Name: engineering antiviral agents via surface plasmon resonance
Uploaded: 2022-06-14T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Engineering Antiviral Agents via Surface Plasmon Resonance at JoVE.com

Der Autor dankt Dr. Christian Derntl vom Department für Biotechnologie und Mikrobiologie der TU Wien und der Universitätsklinik für Medizin III, Abteilung für Nephrologie und Dialyse der Medizinischen Universität Wien, insbesondere Dr. Markus Wahrmann für die technische und wissenschaftliche Unterstützung. Die Proteinexpression in Säugetierzellen wurde vom Department für Biotechnologie der Universität für Bodenkultur (BOKU) Wien unterstützt. Die Autorin dankt Dr. Nico Dankbar von XanTec bioanalytics in Düsseldorf für hilfreiche wissenschaftliche Diskussionen zur Durchführung der SPR-Bindungsassays.

Für die vorliegende Studie wurde anstelle von CV-N ein CVN-kleines Ubiquitin-like Modifier (SUMO) Fusionsprotein in enzymgebundenen Immunassays verwendet und eignet sich für zellbasierte Assays. Rekombinantes HA-H3-Protein des Influenza-A-Virus in voller Länge wird kommerziell gewonnen (siehe Materialtabelle) oder in HEK293-Zelllinien von Säugetieren und Baculovirus-infizierten Insektenzellen gemäß Standardprotokollen12 exprimiert. Wuhan-1-Spike-Protein wird in HEK293-Zellen...

Die Bindungsaffinität von CV-N korreliert mit der Anzahl der funktionalen Bindungsstellen [2H auf Domänen B und 2L auf Domänen A, wenn sie als domänenvertauschtes Dimer entwickelt wurden]. Eine Variante mit veränderter Bindungsaffinität (CVN2L0-V2, eine homodimere stabile Falte von CV-N, die einen Disulfidbrücken-Knock-out umfasst) wird in E. coli exprimiert, gereinigt und positiv auf Bindung an HA-Protein (H3N2) unter Verwendung von SPR10 getestet und zeigt eine Konformationsände...

Tetherin-assoziierte antivirale Aktivität wird durch Interferon-α induziert und umfasst proteinbasierte Tether, die zur Retention von vollständig ausgebildeten Virionen auf infizierten Zelloberflächen führen1. Die Notwendigkeit einer Tetheringlykosylierung bei der Hemmung der Virusfreisetzung bleibt ungewiss, was die Bedeutung von Glykosylierungsmustern auf rekombinant exprimierten Glykanen für In-vitro-Studien 1,2 impliziert, die von der Konformation von (im Falle des Influenzavirus) oberflächenexprimiertem Influenzahämagglutinin HA 3,4 abhängt. . Es wurde festgestellt, dass die Modifikation von Oligosaccharid, das an die N-verknüpfte Glykosylierung gebunden ist, für eine Tetherin-vermittelte Restriktion der HIV-Typ-1-Freisetzung2 ausreicht, während die Dimerisierung eine wesentliche Rolle bei der Verhinderung der Virusfreisetzung spielt, wodurch die Transmembrandomäne oder der Glykosyl-Phosphatidyl-Inositol (GPI)-Anker zum Anbinden der knospenden Virionen beteiligt ist5 . Es werden einzigartige Funktionen für menschliches und murines Tetherin beschrieben, um mehrere behüllte Viren, Retroviren und Filoviren zu blockieren. BST-2/Tetherin ist ein Interferon-induzierbares antivirales Protein der angeborenen Immunität1,6, das mit antiviraler Breitbandaktivität wirkt und durch Hüllglykoproteine5 antagonisiert wird, um entweder Tetherin zu translozieren oder die Struktur von Tetherin 6 zu stören. Zum Beispiel sind oberflächenexprimierte Hüllglykoprotein HA und Neuraminidase auf Influenza-A-Virus für Tetherin-Antagonismus in einer stammspezifischen Weise bekannt7, was die Erkennung von Wirtsrezeptorbindungsstellen erleichtert8. Glykan-Targeting-Antikörper werden in der Stöchiometrie ihrer Wechselwirkungen mit den schnell anpassenden Glykanschilden auf HA untersucht, was zu einer Bindungsaffinität zu Influenza A H3N2 und H1N1 Subtypen4 führt.
Um die Bindungsmechanismen zwischen antiviralen Wirkstoffen und Virushüllenspitzen, d.h. Kohlenhydratliganden, und komplementären immunologischen und spektroskopischen Methoden aufzuklären, werden Mono-, Di- und Tri-Mannose-Einheiten chemisch synthetisiert. Die mannosylierten Peptide werden durch Azido-Glykosylierung von Glykosyl {beta}-Peracetaten zu 1,2-trans-Glykosylaziden-Transformation9 erzeugt, die das typischerweise vorkommende N-Acetylglucosamin und die Oligosaccharide mit hohem Mannosegehalt auf der Oberfläche lebensbedrohlicher Viren nachahmen. Triazol-Bioisoster werden verwendet, um Verknüpfungen nachzuahmen, die den mannosylierten Rest des HA-Peptids10 bilden, und erleichtern ortsspezifische Wechselwirkungen mit antiviralen CV-N-Derivaten um den zweiten N-verknüpften Glykosylierungspunkt auf der HA-Kopfdomäne (HA-Spitze mit 4 N-verknüpften Glykanen N54, N97, N181, N301)8,11,12 . Wechselwirkungen zwischen Glutaminsäure (Glu) und Arginin (Arg) und der resultierende Helix-Dipol zeigten eine gute Stabilität sowohl von Modellpeptiden als auch von Proteinen, werden aber mit SPR visualisiert. Im Vergleich zur Erkennung einer einzelnen chemisch synthetisierten Glykosylierungsstelle auf HA10 durch direkte Hemmung der Rezeptorbindung an die Glykaneinheiten wird gezeigt, dass eine höhere Affinität einer vierfach mutierten Fc-Struktur zu ihrem Rezeptor Effektorfunktionen in vivo hervorruft, was zeigt, dass die nicht verwandte Zusammensetzung von N-verknüpften Glykanen, die an die Fc-Mutante gebunden sind, mechanistisch bestimmt werdensoll 13.
CV-N zeigt antivirale Aktivität gegen HIV 14,15, Influenza 16 und das Ebola-Virus, die durch nanomolare Bindung an hochmannose Oligosaccharidmodifikationen auf Hüllspitzenproteinenvermittelt wird 12,17,18,19. Die Bindung von Influenza HA an eine hochaffine Kohlenhydratbindungsstelle (H) in CV-N oder an zwei Hs in kovalent verknüpftem dimerem CVN2 hat Gleichgewichtsdissoziationskonstanten (K D) = 5,7 nM (Abbildung 1A) bzw. KD = 2,7 nM. Sowohl CV-N als auch CVN2 beherbergen weitere ein oder zwei kohlenhydratbindende Stellen mit niedriger Affinität (L)s 12,17,20,21. Ebola GP1,2 bindet an 2H CVN2 mit Affinitäten im unteren nanomolaren Bereich (KD = 26 nM). CV-N WT-Bindung an Ebola GP1,2 und HA weist Affinitäten von K D = 34 nM bis KD = 5,7 nM auf (A/New York/55/04)12. Lektine wie CV-N, die spezifisch auf hochmannose Glykane auf den Virushüllen abzielen, hemmen die Replikation von Hepatitis-C-Virus, SARS-CoV, Herpesvirus, Marburg-Virus und Masernvirus22.
Das kleine CV-N-Molekül wird seit mehr als 20 Jahren gründlich untersucht, da es funktionalisiert, um eine Vielzahl von Viren zu binden, um den viralen Eintritt zu hemmen16,18. Strukturanalysen und Bindungsaffinitätstests deuten auf eine Vernetzung von zwei Ls in einem domänenvertauschten CVN2-Dimer durch bivalente Bindung im mikromolaren Bereich hin, um die Avidität zu viralen Hüllglykoproteinen zu erhöhen10,19. Die selektive Bindung von Manα1-2Manα an Man(8)-D1D3-Armen und Man(9) umfasst zwei Bindungsstellen unterschiedlicher Affinitäten, die sich auf gegenüberliegenden Proteinprotomern20 befinden und dadurch nanomolare Bindungsaffinitäten erreichen (Abbildung 1B). Daher gilt CVN2 als Pseudo-Antikörper hinsichtlich seiner Anwendung zur Bindung von Epitopen an HIV gp120, ähnlich wie virusneutralisierende Antikörper17. Hier ist der Autor daran interessiert, die mögliche Bindung von CVN2 an den SARS-CoV-2-Spike über seine Rezeptorbindungsdomäne (RBD) zu untersuchen. Bindungskurven des immobilisierten humanen Angiotensin-Converting-Enzyms (ACE)-2 mit dem SARS-CoV-2 RBD ergeben KD = 4,7 nM für diese biologisch relevante Bindungsinteraktion23.
Im Gegensatz dazu erkennen ausgewählte Immunglobulinklassen spezifische und konsistente strukturelle Proteinmuster, die ein Substrat für die Affinitätsreifung in den membranverankerten HA-Regionen vermitteln24. CV-N zeigt eine hochwirksame Aktivität in fast allen Influenza-A- und B-Viren16 und ist ein weitgehend neutralisierendes antivirales Mittel. Unser Wissen ist unvollständig über die Lage von Zielepitopen am Stamm von HA1 und HA2, die möglicherweise epitopische Strukturen für das Glykan-Targeting durch stark neutralisierende Antikörper und im Vergleich zur Lektinbindungbeinhalten 25.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63541/63541fig1v5.jpg"> Abbildung 1: Schematische Darstellung des SPR-Bindungsassays für CV-N-zu-Virus-Hüllkurvenspitzen. (A) SPR-Assay für CV-N-Bindung an Liganden: HA-Protein voller Länge (90 kDa). Kinetischer Datensatz (5120, 2560, 1280, 640, 320, 160, 80, 40, 20, 10, 5, 2,5, 0 nM) mit doppelter Bindung an Influenza HA A/New-York/55/04 (H3N2). (B) CVN2L0-Variante V2 bindet an immobilisierten Liganden DM in einem Konzentrationsbereich von 500 nM bis 16 μM. Sequenz: L-Reste sind gelb markiert. H-Rückstände werden grau hervorgehoben. E58 und R73 sind ein Ersatz für Cystein im Wildtyp-Protein und machen V2 zu einer stabilen Proteinfaltung mit drei statt vier Disulfidbindungen <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63541/63541fig1v5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
Während die Glykanabschirmung auf dem membrandistalen HA-Oberteil eine hochaffine Bindung anCV-N12 induziert, wurde eine CVN2-Bindung an HA neben einer Disulfidbrücke des HA-Oberteils weiter an seinen niederaffinen Stellen10,12 beobachtet. Verschiedene polare Wechselwirkungen und Interaktionsstellen werden in der Kohlenhydratbindung durch CV-N identifiziert. Diese Wechselwirkungen werden verifiziert, indem Knock-out-Varianten in der Bindungsstelle erzeugt werden, um Bindungsaffinitäten mit in silico vorhergesagter Glykosylierung zu korrelieren12. Daher zielt das Projekt darauf ab, zuvor getestete chemisch mannosylierte HA-Peptide in Bindungsaffinität und Spezifität mit kurzen Peptidsequenzen aus SARS-bezogenen 2019-nCoV-Spikes und SARS-CoV-2 zu vergleichen, die natürlich durch eine kleine Anzahl verschiedener N-verknüpfter Glykosylierungsstellen und O-verknüpfter Glykosylierung modifiziert vorkommen. Unter Verwendung von Kryo-Elektronenmikroskopie und Bindungsassays berichten Pinto und Mitarbeiter über einen monoklonalen Antikörper, S309, der möglicherweise ein Epitop auf SARS-CoV-2-Spike-Protein erkennt, das ein konserviertes Glykan innerhalb der Sarbecovirus-Untergattung enthält, ohne mit der Rezeptorbindungzu konkurrieren 26. Das Protokoll dieser Studie beschreibt, wie wichtig das Design, die Expression und die Charakterisierung von CV-N-Varianten sind, um zu untersuchen, wie CV-N und CVN2 an glykosylierte Proteine und synthetische mannosylierte Peptide unter Verwendung der SPR-Technologie10,12 binden.
Tandem-gebundenes Dimer CVN2L027 und Bindungsstellenvarianten (V2-V5) werden rekombinant exprimiert, Varianten mit Disulfidbindungsersatz (C58E und C73R) (Abbildung 2A). Auch eine Mutante mit einer Einzelpunktmutation E41A wird hergestellt, da diese Position als intermolekularer Kreuzkontaktrest angesehen wurde. Diese Mutante ist ein weiteres interessantes Molekül für SPR-Bindungsmessungen zwischen den Lektin- und High-Mannose-Oligosacchariden, die Bindungsdomänen entschlüsseln und den Vergleich mit der dimeren Form ermöglichen. Die domänenvertauschte Kristallstruktur von CVN2 zeigt einen flexiblen Linker, der sich zwischen 49 und 54 Resten erstreckt. Die beiden Domänen können sich weiterhin als starre Körper um das Scharnier bewegen und entweder ein Monomer durch intramolekulare Domänenwechselwirkungen entwickeln (Domäne A -Reste 1-39;90-101- mit Domäne B -Reste 40-89) oder ein Dimer durch intermolekularen Domänentausch [Domäne A (des ersten Monomers) mit Domäne B (des zweiten) und Domäne B (des ersten Monomers) mit Domäne A (der zweiten Kopie)]. Es gibt keine engen Wechselwirkungen zwischen den A- und B-Domänen der beiden Protomer, mit Ausnahme von Glu4128. Das Gen für CV-N kann unter Verwendung einer repetitiven PCR-Methode mit 40-mer-synthetisierten Oligos29 entwickelt und dann in die NdeI- und BamHI-Stellen von pET11a subkloniert werden, um sie in elektrokompetente Zellen umzuwandeln (Elektroporation), wie von Keeffe, J.R.27 beschrieben. Das Protein, das zur Erreichung der jeweiligen Kristallstruktur (PDB ID 3S3Y) verwendet wird, enthält eine N-terminale 6-Histidin-Reinigungsmarke, gefolgt von einer Faktor-Xa-Protease-Spaltstelle. Die ortsgesteuerte Mutagenese wird verwendet, um Punktmutationen vorzunehmen, Codons zu wechseln und einzelne oder mehrere Basen oder Codons für den Aminosäureaustausch einzufügen oder zu löschen. Diese Umwandlungen liefern unschätzbare Einblicke in die Funktion und Struktur von Proteinen. Rekombinant exprimierte und gereinigte CV-N, CVN2 und CVN3 wurden biophysikalisch gut untersucht20,21,27, sind billig herzustellen und werden daher zur Charakterisierung von Bindungsassays an Glykane verwendet, die auf SPR-Sensorchips immobilisiert sind. Der konventionelle Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) bietet eine geringere Reproduzierbarkeit in Bezug auf die Immobilisierungstechnik von Glykanliganden und wandelt die Echtzeitbindung verschiedener Bindungsstellenvarianten, die für SPR gezeigt wird, in Endpunktassays um.
Die Bindungsaffinitätsvariante CVN2L0-V2 (eine intakte Falte homodimeren CV-N mit einer Disulfidbrückensubstitution10) wird mit einem His-Tag in Escherichia coli (E. coli) exprimiert, über die Ni-NTA-Säule unter Anwendung der Affinitätschromatographie gereinigt und auf Bindung an HA (H3N2), monomannosyliertes HA-Peptid und dimannosyliertes HA-Peptid unter Verwendung von SPR getestet. Chemisch mannosylierte Peptide oder HA- und S-Proteine sind alle Liganden und Amin, die an die hydrophile Chipoberfläche gekoppelt sind über reaktive Ester oder Biotin-Streptavidin-Protein-Engineering. Das gleiche Verfahren der sequentiellen Durchläufe wird auf diese Liganden angewendet, wobei verschiedene Verdünnungen von CV-N und Varianten von CV-N (und CVN2) injiziert werden, um kinetische Informationen für die molekularen Interaktionsanalysen zu erhalten, wie untenbeschrieben 30. RBD-immobilisierter SPR-Sensorchip wird für Bindungsstudien an CV-N- zu S-Peptiden verwendet, und Affinitäten werden mit der SARS-CoV-2-Bindung mit dem menschlichen ACE2 verglichen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&#196;kta primeplus</td>
			<td>Cytiva</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amicon tubes</td>
			<td>Merck</td>
			<td>C7715</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampillicin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A5354</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beckmann Coulter Cooler Allegra X-30R centrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>B06320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell spreader</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>HS86655</td>
			<td>silver stainless steel, bar L 33&#160;mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custom DNA Oligos</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>OLIGO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custom Gensynthesis</td>
			<td>GenScript</td>
			<td>#1390661&#160;</td>
			<td>cloning vector: pET27b(+)&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cytiva&#160;HBS-EP+ Buffer 10, 4x50mL</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>50-105-5354</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dionex UlitMate 3000</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>IQLAAAGABHFAPBMBFB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dpn I restriction enzyme (10 U/&#956;L)&#160;</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>ER1701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DTT</td>
			<td>Merck</td>
			<td>DTT-RO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDC</td>
			<td>Merck</td>
			<td>39391</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA</td>
			<td>Merck</td>
			<td>E9884</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf Safe-Lock Tubes</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>30120086</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf Safe-Lock Tubes</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>30120094</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf&#160;Minispin&#160;and MiniSpin Plus personal microcentrifuge</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z606235</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Merck</td>
			<td>51976</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanolamine HCl</td>
			<td>Merck</td>
			<td>E6133</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon 50mL Conical Centrifuge Tubes</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-432-22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon 14 mL Round Bottom Polystyrene Test Tube, with Snap Cap, Sterile, 25/Pack</td>
			<td>Corning</td>
			<td>352057</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Merck</td>
			<td>G8270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine HCl</td>
			<td>Merck</td>
			<td>55097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HA H3 protein</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab69751</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>Merck</td>
			<td>H3375</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>His-select Ni2+</td>
			<td>Merck</td>
			<td>H0537</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imidazole</td>
			<td>Merck</td>
			<td>I2399</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPTG</td>
			<td>Merck</td>
			<td>I6758</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kanamycin A</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>K1377</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kromasil 300-5-C4</td>
			<td>Nouryon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB agar</td>
			<td>Merck</td>
			<td>52062</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB agar</td>
			<td>Merck</td>
			<td>19344</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB Lennox</td>
			<td>Merck</td>
			<td>L3022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lysozyme</td>
			<td>Merck</td>
			<td>10837059001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride</td>
			<td>Merck</td>
			<td>M8266</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate</td>
			<td>Merck</td>
			<td>M7506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaH2P04</td>
			<td>Merck</td>
			<td>S0751</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop UV-Vis2000c spectrophotometer</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>ND2000CLAPTOP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH</td>
			<td>Merck</td>
			<td>S5881</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NHS</td>
			<td>Merck</td>
			<td>130672</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NZ amine (casein hydrolysate)</td>
			<td>Merck</td>
			<td>C0626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS</td>
			<td>Merck</td>
			<td>806552</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PD MidiTrap G-10</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>GE28-9180-11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peptone</td>
			<td>Merck</td>
			<td>70171</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pET11a</td>
			<td>Merck Millipore (Novagen)</td>
			<td>69436&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMSF</td>
			<td>Merck</td>
			<td>PMSF-RO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QIAprep Spin Miniprep Kit (1000)</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>27106X4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reichert Software Package Autolink1-1-9</td>
			<td>Reichert</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reichert SPR SR7500DC Dual Channel System</td>
			<td>Reichert</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scrubber2-2012-09-04 for data analysis</td>
			<td>Reichert</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SDS</td>
			<td>Merck</td>
			<td>11667289001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Site-directed mutagenesis kit incl pUC18 control plasmid</td>
			<td>Stratagene</td>
			<td>#200518</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodim chloride</td>
			<td>Merck</td>
			<td>S9888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium acetate.Trihydrate</td>
			<td>Merck</td>
			<td>236500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPR sensor chip C19RBDHC30M</td>
			<td>XanTec bioanalytics</td>
			<td>SCR C19RBDHC30M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPR sensor chip CMD500D</td>
			<td>XanTec bioanalytics</td>
			<td>SCR CMD500D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterilin Standard 90mm Petri Dishes</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>101R20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TBS</td>
			<td>Merck</td>
			<td>T5912</td>
			<td>10x, solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton-X100</td>
			<td>Merck</td>
			<td>T8787</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tryptone</td>
			<td>Merck</td>
			<td>93657</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween20</td>
			<td>Merck</td>
			<td>P1379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex-Genie 2 Mixer</td>
			<td>Merck</td>
			<td>Z258423</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-gal</td>
			<td>Merck</td>
			<td>XGAL-RO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XL1-Blue Supercompetent Cells</td>
			<td>Stratagene</td>
			<td>#200236</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast extract</td>
			<td>Merck</td>
			<td>Y1625</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

engineering antiviral agents via surface plasmon resonance

Die Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) wird verwendet, um die Bindung von Hämagglutinin (HA) an das domänenvertauschte Cyanovirin-N (CV-N)-Dimer zu messen und die Wechselwirkungen zwischen mannosylierten Peptiden und der hochaffinen Bindungsstelle von CV-N zu überwachen. Es wurde berichtet, dass die Virushüllenspitzen gp120, HA und Ebola-Glykoprotein (GP) 1,2 sowohl hoch- als auch niedrigaffine Bindungsstellen an dimeres CVN2 binden. Dimannosyliertes HA-Peptid ist auch an den beiden niedrigaffinen Bindungsstellen an ein konstruiertes Molekül von CVN2 gebunden, das eine hochaffine Stelle für den jeweiligen Liganden trägt und mutiert, um eine stabilisierende Disulfidbindung in der kohlenhydratbindenden Tasche zu ersetzen, wodurch eine multivalente Bindung bestätigt wird. Es wird eine HA-Bindung an eine hochaffine Bindungsstelle des Pseudo-Antikörpers CVN2 bei einer Dissoziationskonstante (KD) von 275 nM gezeigt, die das humane Immundefizienzvirus Typ 1 (HIV-1) durch Oligomerisierung weiter neutralisiert. Die Korrelation der Anzahl der Disulfidbrücken in domänenvertauschtem CVN2, die durch Substitution von Cystinen in polare Restpaare aus Glutaminsäure und Arginin von 4 auf 2 verringert werden, führt zu einer reduzierten Bindungsaffinität zu HA. Unter den stärksten Wechselwirkungen wird Ebola GP1,2 von CVN2 mit zwei hochaffinen Bindungsstellen im unteren nanomolaren Bereich unter Verwendung des Hüllglykans ohne Transmembrandomäne gebunden. In der vorliegenden Studie wird die Bindung des multispezifischen monomeren CV-N an das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Spike (S) Glykoprotein bei K D = 18,6 μM im Vergleich zu nanomolaren KD an diese anderen Virusspitzen und über seine rezeptorbindende Domäne im mittleren μ-molaren Bereich gemessen.

Ein dimeres domänenvertauschtes CVN2L0-Molekül wird in drei separaten SPR-Experimenten auf Bindung an die HA-Top-Region getestet und die Bindungsaffinität wird inKD-Werten dargestellt. Es wird angenommen, dass Domäne B H-Bindungsstellen umfasst, die durch den Ersatz einer Disulfidbindung in ionische Reste beeinflusst werden, und Domäne A bildet L10,18. Einzelinjektionen von CVN2L0 und den Varianten V2 (drei Disulfidbrücken) und V5 (zwei Disulfidb...

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Engineering Antiviral Agents via Surface Plasmon Resonance

Das vorliegende Protokoll beschreibt neue Werkzeuge für SPR-Bindungsassays zur Untersuchung der CV-N-Bindung an HA, S-Glykoprotein, verwandte Hybrid-Glykane und High-Mannose-Oligosaccharide. SPR wird verwendet, um das KD für die Bindung von entweder dimerem oder monomerem CV-N an diese Glykane zu bestimmen.

Entwicklung antiviraler Wirkstoffe mittels Oberflächenplasmonenresonanz

Surface plasmon resonance (SPR) is used to measure hemagglutinin (HA) binding to domain-swapped Cyanovirin-N (CV-N) dimer and to monitor interactions ...

Für die Bestimmung von Proteinliganden im mittleren Durchsatz wurde eine Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie etabliert. Es werden unterschiedliche Affinitäten für Bindungsstellenvarianten desselben Moleküls dargestellt, und zwar für die eisenbindenden Hochmanieren von Oligosacchariden auf Viren. SPR ist eine markierungsfreie Technik zur Untersuchung der makromolekularen Echtzeitbindung von oberflächenimmobilisierten Rezeptoren.Multisite-Interaktionen werden in der kinetischen Analyse durch kompetitive Bindung unabhängig von der Größe der Spezifische Bereiche in der Forschung, die SPR verwenden, sind die Arzneimittelentwicklung zur Suche nach Inhibitoren oder Antikörpercharakterisierung. Kinetische Konstanten und Affinitäten werden direkt aus der Sensorantwort berechnet. Übertragen Sie zunächst 100 Mikroliter der Lösung auf LB-Agarplatten und verteilen Sie sie vorsichtig mit einem sterilen Zellstreuer.Starten Sie eine Reihe von Probenreaktionen mit mehreren Konzentrationen doppelsträngiger DNA-Schablone im Bereich von fünf bis 50 Nanogramm, während die Primerkonzentration konstant bleibt. Dann fügen Sie das DpnI-Restriktionsenzym unter die Mineralölüberlagerung und inkubieren Sie sofort bei 37 Grad Celsius für eine Stunde, um die elterliche supercoiled doppelsträngige DNA zu verdauen. Um die XL1-Blue Supercompetent Cells aufzutauen, aliquoten Sie die Zellen in ein vorgekühltes, kleines, rundes Bodenrohr.Als nächstes übertragen Sie einen Mikroliter der mit DpnI behandelten einzelsträngigen DNA von jeder Kontroll- und Probenreaktion auf separate Aliquots der superkompetenten Zellen, die den komplementären Strang synthetisieren. Nachdem Sie die Transformationsreaktionen vorsichtig zum Mischen geschwenkt haben, inkubieren Sie die Reaktionen 30 Minuten auf Eis. Wenden Sie 45 Sekunden lang Wärmeimpulse auf die Umwandlungsreaktionen bei 42 Grad Celsius an und legen Sie die Reaktionen dann für zwei Minuten auf Eis.Dann 0,5 Milliliter NZY+Bouillon hinzufügen und die Umwandlungsreaktionen bei 37 Grad Celsius unter Schütteln bei 225 bis 250 U/min für eine Stunde inkubieren. Anschließend wird das korrekte Volumen jeder Umwandlungsreaktion auf LB-Ampicillin-Agar-Platten wie zuvor demonstriert angegeben. Für eine Samenkultur impfen Sie eine kleine Menge Ampicillin-haltiges LB-Medium mit einer einzigen Kolonie aus der transformierten Platte.Beimpfen Sie die Expressionskultur unter Verwendung der Übernachtkultur mit Zusätzen, einschließlich 10 Millimolar Magnesiumchlorid, 10 Millimolar Magnesiumsulfat und 20 Millimolar Glucose, wobei die Samenkultur auf eins zu 100 verdünnt wird. Als nächstes züchten Sie Zellen mit kräftigem Schütteln bei 37 Grad Celsius auf ein absorbierendes 600 Nanometer zwischen 0,4 und 0,6, bevor Sie die Zellen auf 20 Grad Celsius abkühlen und mit einem Millimolar IPTG induzieren und über Nacht wachsen. Dann ernten Sie die Zellen durch Zentrifugieren bei 4.000 g für 15 Minuten bei vier Grad Celsius und verwerfen den Überstand.Nach Resuspendierung des Zellpellets in phosphatgepuffertem Salzpuffer, zuletzt Zuflucht bei 4.000 g für 15 Minuten bei vier Grad Celsius. Dann den Überstand mit einer Pipette verwerfen. Als nächstes resuspendieren Sie das verbleibende Pellet in 10 Milliliter Lysepuffer und inkubieren die Suspension für eine Stunde bei 37 Grad Celsius.Dann trennen Sie lösliche und unlösliche Fraktionen durch Zentrifugieren bei 4.000 g für 15 Minuten bei vier Grad Celsius. Verwenden Sie zusätzlich HIS-Select Ni2+Affinity Gel in 14-Milliliter-Röhrchen, um sein markiertes rekombinant exprimiertes Cyanovirin-N in Pufferlösungen mit 20 Millimolar-Imidazol bzw. 250 Millimolar-Imidazol zu binden und zu resuspendieren. Zwischen diesen Schritten mindestens 30 Minuten im Batch inkubieren.Zugabe des Elutionspuffers, der 250 Millimolar Imidazol enthält, zu Eluprotein. Die Proteinlösungen werden mit einem 10 Kilo Dalton-Sperrfilter in Zentrifugationsröhrchen überführt und durch Zentrifugieren für 10 Minuten bei 4.500 g und vier Grad Celsius konzentriert. SPR-Laufpuffer auf einen Verdünnungsfaktor von eins bis 10 geben und viermal auf das Ausgangsvolumen für 10 Minuten bei 4, 500 g und vier Grad Celsius zentrifugieren.Anschließend bestimmen Sie die Proteinkonzentration bei 280 Nanometer mit einem NanoDrop UV-Visible Spectrophotometer basierend auf dem berechneten Extinktionskoeffizienten für das Hauptprotein CVN2L0 mit einer Größe von 23, 474 Dalton. Verwenden Sie für das Zweikanal-SPR-System HBSCP plus als Laufpuffer, 10 Millimolar Glycinsalzsäure mit pH 1,5 bis 1,6 als Regenerationspuffer und schalten Sie den Instrumentenentgaser, den Autosampler und die Pumpe ein. Dann waschen Sie das gesamte System mit doppelt destilliertem Wasser für eine Stunde.Als nächstes geben Sie Immersionsöl auf den Detektor und montieren einen Glassensorchip, der mit einem dünnen Goldfilm beschichtet ist. Und auf der Oberseite funktionalisiert mit Carboxymethyldextran-Hydrogel direkt auf den Detektor unterhalb der Drei-Port-Durchflusszelle. Korrigieren Sie dann die Einstellung, indem Sie die Handhabung herunterziehen.Um die proteinhaltigen Liganden auf Sensorchips zu immobilisieren, öffnen Sie eine Run-Tabelle, indem Sie in der Menüleiste auf Formular klicken und den Tabelleneditor in der integrierten SPP-Auto-Link-Software ausführen. Wählen und klicken Sie dann auf Basic Immobilization aus der Liste der verfügbaren Run-Tabellen und folgen Sie den Schritten des experimentellen Verfahrens auf dem Computerbildschirm. Klicken Sie anschließend im Formularbereich auf Sample Set Editor, um die Reagenzienliste für zwei Racks auszufüllen, die zur weiteren Analyse im Autosampler platziert sind.Klicken Sie auf Autosampler Direct Control als Werkzeug in der Menüleiste, um die Racks nach vorne oder zurück nach Hause zu bringen und wählen Sie vier Grad Celsius als Betriebstemperatur. Starten Sie die Pumpe, um doppelt destilliertes Wasser zu infundieren, indem Sie auf Werkzeuge und die direkte Steuerung der Pumpe klicken. Und zeichnen Sie Daten auf, indem Sie auf SPR Instrument Direct Control klicken.Beginnen Sie jedes Mal im neu erscheinenden Fenster. Nachdem Sie die Kupplungsreagenzien in 300-Mikroliter-Fläschchen gegeben haben, legen Sie sie in die Autosampler-Racks und starten Sie die Run-Tabelle, indem Sie auf Ausführen klicken. Für die einfache Protein-Protein-Interaktion führen Sie nach dem Nachfüllen der Pumpe mit 25.000 Mikrolitern pro Minute eine Grundlinieneinstellung für 30 Sekunden durch.Lassen Sie die anschließende Baseline-Einstellung mit doppelt destilliertem Wasser für 1,5 Minuten zu, bevor Sie die aktivierte Chipoberfläche mit einem molaren Ethanolaminhydrochlorid, pH 8,5, abschrecken. Schalten Sie dann die Röhrchen vom Flüssigkeitssammler zum Entgaser von doppelt destilliertem Wasser in die Flasche mit HBS-EP+Klick auf Formular, scrollen Sie nach unten und wechseln Sie zu Nachbearbeitung, indem Sie auf diesen Betriebsmodus klicken. Klicken Sie dann auf Hinzufügen, um für jede Durchflusszelle die im Laufe der Zeit in der Datenplattform generierten Bindungskurven auszuwählen und das Overlay als Scrubber-Datei zu exportieren.Klicken Sie anschließend auf Datei, um die Dateispeicheroptionen zu öffnen und Antwortkurven zu erhalten, indem Sie linke und rechte Kurven ausrichten und Signale des zweiten Referenzkanals von denen des Ligandenkanals subtrahieren. Einzelne Injektionen von CVN2L0 und Varianz V2 und V5 wurden zunächst auf Bindung an den Hämagglutinin-gekoppelten Sensorchip getestet, um die Bindungskapazitäten mit dem Autosampler und dem Tabelleneditor abzuschätzen. Wiederholte Injektionen wurden im Laufe der Zeit bei verschiedenen Konzentrationen im nanomolaren und mikromolaren Bereich im System automatisiert, was zeigte, dass weder eine Sättigung auf der Chipoberfläche noch eine Gleichgewichtsbindung erreicht wurde.Die Konzentration versus Reaktion wurde für die CVN-Wildtyp-Bindung an RBD aufgetragen, wobei ein spezifisches Targeting von möglicherweise konservierten Kohlenhydraten auf der RBD S1-Untereinheit mit schwächerer Affinität und einer Dissoziationsgeschwindigkeitskonstante von 260 Mikromol angenommen wurde. Das gleiche Affinitätsdiagramm für die CVN2L0-V4-Bindung an DM ist aufgrund des Ersatzes von Disulfidbindungen, die die hochaffine Bindung an kleine glykosylierte Peptide stören, nicht mehr analysierbar und ergibt eine höhere Antwort als der Antwortmaximalwert. Die CVN-Wildtyp-Bindung an RBD auf SARS-CoV-2 zeigt eine Bindung an S-Protein und RBD mit einer Dissoziationswütungskonstante von 18,6 Mikromol bzw. 260 Mikromol.Obwohl die SPR-Reaktion für Analytkonzentrationen zu hohen Reaktionseinheiten und typischen SPR-Sensorgrammen für CVN-Wildtyp- und E41A-Bindung führt. Die Mutante ist jedoch instabil, wenn sie verdünnt wird. SPR-Biosensorik befasst sich mit der hochaffinen und niedrigen Affinitätsbindung von gereinigten Proteinen und ihren Varianten an Liganden.In unserem Fall Glykoproteine, die die optische Auslesung und das Zweikanal-Durchflusssystem auf der Sensorchipoberfläche nutzen. Der Enzym-Immunosorbens-Assay ist eine alternative immunologische Methode, die Proteinepitope erkennt, aber auch Daten über die Konzentration von Peptiden und kleinen Molekülen aus komplexen Matrices liefert. Das Testen rekombinant exprimierter Proteine durch SPR-Bindungsassays beinhaltete die Biosensorik von Bestätigungsänderungen, was für die Überprüfung und Vorhersage der Proteinstabilität durch computergestützte Proteinseite nützlich ist.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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Biotechnik

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