Name: production of human norovirus protruding domains in e. coli for x-ray crystallography
Uploaded: 2016-04-19T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography at JoVE.com

The funding for this study was provided by the CHS foundation. We acknowledge the protein crystallization platform within the excellence cluster CellNetworks of the University of Heidelberg for crystal screening and the European Synchrotron Radiation Facility for provision of synchrotron radiation facilities.

1. P Domínio Clonagem <ol><li> Determinar a região de domínio P codificação por alinhamento de sequências de cepas de norovírus (por exemplo, a estirpe GII.10, GenBank: AF504671, PDB-ID: 3ONU) 6. Além do mais, remover a região flexível na extremidade C-terminal do domínio P (Figura 2A). Codon-optimizar o ADN para E. expressão de E. coli e incluem BamHI (C-terminal) os sítios de restrição (N-terminal) e Notl, a fim de sub-clone de P o domínio regiã...

<ol>
	<li>Ahmed, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+prevalence+of+norovirus+in+cases+of+gastroenteritis:+a+systematic+review+and+meta-analysis.">Global prevalence of norovirus in cases of gastroenteritis: a systematic review and meta-analysis.</a> Lancet Infect. Dis. 14, 725-730 (2014).</li><li>Prasad, B. V., Matson, D. O., Smith, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+structure+of+calicivirus.">Three-dimensional structure of calicivirus.</a> J. Mol. Biol. 240, 256-264 (1994).</li><li>Choi, J. M., Hutson, A. M., Estes, M. K., Prasad, B. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+resolution+structural+characterization+of+recognition+of+histo-blood+group+antigens+by+Norwalk+virus.">Atomic resolution structural characterization of recognition of histo-blood group antigens by Norwalk virus.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 9175-9180 (2008).</li><li>Marionneau, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Norwalk+virus+binds+to+histo-blood+group+antigens+present+on+gastroduodenal+epithelial+cells+of+secretor+individuals.">Norwalk virus binds to histo-blood group antigens present on gastroduodenal epithelial cells of secretor individuals.</a> Gastroenterology. 122, 1967-1977 (2002).</li><li>Jones, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enteric+bacteria+promote+human+and+mouse+norovirus+infection+of+B+cells.">Enteric bacteria promote human and mouse norovirus infection of B cells.</a> Science. 346, 755-759 (2014).</li><li>Hansman, G. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+structures+of+GII.10+and+GII.12+norovirus+protruding+domains+in+complex+with+histo-blood+group+antigens+reveal+details+for+a+potential+site+of+vulnerability.">Crystal structures of GII.10 and GII.12 norovirus protruding domains in complex with histo-blood group antigens reveal details for a potential site of vulnerability.</a> J. Virol. 85, 6687-6701 (2011).</li><li>Fath, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiparameter+RNA+and+codon+optimization:+a+standardized+tool+to+assess+and+enhance+autologous+mammalian+gene+expression.">Multiparameter RNA and codon optimization: a standardized tool to assess and enhance autologous mammalian gene expression.</a> PLoS One. 6 (e17596), (2011).</li><li>Jacob, F., Monod, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+regulatory+mechanisms+in+the+synthesis+of+proteins.">Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins.</a> J. Mol. Biol. 3, 318-356 (1961).</li><li>Laemmli, U. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cleavage+of+structural+proteins+during+the+assembly+of+the+head+of+bacteriophage+T4.">Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4.</a> Nature. 227, 680-685 (1970).</li><li>Kabsch, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+Processing+of+Rotation+Diffraction+Data+from+Crystals+of+Initially+Unknown+Symmetry+and+Cell+Constants.">Automatic Processing of Rotation Diffraction Data from Crystals of Initially Unknown Symmetry and Cell Constants.</a> J. Appl. Crystallogr. 26, 795-800 (1993).</li><li>Mccoy, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phaser+crystallographic+software.">Phaser crystallographic software.</a> J. Appl. Crystallogr. 40, 658-674 (2007).</li><li>Emsley, P., Lohkamp, B., Scott, W. G., Cowtan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Features+and+development+of+Coot.">Features and development of Coot.</a> Acta Crystallogr. Sect. D-Biol. Crystallogr. 66, 486-501 (2010).</li><li>Adams, P. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PHENIX:+a+comprehensive+Python-based+system+for+macromolecular+structure+solution.">PHENIX: a comprehensive Python-based system for macromolecular structure solution.</a> Acta Crystallogr. Sect. D-Biol. Crystallogr. 66, 213-221 (2010).</li><li>Koromyslova, A. D., Hansman, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanobody+binding+to+a+conserved+epitope+promotes+norovirus+particle+disassembly.">Nanobody binding to a conserved epitope promotes norovirus particle disassembly.</a> J. Virol. 89, 2718-2730 (2015).</li><li>Hansman, G. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+basis+for+broad+detection+of+genogroup+II+noroviruses+by+a+monoclonal+antibody+that+binds+to+a+site+occluded+in+the+viral+particle.">Structural basis for broad detection of genogroup II noroviruses by a monoclonal antibody that binds to a site occluded in the viral particle.</a> J. Virol. 86, 3635-3646 (2012).</li><li>Singh, B. K., Leuthold, M. M., Hansman, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+noroviruses'+fondness+for+histo-blood+group+antigens.">Human noroviruses' fondness for histo-blood group antigens.</a> J. Virol. 89, 2024-2040 (2015).</li><li>Leuthold, M. M., Dalton, K. P., Hansman, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+analysis+of+a+rabbit+hemorrhagic+disease+virus+binding+to+histo-blood+group+antigens.">Structural analysis of a rabbit hemorrhagic disease virus binding to histo-blood group antigens.</a> J. Virol. 89, 2378-2387 (2015).</li></ol>

Aqui, descrevemos um protocolo para a expressão e purificação de domínios P ​​norovírus em alta qualidade e quantidade. Noroviruses não está bem estudada e os dados estruturais são continuamente necessário. Para o nosso conhecimento, a produção de domínio P usando outros protocolos (por exemplo, domínios P marcado com GST) tem sido problemática, até agora, e dados estruturais suficientes sobre a interação norovirus-host tem sido ausente. Com o método descrito aqui, que recentemente contrib...

Noroviruses humanos são a principal causa de gastroenterite aguda em todo o mundo 1. Estes vírus pertencem à família dos Caliciviridae, dos quais existem, pelo menos, cinco géneros, incluindo Norovirus, Sapovirus, Lagovirus, Vesivirus, e Nebovirus. Apesar de seu alto impacto no sistema de saúde e de ampla distribuição, o estudo de norovírus humanos é dificultada pela falta de um sistema de cultura celular robusto. Até à data, não existem vacinas aprovadas ou estratégias antivirais disponíveis. A principal proteína da cãpside norovírus, denominado VP1, pode ser dividido em um domínio (s) e um invólucro (P) de domínio protuberante 2. O domínio P é ligado ao domínio S por uma região charneira flexível (H). O domínio S forma um andaime em torno do ARN viral, enquanto que o domínio P constitui a parte mais externa da cápside viral. O domínio P monta em dímeros biologicamente relevantes quando expressos em bactérias. A P dimer interage com estruturas de carboidratos, denominados antígenos do grupo histo-sangue (HBGAs) que estão presentes como antígenos solúveis na saliva e encontra em determinadas células hospedeiras 3. A interacção do domínio HBGA-P é pensado para ser importante para a infecção 4. De fato, um relatório recente revelou a importância de HBGAs sintéticos ou HBGA expressando bactérias para a infecção por norovírus humana in vitro 5. Estudos actuais sobre a fixação das células de acolhimento de noroviruses são realizados principalmente com partículas semelhantes a vírus (VLPs) que podem ser expressas em células de insecto ou com domínios P recombinantes expressos em Escherichia coli (E. coli). Para entender as interações domínio de HBGA P em resolução atômica, estruturas complexas P domínio de HBGA pode ser resolvido usando cristalografia de raios-X. Aqui, nós descrevemos um protocolo para a expressão e purificação do domínio P que permite a produção de P no domínio em elevada quantidade e qualidade para ser utilizado para raios X Crystallography. Além disso, este método pode ser aplicado para outros domínios calicivírus P e proteínas não-estruturais. O domínio P tem codões optimizados para E. expressão em E. coli e clonados num vector de transferência do padrão. O domínio P é então re-clonado num vector de expressão que codifica uma poli-histidina (His) tag e uma proteína de ligação a manose (MBP), que são seguidos por um local de clivagem de protease. A P-His-MBP da proteína de fusão do domínio é expressa em E. coli, seguida de três passos de purificação. A proteína de fusão do domínio MBP-His-P é purificado utilizando cromatografia de afinidade de ião metálico imobilizado (IMAC). Em seguida, a proteína de fusão é clivada com rinovírus humano (HRV) -3c protease e o domínio P é separada a partir do MBP-His por um passo adicional de purificação IMAC. Finalmente, o domínio P é purificado utilizando cromatografia de exclusão por tamanho (SEC). O domínio P purificado pode então ser utilizado para a cristalografia de raios-X. Rastreio de condições de cristalização proteína é performada com kits de rastreio comercialmente disponíveis, utilizando concentrações de proteína de domínio P diferentes. crescimento de cristais é observado e as condições mais promissores são otimizados. Com os métodos aqui descritos, é possível passar do gene para proteína a estrutura dentro de menos de quatro semanas. Portanto, o nosso método de expressão P domínio, purificação e cristalização é adequado para estudar a interação norovirus-host no nível molecular e fornecer dados importantes para auxiliar no up-to-date vacina concepção e drogas rastreio.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>P domain DNA</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td></td>
			<td>GeneArt Gene Synthesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pMalc2x&#160; vector</td>
			<td>On request</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BamHI</td>
			<td>New England Biolabs</td>
			<td>R0136L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NotI</td>
			<td>New England Biolabs</td>
			<td>R0189L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T4 DNA Ligase</td>
			<td>New England Biolabs</td>
			<td>M0202S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAquick Gel Extraction Kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>28704</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAprep Spin Miniprep Kit</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>27104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>S.O.C. Medium</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>15544-034</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Econo-Column Chromatography Column</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>7372512</td>
			<td>2.5 cm x 10 cm, possible to use other size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ni-NTA Agarose</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>30210</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vivaspin 20</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>various</td>
			<td>cutoff of 10 kDa, 30 kDa and 50 kDa used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Subcloning Efficiency DH5&#945; Competent Cells</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>18265-017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>One Shot BL21(DE3) Chemically Competent E. coli</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>C6000-03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HRV 3C Protease</td>
			<td>Merck Millipore</td>
			<td>71493</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HiLoad 26/600 Superdex 75 PG</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>28-9893-34</td>
			<td>SEC column</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JCSG Core suites</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>various</td>
			<td>4 screens with each 96 wells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbohydrates</td>
			<td>Dextra Laboratories, UK</td>
			<td>various</td>
			<td>Blood group products</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

production of human norovirus protruding domains in e. coli for x-ray crystallography

A cápside norovírus é composto de uma única proteína estrutural principal, denominado VP1. VP1 é subdividida em um domínio (s) casca e um domínio saliente (P). O domínio S forma um andaime contíguo em torno do ARN virai, ao passo que as formas de domínio P picos virais no domínio S e contém determinantes de antigenicidade e interacções célula-hospedeiro. O domínio P se liga a estruturas de hidratos de carbono, isto é., Antigénios do grupo histo-sangue, que se pensa ser importante para infecções norovírus. Neste protocolo, nós descrevemos um método para a produção de domínios de alta qualidade norovírus P com rendimentos elevados. Estas proteínas podem então ser utilizados para a cristalografia de raios-X e de ELISA, a fim de estudar a antigenicidade e interacções da célula hospedeira. O domínio P é em primeiro lugar clonado num vector de expressão e, em seguida, expresso em bactérias. A proteína é purificada por meio de três passos que envolvem a cromatografia de afinidade com metal imobilizado de iões e cromatografia de exclusão de tamanho. Dentroprincípio, é possível clonar, expressar, purificar e cristalizar proteínas em menos de quatro semanas, o que torna este protocolo um sistema rápido para analisar linhagens de norovírus emergentes.

O esquema do protocolo descrito está representado na Figura 1. O protocolo de cobre 6 partes principais que incluem a clonagem do gene alvo, a expressão, purificação de três passos, e cristalização. A Figura 2 ilustra o desenho da construção de expressão (CE) e características do vector de expressão pMalc2x. A sequência do local de clonagem múltipla (MCS) do vector pMalc2x mostra locais de clivagem de restrição e da protease. A Fi...

Watch this Scientific Journal Video about Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography at JoVE.com

Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography

Produção de Domínios salientes Norovirus Humanos em<em&gt; E. coli</em&gt; Para raios-X Cristalografia

Aqui, descrevemos um método para expressar e purificar norovirus alta qualidade salientes domínios (P) em E. coli para uso em estudos de cristalografia de raios-X. Este método pode ser aplicado a outros domínios calicivírus P, bem como proteínas não estruturais, isto é., A proteína virai ligada ao genoma (VPg), protease, e polimerase de ARN dependente de ARN (RdRp).

The norovirus capsid is composed of a single major structural protein, termed VP1. VP1 is subdivided into a shell (S) domain and a protruding (P) domain. ...

Research

JoVE Journal

Biology

Production of Human Norovirus Protruding Domains in E. coli for X-ray Crystallography

Transformation of Plasmid DNA into E. coli Using the Heat Shock Method

Transformação do DNA plasmidial em E. coli Usando o método de choque térmico

Transformation of plasmid DNA into E. coli using the heat shock method is a basic technique of molecular biology. It consists of inserting a foreign ...

Biologia

Non-invasive 3D-Visualization with Sub-micron Resolution Using Synchrotron-X-ray-tomography

Não-invasivo 3D Visualization com Sub-micron Resolução Usando Síncrotron-X-ray-tomografia

Little is known about the internal organization of many micro-arthropods with body sizes below 1 mm. The reasons for that are the small size and the hard ...

Visualization of UV-induced Replication Intermediates in E. coli using Two-dimensional Agarose-gel Analysis

Visualization of UV-induced Replication Intermediates in E. coli using Two-dimensional Agarose-gel Analysis

Visualização dos Intermediários UV-induzida replicação em E. coli Usando bidimensional Análise Agarose-gel

Inaccurate replication in the presence of DNA damage is responsible for the majority of cellular rearrangements and mutagenesis observed in all cell types ...

Protein Crystallization for X-ray Crystallography

Cristalização de proteínas para cristalografia de raios X

Using the three-dimensional structure of biological macromolecules to infer how they function is one of the most important fields of modern biology. The ...

Mutagenesis and Functional Selection Protocols for Directed Evolution of Proteins in E. coli

Mutagenesis and Functional Selection Protocols for Directed Evolution of Proteins in E. coli

Mutagênese e Funcional Protocolos de Seleção para a Evolução Dirigida de proteínas em E. coli</em

The efficient generation of genetic diversity represents an invaluable molecular tool that can be used to label DNA synthesis, to create unique molecular ...

A Convenient and General Expression Platform for the Production of Secreted Proteins from Human Cells

A Plataforma de expressão adequada e geral para a produção de proteínas secretadas a partir de células humanas

Recombinant protein expression in bacteria, typically E. coli, has been the most successful strategy for milligram quantity expression of proteins. ...

3D Printing of Preclinical X-ray Computed Tomographic Data Sets

Impressão 3D de pré-clínica de raios-X tomografia computadorizada de Conjuntos de Dados

Three-dimensional printing allows for the production of highly detailed objects through a process known as additive manufacturing.  Traditional, ...

Green Fluorescent Protein-based Expression Screening of Membrane Proteins in Escherichia coli

Green Fluorescent Protein-based Expression Screening of Membrane Proteins in Escherichia coli

Verde Fluorescente à base de proteínas Expressão Rastreio de Proteínas de Membrana em<em&gt; Escherichia coli</em

The production of recombinant membrane proteins for structural and functional studies remains technically challenging due to low levels of expression and ...

Phage-mediated Delivery of Targeted sRNA Constructs to Knock Down Gene Expression in E. coli

Phage-mediated Delivery of Targeted sRNA Constructs to Knock Down Gene Expression in E. coli

Entrega mediada por fago de sRNA alvejado Constrói para bater para baixo Expressão Gênica em<em&gt; E. coli</em

RNA-mediated knockdowns are widely used to control gene expression. This versatile family of techniques makes use of short RNA (sRNA) that can be ...

Inducing a Site Specific Replication Blockage in E. coli Using a Fluorescent Repressor Operator System

Inducing a Site Specific Replication Blockage in E. coli Using a Fluorescent Repressor Operator System

Induzir um bloqueio de replicação de site específico no<i&gt; E. coli</i&gt; Usando um sistema fluorescente repressor de operador

Obstacles present on DNA, including tightly-bound proteins and various lesions, can severely inhibit the progression of the cell&#39;s replication ...