבוש של חלבון יחיד משפיע על אינטרנט זה שלם של אותות, אשר יכול להוביל להתפרצות של הפרעות או מחלות הרסניות. הנדסת חלבונים בודדים במעבדה מציעה פתרון אחד למאבק בתופעות הלוואי הללו ומציע אלטרנטיבה לתרופות מולקולה קטנות. ב1977, גן מקודד רצף סומטוסטטין חומצת אמין 14 היה אחד מפוליפפטידים הראשונים המהונדסים שנוצרו באמצעות ה coli 1. זמן קצר לאחר מכן בשנת 1979, אינסולין שובט בפלסמיד pBR322, שינה, בא לידי ביטוי, ומטוהר 2. מאז, חלבונים רקומביננטיים הרחיבו את השפעתם לשדות מרובים של מילearch כגון חומרים ביולוגיים, אספקת סמים, הנדסת רקמות, Biopharmaceuticals, חקלאות, אנזימים תעשייתיים, דלק ביולוגי, וכו &#39;(לביקורות לראות אזכור 3-8). זה נובע במידה רבה צדדיות שהטכניקה מציעה באמצעות התוספת של moieties היישום הספציפי הכימי או רצפי חלבונים למטרות כוללים, אך לא מוגבלת, לזיהוי חלבון המטרה, ייצוב וטיהור. באמצעות טכנולוגיית ה-DNA רקומביננטי, יכולים לבוא לידי ביטוי חלבונים רקומביננטיים במגוון רחב של מערכות מארח אוקריוטים פרוקריוטים ובכלל זה, צמח, חרק, שמרים, פטריות, חיידקים או יונקים. כל מארח מציע יתרונות שונים, ובדרך כלל את המערכת הטובה ביותר נקבעה בהתבסס על תפקוד חלבון, תשואה, יציבות, עלות כוללת, ויכולת רחבה. תאי חיידקים לעתים קרובות חסרים את מנגנוני השינוי לאחר translational שמארחי אוקריוטים לספק (כלומר glycosylation, גישור דיסולפיד, דואר<html> TC.) 5. כתוצאה מכך, מערכות של יונקים וחרקים בדרך כלל תוצאה של תאימות טובה יותר וביטוי של חלבוני אוקריוטים, אולם המארחים אלה הם בדרך כלל יקרים יותר ו9 זמן רב. לכן, א &#39; coli הוא המארח המועדף עבור מערכת הביטוי שלנו, כי תאים להתרחב במהירות בתנאי גידול זולים ומנגנוני ביטוי הגנטיים הם הבינו 5,9 כן. בנוסף, מערכת זו היא קלה בקנה מידה, למטרות ייצור ותוצאות בחלבונים תפקודיים למרות העדר לאחר translational השינויים 10. E. זן החיידק K12 נבחר בפרוטוקול זה לשיבוט כי זן זה מציע תשואות פלסמיד מצוינות המבוססות על יעילות שינוי גבוהה. בנוסף, א &#39; זן החיידק BL21 מנוצל לביטוי בגלל מתח מארח זה מכיל את גן RNA פולימראז T7 המספק ביטוי חלבון בשליטה ויציבות 11. אוהל &quot;&gt; לאחר בחירת מארח, טיפול נוסף חייב להילקח בבחירת וקטור הביטוי האידיאלי כדי להקל על ביטוי שנבחר ובשליטת חלבון. סינתזת חלבונים רקומביננטיים מתחילה ברצף ה-DNA יעד כי הוא משובט בניהולו של שעתוק T7 bacteriophage ואותות תרגום, ו ביטוי מושרה בתאי מארח המכילים עותקי כרומוזומליות של גן RNA פולימראז T7 12. וקטורים אלה, הנגזרים מpBR322 וקטור פלסמיד (לסקירה ראתה התייחסות 13), נשלטים בחוזקה על ידי אמרגן T7 פותח לראשונה על ידי בוחן ועמיתים 14 ולספק נוסף שליטה באמצעות הכללתו של המפעיל לאק וזה מדכא לאק (lac1) 15,16. להנדסת חלבונים רקומביננטיים, מערכת ביטוי זה מציעה את היכולת להתאים את רצף חומצות אמינו מסוים של חלבון רצוי על ידי החדרת רצפי DNA יעד שונים או כדי ליצור חלבוני היתוך מורכב מתחום שילובים מחלבונים יחיד. בנוסף, חלק מסדרת הווקטור כוללת שינויי תג פפטיד להיות מושם על N או התחנה הסופית C. למטרות העיצוב שלנו, תג היסטידין (שלו) התווסף לרצף יעד DNA לטיהור ורצף biotinylatable 15 חומצת אמינו נכלל לbiotinylation 17,18. בפרוטוקול זה פלסמיד המכיל גן התנגדות אמפיצילין, נבחר לבצע רצפי חלבון היתוך biotinylatable שלנו. הביטוי נשלט בוקטור זה באמצעות אמרגן T7 לאק ומושרה בקלות עם איזופרופיל β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG). ביטויי מבחן (תרבויות בקנה מידה קטנה) משמשים כדי לקבוע את הנוכחות ומסיסות של חלבון המטרה, שיכול לבוא לידי ביטוי בכל צורה מסיסה או לא מסיס לגבש נהלי טיהור. חלבון מסיס הביע בתוך תא החיידק יעבור קיפול ספונטני כדי לשמור על המבנה המקורי שלו 19. בדרך כלל הילידיםהמבנה הוא חיובי thermodynamically. במקרים רבים את הפעילות המטבולית של המארח היא לא תורמת לחלבון המטרה, שימת דגש על מערכת שמובילה לייצור חלבון מסיס והיווצרותם של גופי הכללה מורכבים מאגרגטים חלבון לא מסיסים. כך חלבון מטרת denatures, טיוח אותם בדרך כלל פעיל מבחינה ביולוגית 20. ביטויי הבדיקה שניהם טיפסו למעלה, ונהלי בידוד נקבעים על ידי המסיסות של חלבון המטרה. Renaturation נוסף או refolding צעד נדרש לחלבונים בלתי מסיסים. חלבונים רקומביננטיים וכתוצאה מכך יכולים להיות מטוהרים נוסף באמצעות כרומטוגרפיה הדרת גודל. בבית של ייצור חלבון רקומביננטי מציע יתרונות עלות על מוצרים מסחריים מאז מיליגרם חלבון המטרה של יכול להיות מבודד לליטר של התרבות העיקרית. רוב הציוד הנדרש זמין במעבדה ביולוגית או כימית טיפוסית. הנדסת חלבונים מאפשרת יצירהשל חלבוני היתוך מותאם אישית עם פונקציות הוסיפו שאינן תמיד זמינים באופן מסחרי. איור 1 מתאר את הנהלים העיקריים מעורבים בחלבונים רקומביננטיים הנדסה. עם מערכת ביטוי זה שיצרנו חלבונים רבים biotinylatable, כגון אינטרפרון גמא, נגזר גורם גדילה של טסיות דם, וחלבון עצם morphogenetic 21-23, אך אנו נתמקד בשני חלבונים שמיועדים להדרכה האקסון, NGF (29 kDa ) וSema3A (91 KDA) 10 (לסקירה ראה התייחסות 24). Biotinylation הוא טכניקה נפוצה לזיהוי, חוסר תנועה ובידוד של חלבונים שכותרתו ניצול האינטראקציה ביוטין-streptavidin הידוע 25-27. בדיקות Biophysical 28,29, biosensors 30, ונקודות קוונטיות ביום 31 בכמה דוגמאות של מערכות המנצלות את הזיקה הגבוהה של נטיה ביוטין-streptavidin עם ד K על סדר 10 -15 M 27. E. יו coliהאנזים פח, בירה, מסייע בקובץ המצורף קוולנטיים של ביוטין לשרשרת צד ליזין נמצאת בתוך ביוטין מתויג רצף 18,32. ביוטין קשירה לחומרים וביומולקולות ייצר אספקה ​​מתמשכת של גורמי גדילה של תאים עבור יישומי הנדסת רקמות מרובים 21,33-35. לכן, הנדסת חלבוני biotinylatable המותאם במיוחד אלה היא כלי רב עוצמה שיכול להתעלות מעל אינטרסים מחקר מרובים.

<table><tbody><tr><td>1,4-Dithio-DL-threitol, DTT, 99.5%</td><td>Chem-Impex International</td><td>127</td><td>100 g</td></tr><tr><td>2-Hydroxyethylmercaptan &amp;beta;-Mercaptoethanol</td><td>Chem-Impex International</td><td>642</td><td>250 ml</td></tr><tr><td>Acetic acid, glacial</td><td>EMD</td><td>AX0073-9</td><td>2.5 L</td></tr><tr><td>Agar</td><td>Bioshop</td><td>AGR001.500</td><td>500 g</td></tr><tr><td>Ampicillin sodium salt&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A9518</td><td>25 g</td></tr><tr><td>Antifoam 204</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A6426</td><td>500 g</td></tr><tr><td>Barstar-NGF pET-21a(+)</td><td>GenScript USA Inc.</td><td></td><td>4 &amp;micro;g</td></tr><tr><td>BL21(DE3) Competent Cells</td><td>Novagen</td><td>69450</td><td>1 ml; Expression Host</td></tr><tr><td>Bradford reagent</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>B6916</td><td>500 ml</td></tr><tr><td>BugBuster</td><td>Novagen</td><td>70922-3</td><td>100 ml</td></tr><tr><td>Gel filtration standard</td><td>Bio-Rad</td><td>151-1901</td><td>6 vials</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Bioshop</td><td>GLY001.1</td><td>1 L</td></tr><tr><td>Guanidine hydrodioride amioformamidine hydrochloride</td><td>Chem-Impex International</td><td>152</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>His-Pur Ni-NTA Resin</td><td>Thermo Scientific</td><td>88222</td><td>100 ml</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid</td><td>EMD</td><td>HX0603-3</td><td>2.5 L</td></tr><tr><td>Imidazole&amp;nbsp;</td><td>Chem-Impex International</td><td>418</td><td>250 g</td></tr><tr><td>IPTG</td><td>Chem-Impex International</td><td>194</td><td>100 g</td></tr><tr><td>Laemmli sample buffer</td><td>Bio-Rad</td><td>161-0737</td><td>30 ml</td></tr><tr><td>Lauryl sulfate sodium salt, Sodium dodecyl surface</td><td>Chem-Impex International</td><td>270</td><td>500 g</td></tr><tr><td>LB Broth&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L3022</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>NovaBlue Competent Cells</td><td>Novagen</td><td>69825</td><td>1 ml; Cloning Host</td></tr><tr><td>Phosphate buffered saline</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P5368-10PAK</td><td>10 pack</td></tr><tr><td>Potassium Chloride</td><td>Chem-Impex International</td><td>01247</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>Sema3A-pET-21a(+)</td><td>GenScript USA Inc.</td><td></td><td>4 &amp;micro;g</td></tr><tr><td>SimplyBlue SafeStain</td><td>Invitrogen</td><td>LC6060</td><td>1 L</td></tr><tr><td>Sodium chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5886-1KG</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>Sodium hydroxide</td><td>Fisher Scientific</td><td>S318-500</td><td>500 g</td></tr><tr><td>Sodium phosphate diabasic</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5136-500G</td><td>500 g</td></tr><tr><td>Sodium phosphate monobasic</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5011</td><td>500 g</td></tr><tr><td>Terrific Broth</td><td>Bioshop</td><td>TER409.5</td><td>5 kg</td></tr><tr><td>Tetracycline hydrochloride</td><td>Chem-Impex International</td><td>667</td><td>25 g</td></tr><tr><td>Tris/Glycine/SDS Buffer, 10x</td><td>Bio-Rad</td><td>1610732</td><td>1 L</td></tr><tr><td>Trizma Base</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T1503</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>Tryptone, pancreatic</td><td>EMD</td><td>1.07213.1000</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>Yeast extract, granulated</td><td>EMD</td><td>1.03753.0500</td><td>500 g</td></tr><tr><td>&amp;nbsp;&amp;Auml;KTApurifier10</td><td>GE Healthcare</td><td>28-4062-64</td><td>Includes kits and accessories</td></tr><tr><td>Benchtop Orbital Shaker</td><td>Thermo Scientific</td><td>SHKE4000</td><td>MAXQ 4000</td></tr><tr><td>BirA500</td><td>Avidity</td><td>BirA500</td><td>Enzyme comes with reaction buffers and biotin solution</td></tr><tr><td>Dialysis Casette</td><td>Thermo Scientific</td><td>66380</td><td>Slide-A-Lyzer (Extra Strength)</td></tr><tr><td>Dialysis Tubing</td><td>Spectrum Laboratories</td><td>132127, 132129</td><td>MWCO: 25,000 and 50,000</td></tr><tr><td>Flow Diversion Valve FV-923</td><td>GE Healthcare</td><td>11-0011-70</td><td></td></tr><tr><td>FluoReporter Biotin Quantification Assay Kit</td><td>Invitrogen</td><td>1094598</td><td></td></tr><tr><td>Frac-950 Tube Racks, Rack C</td><td>GE Healthcare</td><td>18-6083-13</td><td></td></tr><tr><td>Fraction Collector Frac-950</td><td>GE Healthcare</td><td>18-6083-00</td><td>Includes kits and accessories</td></tr><tr><td>Heated/Refrigerated Circulator&amp;nbsp;</td><td>VWR</td><td>13271-102</td><td>Model 1156D</td></tr><tr><td>Heating Oven FD Series</td><td>Binder</td><td></td><td>Model FD 115</td></tr><tr><td>HiLoad 16/60 Superdex 200 pg</td><td>GE Healthcare</td><td>17-1069-01</td><td>Discontinued--Replacement Product: HiLoad 16/600 Superdex 200 pg</td></tr><tr><td>J-26 XPI Avanti Centrifuge</td><td>Beckman Coulter</td><td>393126</td><td></td></tr><tr><td>JA 25.50 Rotor</td><td>Beckman Coulter</td><td>363055</td><td></td></tr><tr><td>JLA 8.1 Rotor</td><td>Beckman Coulter</td><td>969329</td><td>Includes 1 L polyporpylene bottles</td></tr><tr><td>JS 5.3 Rotor</td><td>Beckman Coulter</td><td>368690</td><td></td></tr><tr><td>Laminar Flow Hood</td><td>Themo Scientific</td><td>1849</td><td>Forma 1800 Series Clean Bench</td></tr><tr><td>Microplate Reader</td><td>TECAN</td><td></td><td>infinite M200</td></tr><tr><td>Mini-PROTEAN Tetra Cell</td><td>Bio-Rad</td><td>165-8004</td><td>4-gel vertical electrophoresis system</td></tr><tr><td>Mini-PROTEAN TGX Precast Gels</td><td>Bio-Rad</td><td>456-9036</td><td>Any kDa, 15-well comb</td></tr><tr><td>Ni-NTA Column</td><td>Bio-Rad</td><td>737-2512</td><td>49 ml&amp;nbsp;volume ECONO-Column</td></tr><tr><td>Plasmid Miniprep Kit</td><td>Omega Bio-Tek</td><td>D6943-01</td><td></td></tr><tr><td>PowerPac HC Power Supply</td><td>Bio-Rad</td><td>164-5052</td><td>250 V, 3 A, 300 W</td></tr><tr><td>Round Bottom Polypropylene Copolymer Tubes</td><td>VWR</td><td>3119-0050</td><td>50 ml&amp;nbsp;tubes for JA 25.50 rotor</td></tr><tr><td>Spin-X UF Concentrators</td><td>Corning</td><td>431488, 431483</td><td>&amp;nbsp;20 and 6 ml; MWCO: 10,000 Da</td></tr><tr><td>Subcloning Service</td><td>GenScript USA Inc.</td><td></td><td>Protein Services</td></tr><tr><td>Ultrasonic Processor&amp;nbsp;</td><td>Cole-Parmer</td><td>18910445A</td><td>Model CV18</td></tr><tr><td>Vortex-Genie 2</td><td>Scientific Industries</td><td>SI-0236</td><td>Model G560</td></tr></tbody></table>

expression, isolation, and purification of soluble and insoluble biotinylated proteins for nerve tissue regeneration

הנדסת חלבונים רקומביננטיים ניצלה חיידקי Escherichia מערכות (E. coli) ביטוי לכמעט 4 עשורים, והיום ה coli הוא עדיין אורגניזם מארח בשימוש נרחב ביותר. הגמישות של המערכת מאפשרת התוספת של moieties כגון תג ביוטין (עבור אינטראקציות streptavidin) וחלבונים תפקודיים גדולים יותר כמו חלבון פלואורסצנטי ירוק או חלבון אדום דובדבן. כמו כן, השילוב של חומצות אמינו לא טבעיות כמו chelators יון מתכת, קבוצות פונקציונליות ייחודי תגובתי, בדיקות ספקטרוסקופיות, ומולקולות הקניית לאחר translational שינויים אפשר מניפולציה טובה יותר של תכונות חלבון ופונקציונליות. כתוצאה מכך בטכניקה זו יוצרת חלבוני היתוך להתאמה אישית שמציעים כלי משמעותי לתחומי מחקר שונים. באופן ספציפי יותר, רצף חלבון biotinylatable כבר שולב לתוך חלבוני יעד רבים בגלל האינטראקציה זיקה הגבוהה בין ביוטין עם avidin וstreptavidin. תוספת זו סייעה בשיפור זיהוי וטיהור של חלבונים מתויגים, כמו גם לפתוח דרך ליישומים משניים כגון מיון תא. לכן, מולקולות שכותרתו ביוטין להראות השפעה גוברת ונרחבת בתחומים bioindustrial ויו. לצורך המחקר שלנו יש לנו מהונדס חלבוני היתוך biotinylated רקומביננטי המכילים גורם עצב צמיחה (NGF) וsemaphorin3A (Sema3A) אזורים פונקציונליים. יש לנו דיווח בעבר כיצד חלבוני היתוך biotinylated אלה, יחד עם רצפי חלבון פעילים אחרים, יכולים להיות קשורים לחומרים ביולוגיים להנדסת רקמות ומטרות רגנרטיבית. פרוטוקול זה מתאר את היסודות של חלבוני biotinylatable ההנדסה בקנה מידת מיליגרם, ניצול וקטור T7 Lac מושרה וא מארחים coli ביטוי, החלו משינוי בהיקף של למעלה וטיהור.

<html> שיבוט וביטוי מבחן כאשר ציפוי מבוצע כראוי, מושבות מבודדות אחת צריכה טופס כדי להגדיל את הסיכוי של מריטת תאי חיידקים הפכו משובט (איור 2 א). עם זאת, אם יותר מדי תאים הם מצופים, הצלחות מודגרת יותר מדי זמן ב-C ° 37 או שי?...

Watch this Scientific Journal Video about Expression, Isolation, and Purification of Soluble and Insoluble Biotinylated Proteins for Nerve Tissue Regeneration at JoVE.com

Expression, Isolation, and Purification of Soluble and Insoluble Biotinylated Proteins for Nerve Tissue Regeneration

יש לפתח חלבוני היתוך biotinylatable יישומים פוטנציאליים רבים בתחומים שונים של מחקר. הנדסת חלבון רקומביננטי היא הליך ישר קדימה כי הוא חסכוני, המספק תשואות גבוהות של חלבונים מותאמים במיוחד.

ביטוי, בידוד וטיהור של מסיס ובלתי מסיסים חלבונים Biotinylated להתחדשות רקמת עצב

Recombinant protein engineering has utilized Escherichia coli (E. coli) expression systems for nearly 4 decades, and today E. coli is still the most ...

expression-isolation-purification-soluble-insoluble-biotinylated

Research

JoVE Journal

Bioengineering

33.5K Views.  University of Akron.  יש לפתח חלבוני היתוך biotinylatable יישומים פוטנציאליים רבים בתחומים שונים של מחקר. הנדסת חלבון רקומביננטי היא הליך ישר קדימה כי הוא חסכוני, המספק תשואות גבוהות של חלבונים מותאמים במיוחד. 

Video: Expression, Isolation, and Purification of Soluble and Insoluble Biotinylated Proteins for Nerve Tissue Regeneration

Purification of Biotinylated Cell Surface Proteins from Rhipicephalus microplus Epithelial Gut Cells

Rhipicephalus microplus &#8211; the cattle tick &#8211; is the most significant ectoparasite in terms of economic impact on livestock as a vector of several pathogens. Efforts have been dedicated to the cattle tick control to diminish its deleterious effects, with focus on the discovery of vaccine candidates, such as BM86, located on the surface of the tick gut epithelial cells. Current research focuses upon the utilization of cDNA and genomic libraries, to screen for other vaccine candidates. The isolation of tick gut cells constitutes an important advantage in investigating the composition of surface proteins upon the tick gut cells membrane. This paper constitutes a novel and feasible method for the isolation of epithelial cells, from the tick gut contents of semi-engorged R. microplus. This protocol utilizes TCEP and EDTA to release the epithelial cells from the subepithelial support tissues and a discontinuous density centrifugation gradient to separate epithelial cells from other cell types. Cell surface proteins were biotinylated and isolated from the tick gut epithelial cells, using streptavidin-linked magnetic beads allowing for downstream applications in FACS or LC-MS/MS-analysis.

Purification of Biotinylated Cell Surface Proteins from Rhipicephalus microplus Epithelial Gut Cells

A modified density centrifugation gradient-based methodology was utilized to isolate epithelial cells from Rhipicephalus microplus gut tissue. Surface-bound proteins were biotinylated and purified through streptavidin magnetic beads for utilization in downstream applications.

טיהור של biotinylated Cell חלבונים משטח מ<em&gt; Rhipicephalus microplus</em&gt; תאים אפיתל גוט

Rhipicephalus microplus &#8211; the cattle tick &#8211; is the most significant ectoparasite in terms of economic impact on livestock as a vector of ...

Biochemistry

In Vitro Biochemical Assays using Biotin Labels to Study Protein-Nucleic Acid Interactions

Protein-nucleic acid interactions play important roles in biological processes such as transcription, recombination, and RNA metabolism. Experimental methods to study protein-nucleic acid interactions require the use of fluorescent tags, radioactive isotopes, or other labels to detect and analyze specific target molecules. Biotin, a non-radioactive nucleic acid label, is commonly used in electrophoretic mobility shift assays (EMSA) but has not been regularly employed to monitor protein activity during nucleic acid processes. This protocol illustrates the utility of biotin labeling during in vitro enzymatic reactions, demonstrating that this label works well with a range of different biochemical assays. Specifically, in alignment with previous findings using radioisotope 32P-labeled substrates, it is confirmed via biotin-labeled EMSA that MEIOB (a protein specifically involved in the meiotic recombination) is a DNA-binding protein, that MOV10 (an RNA helicase) resolves biotin-labeled RNA duplex structures, and that MEIOB cleaves biotin-labeled single-stranded DNA. This study demonstrates that biotin is capable of substituting 32P in various nucleic acid-related biochemical assays in vitro.&#160;

Presented here are protocols for in vitro biochemical assays using biotin labels that may be widely&#160;applicable for studying protein-nucleic acid interactions.

בתוך מבחנה ביוכימית באמצעות תוויות Biotin ללמוד חלבון-גרעין חומצה אינטראקציות

Protein-nucleic acid interactions play important roles in biological processes such as transcription, recombination, and RNA metabolism. Experimental ...

Genetics

Brain Slice Biotinylation: An Ex Vivo Approach to Measure Region-specific Plasma Membrane Protein Trafficking in Adult Neurons

Regulated endocytic trafficking is the central mechanism facilitating a variety of neuromodulatory events, by dynamically controlling receptor, ion channel, and transporter cell surface presentation on a minutes time scale.&#160;There is a broad diversity of mechanisms that control endocytic trafficking of individual proteins. Studies investigating the molecular underpinnings of trafficking have primarily relied upon surface biotinylation to quantitatively measure changes in membrane protein surface expression in response to exogenous stimuli and gene manipulation.&#160;However, this approach has been mainly limited to cultured cells, which may not faithfully reflect the physiologically relevant mechanisms at play in adult neurons.&#160;Moreover, cultured cell approaches may underestimate region-specific differences in trafficking mechanisms.&#160;Here, we describe an approach that extends cell surface biotinylation to the acute brain slice preparation.&#160;We demonstrate that this method provides a high-fidelity approach to measure rapid changes in membrane protein surface levels in adult neurons.&#160;This approach is likely to have broad utility in the field of neuronal endocytic trafficking.

Brain Slice Biotinylation: An Ex Vivo Approach to Measure Region-specific Plasma Membrane Protein Trafficking in Adult Neurons

Neuronal membrane trafficking dynamically controls plasma membrane protein availability and significantly impacts neurotransmission.&#160;To date, it has been challenging to measure neuronal endocytic trafficking in adult neurons.&#160;Here, we describe a highly effective, quantitative method to measure rapid changes in surface protein expression ex vivo in acute brain slices.

המוח פרוס Biotinylation:<em&gt; Ex Vivo</em&gt; גישה למדוד סחר חלבון פלזמה ממברנה אזור ספציפי בתאי עצב בוגרים

Regulated endocytic trafficking is the central mechanism facilitating a variety of neuromodulatory events, by dynamically controlling receptor, ion ...

Neuroscience

Real-time Imaging of Axonal Transport of Quantum Dot-labeled BDNF in Primary Neurons

BDNF plays an important role in several facets of neuronal survival, differentiation, and function. Structural and functional deficits in axons are increasingly viewed as an early feature of neurodegenerative diseases, including Alzheimer&#8217;s disease (AD) and Huntington&#8217;s disease (HD). As yet unclear is the mechanism(s) by which axonal injury is induced. We reported the development of a novel technique to produce biologically active, monobiotinylated BDNF (mBtBDNF) that can be used to trace axonal transport of BDNF. Quantum dot-labeled BDNF (QD-BDNF) was produced by conjugating quantum dot 655 to mBtBDNF. A microfluidic device was used to isolate axons from neuron cell bodies. Addition of QD-BDNF to the axonal compartment allowed live imaging of BDNF transport in axons. We demonstrated that QD-BDNF moved essentially exclusively retrogradely, with very few pauses, at a moving velocity of around 1.06 &#956;m/sec. This system can be used to investigate mechanisms of disrupted axonal function in AD or HD, as well as other degenerative disorders.

Axonal transport of BDNF, a neurotrophic factor, is critical for the survival and function of several neuronal populations. Some degenerative disorders are marked by disruption of axonal structure and function. We demonstrated the techniques used to examine live trafficking of QD-BDNF in microfluidic chambers using primary neurons.

הדמיה של axonal תחבורה של Quantum בזמן אמת Dot-כותרת BDNF בנוירונים העיקרי

BDNF plays an important role in several facets of neuronal survival, differentiation, and function. Structural and functional deficits in axons are ...

Immunostaining of Biocytin-filled and Processed Sections for Neurochemical Markers

Electrophysiological recordings of cells using the patch clamp technique have allowed for the identification of different neuronal types based on firing patterns. The inclusion of biocytin/neurobiotin in the recording electrode permits post-hoc recovery of morphological details, which are necessary to determine the dendritic arborization and the regions targeted by the axons of the recorded neurons. However, given the presence of morphologically similar neurons with distinct neurochemical identities and functions, immunohistochemical staining for cell-type-specific proteins is essential to definitively identify neurons. To maintain network connectivity, brain sections for physiological recordings are prepared at a thickness of 300 &#181;m or greater. However, this thickness often hinders immunohistological postprocessing due to issues with antibody penetration, necessitating the resectioning of the tissue. Resectioning of slices is a challenging art, often resulting in the loss of tissue and morphology of the cells from which electrophysiological data was obtained, rendering the data unusable. Since recovery of morphology would limit data loss and guide in the selection of neuronal markers, we have adopted a strategy of recovering cell morphology first, followed by secondary immunostaining. We introduce a practical approach to biocytin filling during physiological recordings and subsequent serial immunostaining for the recovery of morphology, followed by the restaining of sections to determine the neurochemical identity. We report that sections that were filled with biocytin, fixed with paraformaldehyde (PFA), stained, and coverslipped can be removed and restained with a second primary antibody days later. This restaining involves the removal of the coverslip, the washing of sections in a buffer solution, and the incubation of primary and secondary antibodies to reveal the neurochemical identity. The method is advantageous for eliminating data loss due to an inability to recover morphology and for narrowing down the neurochemical markers to be tested based on morphology.

This protocol presents a method for the morphological recovery of neurons patched during electrophysiological recordings using biocytin filling and subsequent immunohistochemical postprocessing. We show that thick biocytin-filled sections that were stained and coverslipped can be restained with a second primary antibody days&#160;or months later.

Immunostaining סעיפים Biocytin מלא ומעובד מרקרים הנוירוכימיים

Electrophysiological recordings of cells using the patch clamp technique have allowed for the identification of different neuronal types based on firing ...

Determining Cell-surface Expression and Endocytic Rate of Proteins in Primary Astrocyte Cultures Using Biotinylation

Cell-surface proteins mediate a wide array of functions. In many cases, their activity is regulated by endocytic processes that modulate their levels at the plasma membrane. Here, we present detailed protocols for 2 methods that facilitate the study of such processes, both of which are based on the principle of the biotinylation of cell-surface proteins. The first is designed to allow for the semi-quantitative determination of the relative levels of a particular protein at the cell-surface. In it, the lysine residues of the plasma membrane proteins of cells are first labeled with a biotin moiety. Once the cells are lysed, these proteins may then be specifically precipitated via the use of agarose-immobilized streptavidin by exploiting the natural affinity of the latter for biotin. The proteins isolated in such a manner may then be analyzed via a standard western blotting approach. The second method provides a means of determining the endocytic rate of a particular cell-surface target over a period of time. Cell-surface proteins are first modified with a biotin derivative containing a cleavable disulfide bond. The cells are then shifted back to normal culture conditions, which causes the endocytic uptake of a proportion of biotinylated proteins. Next, the disulfide bonds of non-internalized biotin groups are reduced using the membrane-impermeable reducing agent glutathione. Via this approach, endocytosed proteins may thus be isolated and quantified with a high degree of specificity.

Two biotinylation-based methods, designed for determining the cell-surface expression and endocytic rate of proteins expressed at the plasma membrane, are presented in this report.

קביעת הביטוי משטח תאים ושיעור אנדוציטי של חלבונים בתרבויות אסטרוציטיות ראשוניות באמצעות Biotinylation

Cell-surface proteins mediate a wide array of functions. In many cases, their activity is regulated by endocytic processes that modulate their levels at ...

Identifying Cell Surface Markers of Primary Neural Stem and Progenitor Cells by Metabolic Labeling of Sialoglycan

Neural stem and progenitor cells (NSPCs) are the cellular basis for the complex structures and functions of the brain. They are located in specialized niches in vivo and can be isolated and expanded in vitro, serving as an important resource for cell transplantation to repair brain damage. However, NSPCs are heterogeneous and not clearly defined at the molecular level or purified due to a lack of specific cell surface markers. The protocol presented, which has been previously reported, combines a neural-endothelial co-culture system with a metabolic glycan labeling method to identify the surface sialoglycoproteome of primary NSPCs. The NSPC-endothelial co-culture system allows self-renewal and expansion of primary NSPCs in vitro, generating a sufficient number of NSPCs. Sialoglycans in cultured NSPCs are labeled using an unnatural sialic acid metabolic reporter with bioorthogonal functional groups. By comparing the sialoglycoproteome from self-renewing NSPCs expanded in an endothelial co-culture with differentiating neural culture, we identify a list of membrane proteins that are enriched in NSPCs. In detail, the protocol involves: 1) set-up of an NSPC-endothelial co-culture and NSPC differentiating culture; 2) labeling with azidosugar per-O-acetylated N-azidoacetylmannosamine (Ac4ManNAz); and 3) biotin conjugation to modified sialoglycan for imaging after fixation of neural culture or protein extraction from neural culture for mass spectrometry analysis. Then, the NSPC-enriched surface marker candidates are selected by comparative analysis of mass spectrometry data from both the expanded NSPC and differentiated neural cultures. This protocol is highly sensitive for identifying membrane proteins of low abundance in the starting materials, and it can be applied to marker discovery in other systems with appropriate modifications

Presented here is a protocol that combines an in vitro neural-endothelial co-culture system and metabolic incorporation of sialoglycan with bioorthogonal functional groups to expand primary neural stem and progenitor cells and label their surface sialoglycoproteins for imaging or mass-spectrometry analysis of cell surface markers.

זיהוי סמני שטח תא של גזע עצבי ראשוני ובתאי מחולל מטבולית על ידי תיוג מטבולי של סילוגליקן

Neural stem and progenitor cells (NSPCs) are the cellular basis for the complex structures and functions of the brain. They are located in specialized ...

Purification of Fibroblasts and Schwann Cells from Sensory and Motor Nerves in Vitro

The principal cells in the peripheral nervous system are the Schwann cells (SCs) and the fibroblasts. Both these cells distinctly express the sensory and motor phenotypes involved in different patterns of neurotrophic factor gene expression and other biological processes, affecting nerve regeneration. The present study has established a protocol to obtain highly purified rat sensory and motor SCs and fibroblasts more rapidly. The ventral root (motor nerve) and the dorsal root (sensory nerve) of neonatal rats (7-days-old) were dissociated and the cells were cultured for 4-5 days, followed by isolation of sensory and motor fibroblasts and SCs by combining differential digestion and differential adherence methods sequentially. The results of immunocytochemistry and flow cytometry analyses showed that the purity of the sensory and motor SCs and fibroblasts were &#62;90%. This protocol can be used to obtain a large number of sensory and motor fibroblasts/SCs more rapidly, contributing to the exploration of sensory and motor nerve regeneration.

Here, we present a method to purify fibroblasts and Schwann cells from sensory and motor nerves in vitro.

טיהור של פיברותקיעות ותאי Schwann מפני חושים ומוטוריים עצבים בחוץ גופית

The principal cells in the peripheral nervous system are the Schwann cells (SCs) and the fibroblasts. Both these cells distinctly express the sensory and ...

An Improved Protocol to Purify and Directly Mono-Biotinylate Recombinant BDNF in a Tube for Cellular Trafficking Studies in Neurons

Recombinant BDNF containing an Avi sequence (BDNFAvi) is produced in HEK293 cells and then cost-effectively purified by affinity chromatography. A reproducible protocol was developed to directly&#160;mono-biotinylate BDNFAvi with the enzyme BirA in a tube. In this reaction, mono-biotinylated BDNFAvi retains its biological activity.
Neurotrophins are target-derived growth factors playing a role in neuronal development and maintenance. They require rapid transport mechanisms along the endocytic pathway to allow long-distance signaling between different neuronal compartments. The development of molecular tools to study the trafficking of neurotrophins has enabled the precise tracking of these proteins in the cell using in vivo recording. In this protocol, we developed an optimized and cost-effective procedure for the production of mono-biotinylated BDNF. A recombinant BDNF variant containing a biotinylable avi sequence (BDNFAvi) is produced in HEK293 cells in the microgram range and then purified in an easily scalable procedure using affinity chromatography. The purified BDNF can then be homogeneously mono-biotinylated by a direct in vitro reaction with the enzyme BirA in a tube. The biological activity of the mono-biotinylated BDNF (mbtBDNF) can be conjugated to streptavidin-conjugated to different fluorophores. BDNFAvi and mbtBDNF retain their biological activity demonstrated through the detection of downstream phosphorylated targets using western blot and activation of the transcription factor CREB, respectively. Using streptavidin-quantum dots, we were able to visualize mbtBDNF internalization concomitant with activation of CREB, which was detected with a phospho-CREB specific antibody. In addition, mbtBDNF conjugated to streptavidin-quantum dots was suitable for retrograde transport analysis in cortical neurons grown in microfluidic chambers. Thus, in tube produced mbtBDNF is a reliable tool to study physiological signaling endosome dynamics and trafficking in neurons.

Recombinant BDNF containing an Avi sequence (BDNFAvi) is produced in HEK293 cells in a cost-effective manner and is purified by affinity chromatography. BDNFavi is then directly mono-biotinylated with the enzyme BirA in a tube. BDNFavi and mono-biotinylated BDNFavi retain their biological activity when compared to commercially available BDNF.

פרוטוקול משופר כדי לטהר ו מונו ישירות-Biotinylate BDNF בתוך צינור ללימודי סחר בתאי הסלולר בנוירונים

Recombinant BDNF containing an Avi sequence (BDNFAvi) is produced in HEK293 cells and then cost-effectively purified by affinity chromatography. A ...

Cell-surface Biotinylation Assay

A cell can regulate the amount of particular proteins on its cell membrane through endocytosis, following which cell surface proteins are effectively sequestered in the cytoplasm. Once within a cell, these surface proteins can be either destroyed or &#8220;recycled&#8221; back to the membrane. The cell surface biotinylation assay provides researchers with a way to study these phenomena. The technique makes use of a derivative of the small molecule biotin, which can label surface proteins and then be chemically cleaved. However, if the surface protein is endocytosed, the biotin derivative will be protected from cleavage. Thus, by analyzing the uncleaved, endocytosed biotin label, scientists can assess the amounts of internalized surface proteins.In this video, we review the concepts behind the biotinylation assay, delving into the chemical structure of the biotin derivative and the mechanism of its cleavage. This is followed by a generalized protocol of the technique, and finally, a description of how researchers are currently using it to study the dynamics of different cell surface proteins.

אסיית ביוטינילציה על פני תא

A cell can regulate the amount of particular proteins on its cell membrane through endocytosis, following which cell surface proteins are effectively ...

ביטוי, בידוד וטיהור של מסיס ובלתי מסיסים חלבונים Biotinylated להתחדשות רקמת עצב

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

טיהור של biotinylated Cell חלבונים משטח מ