Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Leishmania Translational Extract (LTE) представляет собой эукариотическую бесклеточную систему экспрессии белка, полученную из одноклеточного паразита Leishmania tarentolae. Этот оптимизированный протокол делает LTE простым и экономичным в производстве. Он подходит для различных приложений, ориентированных на многопараллельную экспрессию и изучение сложных эукариотических белков и их взаимодействий.
Этот протокол описывает производство и оптимизацию эукариотической системы экспрессии бесклеточных белков (CFPS), полученной из одноклеточного жгутиконосца Leishmania tarentolae, называемого трансляционным экстрактом Leishmania или LTE. Хотя этот организм изначально эволюционировал как паразит гекконов, его можно легко и недорого выращивать в колбах или биореакторах. В отличие от Leishmania major, она непатогенна для человека и не требует специальных лабораторных предосторожностей. Еще одним преимуществом использования Leishmania для CFPS является то, что добавление одного антисмыслового олигонуклеотида к CFPS, нацеленного на консервативную последовательность лидера сплайсинга на 5'-конце всех белок-кодирующих РНК, может подавлять экспрессию эндогенных белков. Мы предоставляем процедуры для разрушения клеток и обработки лизата, которые были упрощены и улучшены по сравнению с предыдущими версиями. Эти процедуры начинаются с простых колбовых культур. Кроме того, мы объясняем, как вводить генетическую информацию с помощью векторов, содержащих видонезависимые сайты инициации трансляции (SITS), и как выполнять прямую оптимизацию партии и контроль качества для обеспечения стабильного качества экспрессии белка.
В 1960-х годах внеклеточные системы экспрессии белков сыграли ключевую роль в раскрытии генетическогокода. Тем не менее, прокариотические системы экспрессии бесклеточных белков, в основном основанные на E. coli, в настоящее время доминируют как в лабораторных, так и в коммерческих приложениях. В то время как системы на основе E. coli обладают такими преимуществами, как экономическая эффективность, масштабируемость и высокая экспрессия, они сталкиваются с проблемами при производстве многодоменных белков в их активных формах и облегчении сборки белковыхкомплексов2,3. В настоящее время широко используемые формы синтеза эукариотического бесклеточного белка (CFPS) включают экстракт зародышей пшеницы (WGE), лизат ретикулоцитов кролика (RRL) и лизат клеток насекомых (ICL)4,5,6. В этой работе представлена альтернативная эукариотическая бесклеточная система, которая является одновременно простой и масштабируемой, основанной на одноклеточном жгутиковом паразите Leishmania tarentolae.
Leishmania tarentolae можно легко культивировать в колбах с использованием экономичных сред, а также масштабировать в биореакторах для достижения более высокой плотности клеток. Присутствие эндогенных мРНК в клеточном лизате, которые в противном случае могли бы конкурировать с введенными сообщениями, может быть нейтрализовано с помощью антисмысловых олигонуклеотидов, нацеленных на консервативную последовательность лидера сплайсинга мРНК Leishmania7. В отличие от своего близкого родственника Leishmania major, который вызывает заболевания человека, L. tarentolae инфицирует мавританского геккона (Tarentolae mauritanica), что делает его пригодным для выращивания в лабораторных условиях PC2 без необходимости специальных мер предосторожности. Ранее он использовался в качестве трансгенного организма для экспрессии белка in vivo8.
Для облегчения прайминга матриц в бесклеточных системах были разработаны универсальные последовательности на основе полимерных структур РНК, которые усиливают трансляционную инициацию9. Эти видонезависимые трансляционные последовательности (SITS) применимы как к прокариотическим, так и к эукариотическим бесклеточным системам и подходят для введения генетической информации в LTE. Хотя этот протокол не дает подробного объяснения построения векторов для экспрессии внеклеточного белка LTE, для оптимизации и контроля качества требуются подходящие векторы, содержащие флуорофорные слияния желаемых белков, представляющих интерес, ниже по течению от сайта SITS. С этой целью в репозиторий генов Addgene были депонированы соответствующие векторы LTE, такие как вектор pCellFree_G03, который кодирует N-концевое слияние eGFP с желаемым белком, представляющим интерес, с использованием сайтов клонирования Gateway.
LTE доказал свою ценность в широком спектре применений, требующих экспрессии белков, включая анализ самосборки белка10,16, производство интегральных мембранных белков человека17, исследования кандидатов в противовирусные препараты18, разработку биотехнологически полезных ферментов19, прототипирование белковых биосенсоров20,21 и изучение биологических препаратов из анкилостомозов22. LTE также сыграл важную роль в картировании сетей белок-белковых взаимодействий в области вирусологии и клеточных структур21,32. Было проведено исследование LTE, которое показало схожие с другими эукариотическими бесклеоточными системами экспрессии полноразмерных, монодисперсных и неагрегированных белков33, обеспечивая при этом более экономичное и масштабируемое производство.
Этот протокол предусматривает методы культивирования и разрушения организма хозяина, получения лизата и добавления питательного раствора (ФС) для сопряженной экспрессии транскрипционного/трансляционного белка. Кроме того, он включает в себя протокол оптимизации производственных партий. В первоначальном варианте бесклеточной системы Leishmania наблюдались нежелательные вариации от партии к партии в уровнях экспрессии, доле полноразмерных белков и наличии белковых агрегатов, что приводило к утилизации партий34. Для решения этой проблемы были внесены последующие усовершенствования протокола25. Текущий протокол основан на этих улучшениях, позволяя оптимизировать отдельные партии для максимальной экспрессии и размера белка. Это достигается за счет тщательного контроля нагрузки на разрушитель ячеек (измеряется как оптическая плотность на длине волны 600 нм; наружный диаметр600 нм) и нормализация результирующего выхода лизата с использованием абсорбции при длине волны 280 нм (Abs280 нм). Кроме того, он включает в себя метод частичного добавления в лизат rNTP и магния в процессе производства с последующей оптимизацией компонентов этого исходного раствора во время тестовых экспрессий. Хотя такая оптимизация представлена в протоколе как вариант, авторами она настоятельно рекомендуется.
Этот протокол включает в себя подробные рецепты сред и этапы, которые включают культивирование, центрифугирование, измерение флуоресценции GFP с помощью многорежимного планшетного ридера, измерение наружного диаметра культуры600 нм и оценку лизата Abs280 нм. Он также охватывает настройку и визуализацию белковых гелей SDS-PAGE. Материалы, необходимые или предлагаемые для этого протокола, перечислены в таблице «Материалы». Важно отметить, что типичные лабораторные ресурсы, такие как компоненты среды, центрифуги, пробирки, спектрофотометры и установки для гель-электрофореза, скорее всего, могут использоваться взаимозаменяемо, если не указано иное. На рисунке 1 представлена краткая информация о производственном процессе LTE.
Рисунок 1: Обзор производственного протокола LTE. В этом мультфильме представлено краткое изложение протокола производства LTE. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
1. Рост культур Leishmania tarentolae
2. Концентрация культур L. tarentolae
3. Лизис концентрата L. tarentolae
4. Центрифугирование клеточного лизата
5. Гелевая фильтрация клеточного лизата
ПРИМЕЧАНИЕ: Гель-фильтрация используется для удаления сахарозы, входящей в состав буфера SEB. В то время как сахароза помогает стабилизировать клеточный механизм во время клеточного разрушения, она снижает выход, если сохраняется в реакциях экспрессии белка.
6. Добавка клеточного лизата
7. Контроль качества и оптимизация конечного дополненного LTE
ПРИМЕЧАНИЕ: Минимально необходимые шаги для определения подходящего «доливочного» добавления rNTP.Mg к восстановленному rNTP и лизату с добавлением магния включают экспрессию eGFP или аналогичного флуорофора (например, sfGFP) без партнера по синтезу. Увеличивающиеся концентрации rNTP.Mg добавляются в реакции, чтобы определить точку, в которой уровень экспрессии (измеряемый как eGFP RFU с помощью многорежимного считывателя) оптимизируется. Преждевременное прекращение eGFP, которое не является флуоресцентным, становится очевидным при снижении РКГ eGFP при слишком высоких концентрациях rNTP.Mg. Тем не менее, короткие продукты сбоев LTE чаще происходят в более крупных экспрессированных белках (>50 кДа). Следовательно, можно выполнить эту оптимизацию с использованием более крупного шаблона, чем eGFP, особенно если он доступен в подходящем векторе экспрессии, обеспечивающем слияние флуорофоров, которое желательно получить с помощью LTE для конкретного применения или исследования (см. раздел «Репрезентативные результаты»).
Целью экспрессии внеклеточных белков является получение полноразмерных белков в свернутой, активной форме, подходящей для широкого спектра применений. LTE (экстракт Leishmania tarentolae) ранее сравнивали с другими прокариотическими и эукариотическими системами бесклето...
Протоколы создания LTE были опубликованы за последнее десятилетие7 и претерпели периодическиеобновления25,34. Тем не менее, новички в этом методе часто сталкиваются с крутой кривой обучения, что приводит к задержкам в достиже...
Конкурирующие финансовые интересы отсутствуют.
Авторы выражают признательность многим сотрудникам лаборатории Александрова, которые внесли свой вклад в развитие систем LTE за последние 10 лет, в частности Сергею Мурееву, который стал пионером системы и разработал сайт входа рибосом SITS. Рисунок 1 создан компанией Biorender.com и воспроизведен по лицензии.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
PD-10 SuperDex 25 Columns | Cytiva | 17085101 | Gel filtration columns |
Nitrogen Cavitation cell disrupter | Parr Industries | 4635 or 4639 | Cell Disrupter |
Bovine derived Hemin | Sigma-Aldrich | H5533 | Culture additive |
Penicillin/Streptomycin 10000U/ml | Thermo-Fisher | 15140122 | Antibiotic mix |
Optiplate 384 | Perkin-Elmer | 6007290 | Multiwell plate for 10ul expressions |
Oligonucleotide | IDT synthesis | Oligo with sequence CAATAAAGTACAGAAACTGATAC TTATATAGCGTT | |
Creatine Phosphokinase | Sigma-Aldrich | 9001-15-4 | Enzyme |
Tecan Spark | Tecan | or similar Multimode Platereader | |
Chemidoc MP Imager | Biorad | or similar SDS-PAGE gel Imager | |
4-12% Bis-Tris Gels | Invitrogen | NW04125 | SDS-PAGE gels |
Biophotometer | Eppendorf | or similar Cuvette Specrophotometer | |
Nanodrop One | Thermofisher | Nanodrop spectrophotometer | |
Avanti JXN-26 centrifuge | Beckman Coulter | or similar centrifuge, with rotors/tubes rated 10K and 50K g | |
5424R microcentrifuge | Eppendorf | or similar microcentrifuge, with 1.5ml microcentrifuge tubes | |
Flask Incubator Inova S44i | Eppendorf | or similar flask incubator shaker suitable for 5L Flasks | |
5L glass culture flasks | Baffled glass flasks for culture growth | ||
Bactotryptone | BD | 211705 | Growth medium |
Yeast Extract | Merck | VM930053 | Growth medium |
Glycerol | Any analytical grade | ||
Glucose | Any analytical grade | ||
KH2PO4 | Any analytical grade | ||
K2HPO4 | Any analytical grade | ||
UltraPure water | Invitrogen | 10977-015 | Or output from any MilliQ-type water dispenser |
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