Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bitki sistemlerinden rekombinant proteinlerin saflaştırılması genellikle bitki proteinleri tarafından sorgulanır. Bu çalışma, Nicotiana benthamiana'nın apoplastından salgılanan bir rekombinant proteini etkili bir şekilde ekstrakte etmek ve saflaştırmak için bir yöntem sağlar.
Bitkiler, terapötik proteinler üretmek için araştırılan yeni gelişen bir ökaryotik ekspresyon sistemidir. Bitkilerden rekombinant proteinlerin saflaştırılması, üretim sürecindeki en kritik adımlardan biridir. Tipik olarak, proteinler toplam çözünür proteinlerden (TSP) saflaştırıldı ve çeşitli hücre içi proteinlerin ve sitokromların varlığı, sonraki protein saflaştırma adımları için zorluklar doğurur. Ayrıca, antijenler ve antikorlar gibi terapötik proteinlerin çoğu, uygun glikozilasyon elde etmek için salgılanır ve tam olarak değiştirilmemiş proteinlerin varlığı, tutarsız antijen veya antikor yapılarına yol açar. Bu çalışma, bitki apoplastik alanından yüksek oranda saflaştırılmış rekombinant proteinler elde etmek için daha etkili bir yöntem sunmaktadır. Rekombinant Yeşil floresan proteini (GFP), Nicotiana benthamiana'nın apoplastına salgılanmak üzere tasarlanmıştır ve daha sonra bir infiltrasyon-santrifüjleme yöntemi kullanılarak ekstrakte edilir. Ekstrakte edilen apoplasttan elde edilen GFP-His daha sonra nikel afinite kromatografisi ile saflaştırılır. TSP'nin geleneksel yöntemlerinin aksine, apoplasttan saflaştırma, yüksek oranda saflaştırılmış rekombinant proteinler üretir. Bu, bitki üretim sistemleri için önemli bir teknolojik gelişmeyi temsil eder.
Günümüzde, antikorlar, aşılar, biyoaktif proteinler, enzimler ve küçük polipeptitler 1,2,3,4,5,6 dahil olmak üzere bitki tarafından üretilen çeşitli rekombinant terapötik proteinler incelenmektedir. Bitkiler, güvenlikleri, düşük maliyetleri ve üretimi hızlı bir şekilde ölçeklendirme yetenekleri nedeniyle terapötik proteinler üretmek için giderek daha fazla kullanılan bir platform haline gelmektedir 7,8. Bitki sistemlerinde protein ekspresyonu ve modifikasyonu, protein saflaştırması ile birlikte, bitki biyoreaktörlerininverimliliğini belirleyen kritik faktörlerdir 9,10. Bitki verimliliğini artırmak ve yüksek saflıkta hedef proteinler elde etmek, bitki bazlı üretim sistemlerinin karşılaştığı temel zorluklardır11,12.
Rekombinant proteinlerin hücre altı lokalizasyonu ve modifikasyonu, gen ekspresyonu sırasında proteini nihai organel hedefine hedefleyen N-terminalinde kodlanan spesifik sinyal peptidine bağlıdır. Rekombinant proteinler, benzersiz özelliklerine bağlı olarak apoplast, endoplazmik retikulum (ER), kloroplast, vakuol veya sitoplazmaya lokalize olacak şekilde tasarlanmıştır13. Antijenler ve antikorlar için salgılanan proteinler tercih edilir. Sekresyondan önce, proteinler doğru katlanma ve translasyon sonrası modifikasyonlar için ER ve Golgi boyunca ilerler 14,15,16.
Bitkilerde üretimden sonra, rekombinant proteinler bitki özlerinden saflaştırılmalıdır. Tipik olarak proteinler, bol miktarda hücre içi proteinler, yanlış katlanmış ve modifiye edilmemiş ürünler ve sitokromlar17 içeren toplam çözünür bitki özlerinden saflaştırılır. Safsızlıkları gidermek için bitki özleri, ribuloz-1,5-bifosfat karboksilaz/oksijenaz (RuBisCO) spesifik afinite kromatografisi, fitat çökeltme, polietilen glikol çökeltme ve sıcaklık ve pH 18,19'un ayarlanması dahil olmak üzere kapsamlı fraksiyonlamaya tabi tutulur. Bu tür safsızlık giderme adımları zahmetlidir ve protein kalitesini tehlikeye atabilir.
Plazma zarının ötesindeki bitki hücresi bölmesi, hücre duvarını, hücreler arası boşlukları ve ksilem20'yi kapsayan aplast olarak tanımlanır. Sulu faz genellikle apoplast yıkama sıvısı (AWF) olarak adlandırılır. AWF, taşıma, hücre duvarı metabolizması ve stres tepkileri gibi çok sayıda biyolojik ilerlemeyi düzenlemek için hücreler tarafından salgılanan molekülleri içerir21,22. TSP'nin aksine, AWF'nin moleküler bileşenleri daha az karmaşıktır. AWF'den rekombinant proteinlerin çıkarılması, hücre içi proteinler, yanlış katlanmış ürünler ve sitoplazmik kalıntılar tarafından kontaminasyonu önleyebilir. Kısaca, ekstraksiyon lipidi yapraklara negatif basınç altında stomalardan girer ve AWF nazik santrifüjleme23 ile toplanır. AWF'nin izolasyonu, apoplast24,25,26,27 içindeki biyolojik ilerlemeyi incelemek için yaygın olarak kullanılırken, bitki bazlı üretim sistemlerinde kullanılmamıştır.
Bitki verimliliğinin artırılması ve yüksek saflıkta hedef proteinlerin elde edilmesi, bitki üretim sistemleri için temel zorluklardır28. Tipik olarak, proteinler, büyük miktarlarda hücre içi proteinler, yanlış katlanmış ve modifiye edilmemiş ürünler ve sonraki saflaştırma için büyük maliyetler gerektirensitokromlar 29 içeren toplam çözünür bitki özlerindensaflaştırılır 30. Apoplast içine salgılanan eksojen rekombinant proteinlerin ekstraksiyonu için AWF protein ekstraksiyon yöntemlerinin kullanılması, rekombinant proteinlerin homojenliğini etkili bir şekilde artırabilir ve protein saflaştırma maliyetini azaltabilir. Burada, apoplast boşluğuna eksojen protein salgılanmasını sağlamak için bir sinyal peptidi PR1a kullanıyoruz ve N. benthamiana'nın AWF'sinden rekombinant protein saflaştırması için ayrıntılı bir yöntem sunuyoruz.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. N. benthamiana bitkilerinin hazırlanması
2. Rekombinant GFP-His'in inşası
3. N. benthamiana'da GFP-His üretimi
4. GFP'nin hücre altı lokalizasyonunun gözlemlenmesi
5. Bitkiden GFP'nin çıkarılması
6. GFP-His'in nikel (Ni) afinite kromatografisi ile saflaştırılması
NOT: Tüm adımları 4 °C'de gerçekleştirin.
7. Proteinlerin Coomassie mavisi boyanması
8. Proteinlerin batı lekelenmesi
9. Protein konsantrasyonu tahlili
10. Protein miktar tayini 31
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
GFP-His, N. benthamiana'nın apoplastik alanına salgılanması hedefleniyor
GFP, sekresyon için bir N-terminal PR1a sinyal peptidi ve saflaştırma için bir C-terminal His-tag ile pCAMBIA1300 plazmidine klonlandı ve p35s-PR1a-GFP-His üretildi (Şekil 1A). Rekombinant protein N . benthamiana'da geçici olarak eksprese edildi ve agroinfiltrasyondan 3 gün sonra anti-His antikoru kullanılarak western blot ile 30 kDa bandı tespit edil...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Terapötik proteinler üretmek için bitkilerin kullanılması son yıllarda hızla genişledi 1,2,3,4,5,6. Protein kodlayan genler, ekspresyon vektörlerine klonlanır ve agroinfiltrasyon yoluyla bitki dokularına verilir. Bitki hücreleri tarafından üretildikten sonra, proteinler sonraki uygulamalar için saflaştırılı...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmemektedir.
Bu çalışma, Gençlik İnovasyonu Teşvik Derneği CAS (2021084) ve Çin Bilimler Akademisi Mikrobiyoloji Enstitüsü Üç Yıllık Eylem Planının Anahtar Dağıtım Projesi Destek Fonu tarafından desteklenmektedir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 mesh nylon fine mesh yarn | Guangzhou Huayu Trading limited company | hy-230724-2 | For AWF protein extraction |
50 ml centrifuge tubes | Vazyme | TCF00150 | For centrifuge |
ClonExpress II one step cloning kit | Vazyme | C112-02 | For clone |
FastDigest Sac1 | NEB | R3156S | For clone |
FastDigest XbaI | NEB | FD0685 | For clone |
ImageJ 1.5.0 | / | / | For greyscale analysis |
Large filter | Thermo Fisher | NEST | For filtering |
Laser scanning confocal microscopy | Leica SP8 | For subcellular localization | |
Ni sepharose excel | Cytiva | 10339806 | For protein purification |
Precast protein plus gel | YEASEN | 36246ES10 | For SDS-PAGE |
Small filter | Nalgene | 1660045 | For filtering |
SuperSignal West Femto Substrate Trial Kit | Thermo Fisher | 34076 | For western blotting |
Triton X-100 | SCR | 30188928 | To configure the extraction buffer |
Type rotaryvang vacuum pump | Zhejiang taizhouqiujing vacuum pump limited company | 2XZ-2 | For vacuum infiltration |
Vertical mixer | Haimen Qilinbel Instrument Manufacturing limited company | BE-1200 | For mixing |
β-mercaptoethanol | SIGMA | BCBK8223V | To configure the extraction buffer |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır