Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Этот протокол описывает удаление эндогенных липидов из аллергенов и их замену указанными пользователем лигандами посредством обратнофазной ВЭЖХ в сочетании с термическим отжигом. 31 31 P-ЯМР и круговой дихроизм позволяют быстро подтвердить удаление/нагрузку лиганда и восстановление нативной структуры аллергена.
Многие основные аллергены связываются с гидрофобными липидоподобными молекулами, включая Mus m 1, Bet v 1, Der p 2 и Fel d 1. Эти лиганды сильно сохраняются и могут влиять на процесс сенсибилизации либо путем прямой стимуляции иммунной системы, либо путем изменения биофизических свойств аллергенного белка. Для контроля этих переменных требуются методы удаления эндогенно связанных лигандов и, при необходимости, замещения липидами известного состава. Аллерген таракана Bla g 1 заключает в себе большую гидрофобную полость, которая связывает гетерогенную смесь эндогенных липидов при очистке с использованием традиционных методов. Здесь мы описываем способ, с помощью которого эти липиды удаляются с использованием обратнофазной ВЭЖХ с последующим термическим отжигом с получением Bla g 1 в его Апо-форме или перезагружается пользовательской смесью жирных кислот или фосфолипидных грузов. Соединение этого протокола с биохимическими анализами показывает, что грузы жирных кислот значительно изменяют термостабильность и протеолитическую устойчивость Bla g 1, что имеет последующие последствия для скорости генерации эпитопа Т-клеток и аллергенности. Эти результаты подчеркивают важность протоколов удаления/перезагрузки липидов, таких как описанный в настоящем описании, при изучении аллергенов как из рекомбинантных, так и из природных источников. Протокол обобщается на другие семейства аллергенов, включая липокалины (Mus m 1), PR-10 (Bet v 1), MD-2 (Der p 2) и Утероглобин (Fel d 1), обеспечивая ценный инструмент для изучения роли липидов в аллергической реакции.
Исследование базы данных аллергенов показывает, что аллергены встречаются только в 2% всех известных семейств белков, предполагая, что общие функциональные и биофизические свойства способствуют аллергенности1. Из этих свойств способность связывать липидные грузы, по-видимому, сильно перепредставлена среди аллергенов, что позволяет предположить, что эти грузы могут влиять на процесс сенсибилизации1. Действительно, было показано, что аллерген бразильского ореха Ber e 1 требует совместного введения с его эндогенным липидом для реализации его полного сенсибилизирующего потенциала2. Эти липиды могут потенциально стимулировать иммунную систему непосредственно, как показано аллергенами клеща Der p 2 и Der p 7, оба из которых имеют сильную структурную гомологию с LPS-связывающими белками3,4,5. На основе этого наблюдения было высказано предположение, что Derp 2 и Der p 7 могут связывать бактериальные липиды и непосредственно стимулировать иммунную систему хозяина посредством TLR4-опосредования сигнализации, облегчая процесс сенсибилизации5,6. Также возможно, что эндогенно связанные липиды могут изменять биофизические свойства самих аллергенных белков. Например, способность Sin a 2 (горчица) и Ara h 1 (арахис) взаимодействовать с фосфолипидными везикулами значительно усилила их устойчивость к желудочной и эндосомальной деградации7,в то время как связывание лигандов с основным аллергеном пыльцы березы Bet v 1 изменяло как скорость эндосомальной обработки, так и разнообразие полученныхпептидов 8. Это особенно актуально для аллергенности, учитывая корреляцию, которая наблюдалась между стабильностью, генерацией эпитопа Т-клеток и аллергенностью для белков, таких как Bet v 1 и Bla g 1; последний из которых будет предметом настоящей работы9,10.
Bla g 1 представляет собой прототип члена семейства белков основных аллергенов насекомых (MA) и обладает уникальной структурой, состоящей из 12 амфипатических альфа-хеликул, которые заключают аномально большую гидрофобную полость9,11. Доступная рентгеновская кристаллическая структура Bla g 1 показывает электронную плотность в этой полости, согласуемую со связанными фосфолипидными или жирными кислотными лигандами; гипотеза, подтвержденная 31П-ЯМР и масс-спектрометрией. Эти грузы были неоднородными по своей природе, и их состав сильно зависел от источника аллергена, причем различные липидные профили наблюдались для рекомбинантного Bla g 1, выраженного у E. coli и P. pastoris. Любопытно, что Bla g 1, очищенный от своего естественного источника аллергена (таракан фрасс), содержал преимущественно жирные кислоты в своем месте связывания, причем смесь пальмитата, олеата и стеарата была идентифицирована как его «естественные» лиганды9,11. Способность Bla g 1 удерживать липиды и жирные кислоты после нескольких этапов очистки препятствует усилиям по изучению белка в изоляции. И наоборот, было высказано предположение, что естественные пальмитатные, стеаратные и олеатные лиганды Bla g 1 (далее именуемые nMix) играют ключевую роль как в его аллергенности, так и в нативной биологической функции9. Однако эти лиганды отсутствуют в Bla g 1, полученном из рекомбинантных источников, что затрудняет оценку этой гипотезы. Аналогичные проблемы наблюдались для других аллергенов, связывающих липиды, таких как Bet v1 12,13. Чтобы облегчить систематическое изучение липидно-аллергенных взаимодействий, мы разработали протокол, с помощью которого аллергены могут быть количественно лишены своих эндогенно связанных липидов и восстановлены либо в Апо-форме, либо загружены специфическими лигандами.
Аллергены чаще всего очищают от их естественных или рекомбинантных источников с использованием аффинной хроматографии и/или хроматографии с исключением размера. Здесь мы вводим дополнительную стадию очистки в виде высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с использованием колонки C18 обратной фазы, из которой аллерген элюируется в органический растворитель, аналогичный протоколам, разработанным для белков14 связыванияжирных кислот. Полученный белок затем подвергают термическому отжигу в отсутствие или присутствие жирных кислот и/или фосфолипидов. В дополнение к восстановлению нативного Bla g 1 раза, повышенные температуры увеличивают растворимость и доступность липидных грузов, давая Bla g 1 либо в Апо-форме, либо равномерно загруженный желаемым гидрофобным лигандом. 31 31 Очищенные таким образом P-ЯМР спектры Bla g 1 подтвердили полное удаление эндогенно связанных лигандов и равномерное замещение желаемыми соединениями, в то время как круговой дихроизм подтвердил успешное восстановление Bla g 1 раза. Полезность этого метода подчеркивается в недавней работе, в которой было обнаружено, что связывание груза усиливает термостабильность Bla g 1 и протеолитическую резистентность, изменяя кинетику генерации эпитопов Т-клеток с потенциальными последствиями для сенсибилизации и аллергенности9.
1. Bla g 1 клонирование
2. Первоначальное выражение и очищение
3. Эндогенное удаление липидов с помощью ВЭЖХ обратной фазы
Время (мин) | Буфер A (%) | Буфер B (%) |
0 | 97 | 3 |
10 | 97 | 3 |
25 | 35 | 65 |
55 | 5 | 95 |
65 | 5 | 95 |
70 | 97 | 3 |
Таблица 1: Протокол элюции для Bla g 1. Таблица, иллюстрирующая градиент элюирования, используемый при выделении Bla g 1 с помощью столбца C18 ВЭЖХ.
4. Восстановление Апо- и грузового Bla g 1
5. Подтверждение вывоза/погрузки фосфолипидного груза с помощью 31П-ЯМР
6. Подтверждение складывания Bla g 1
Используя аффинную хроматографию, рекомбинантный GST-Bla g 1 легко изолировали до высокого уровня чистоты(Рисунок 1A),получая выход ~ 2-4 мг / л клеточной культуры. Ночной инкубации с протеазой TEV при 4 °C достаточно для удаления метки GST, в результате получения конечного продукта при ~24 ...
Протокол, описанный в данной работе, был успешно применен для систематического изучения липидсвязывающих свойств Bla g 1. Это выявило корреляцию между связыванием груза, термостабильностью и эндосомальной обработкой, последняя из которых коррелировала со снижением генерации известног?...
Авторам нечего раскрывать.
Мы хотели бы поблагодарить д-ра Тома Кирби, Скотта Габеля и д-ра Роберта Лондона за их помощь и содействие на протяжении всей этой работы, а также д-ра Боба Петровича и Лори Эдвардс за использование их инструментов и их помощь в создании конструкций Bla g 1, используемых в этом исследовании. Мы благодарим Андреа Адамс за помощь в масс-спектрометрии и доктора Юджина ДеРоуза за помощь с приборами ЯМР. Это исследование было поддержано Программой внутренних исследований NIH, Национальным институтом наук о здоровье окружающей среды, Z01-ES102906 (GAM). Содержание является исключительной ответственностью авторов и не обязательно представляет официальную точку зрения Национального института наук о гигиене окружающей среды.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены