莱茵衣藻IFT20的原核表达、纯化及多克隆抗体鉴定.pdf
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1、研究论文莱茵衣藻IFT20的原核表达、纯化及多克隆抗体鉴定贾瑞勤1,贾航,郑学超,薛斌2 3,葵(1.天津科技大学食品营养与安全国家重点实验室,天津30 0 457;2.天津科技大学生物工程学院,天津30 0 457;3.天津科技大学大健康生物技术国家国际科技合作基地,天津30 0 457)摘要:莱菌衣藻鞭毛内运输(intraflagellar transport,IFT)蛋白IFT20是IFT蛋白复合物B(IFT-B)的组分之一。虽然IFT20参与调控细胞内大分子的胞内运输过程,但其作为一个鞭毛蛋白在鞭毛内的详细功能仍有待研究。为了开发高特异性的莱菌衣藻IFT20免源多克隆抗体,作者首先在大
2、肠杆菌中表达了N端6 xHis标签标记的IFT20融合蛋白(6 xHis:IFT20),并对其进行镍柱纯化,将纯化所得6 xHis:IFT20蛋白免疫新西兰大白免。采集3次免疫后的抗血清,利用间接ELISA法测定其效价为1:10 2 40 0。利用proteinA纯化珠对所得抗血清进行了IgG亚型抗体富集,接着用大肠杆菌表达纯化所得N端MBP标签标记的IFT20(M BP:IFT 2 0),并对IgG抗血清进行抗原抗体亲和纯化。经对CC-125藻种全细胞蛋白质提取物进行免疫印迹法鉴定,所得IFT20多克隆抗体特异性较高,适合用于后续莱菌衣藻IFT20鞭毛内运输功能的研究。关键词:莱茵衣藻;鞭毛
3、内运输;IFT20;多克隆抗体中图分类号:Q81文章编号:16 7 3-16 8 9(2 0 2 3)11-0 10 6-0 7樊振川*2,3DOl:10.12441/spyswjs.20210627001Prokaryotic Expression,Purification,and Polyclonal Antibody Identification ofChlamydomonas reinhardti IFT20JIA Ruiqin,JIA Hang,ZHENG Xuechao,XUE Bin23,FAN Zhenchuan2.3(1.State Key Laboratory of Foo
4、d Nutrition and Safety,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457,China;2.College of Biotechnology,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457,China;3.ChinaInternational Science&Technology Cooperation Base for Health Biotechnology,Tianjin University of Science&Technology,Tia
5、njin 300457,China)Abstract:Intraflagellar transport protein 20(IFT20)of Chlamydomonas reinhardti is a componentof the intraflagellar transport complex B(IFT-B).IFT20 is known to be involved in regulatingintracellular transport processes of macromolecules,but its detailed function as a flagellar prot
6、ein inflagella remains to be investigated.This study aimed to develop highly specific polyclonal antibodiesagainst Chlamydomonas reinhardti IFT20 from rabbit serum to lay the foundation for furtherinvestigation into its flagellar function.To achieve this goal,the N-terminal 6xHis-tagged IFT20fusion
7、protein(6xHis:IFT20)was first expressed in Escherichia coli,and 6xHis:IFT20 was purifiedby Ni-column.The purified 6xHis:IFT20 was then applied to immunize the New Zealand white收稿日期:2 0 2 1-0 6-2 7基金项目:天津科技大学2 0 2 1年度大学生创新创业训练计划项目(2 0 2 110 0 57 2 11)。*通信作者:樊振川(19 7 4一),男,博士,教授,博士研究生导师,主要从事营养代谢性疾病研究。
8、E-mail:106JOURNAL OF FOOD SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY Vol.42 IsSue 11 2023修回日期:2 0 2 1-0 8-30研究论文贾瑞勤,等:莱茵衣藻IFT20的原核表达、纯化及多克隆抗体鉴定rabbits.The antiserum was collected after three rounds of immunization,and the titer was determinedto be 1:102 400 by an indirect ELISA method.Subsequently,the obtained anti-
9、serum was purifiedusing protein A purification beads to enrich the IgG subtype antibodies.Next,N-terminalMBP-tagged IFT20(MBP:IFT20)expressed and purified from Escherichia coli was used forantigen-antibody affinity purification of IgG antiserum.The western blotting assay of whole cellprotein extract
10、s from CC-125 identified the high specificity of the obtained IFT20 polyclonalantibodies,making them suitable for future investigations on the flagellar function of IFT20 inChlamydomonas reinhardti.Keywords:Chlamydomonas reinhardti,intraflagellar transport,IFT20,polyclonal antibody鞭毛是一种存在于大多数真核细胞表面的
11、具有运动、感知和信号传导功能的细胞器。鞭毛由鞭毛轴丝、基体和鞭毛膜组成。根据鞭毛轴丝结构不同,将鞭毛分为9+2 型运动纤毛(motilecilia)和9+0型原发性纤毛(primary cilia)2种类型。由于鞭毛不具有蛋白质合成所需的细胞器(如核糖体等),因此鞭毛生成和维持所需的前体蛋白质和降解产物均需通过鞭毛内运输(intaflagellar transport,IFT)的方式输入和输出鞭毛 2 。19 9 3年发现IFT存在于莱茵衣藻鞭毛中,其颗粒沿着鞭毛轴丝进行双向运输3。IFT颗粒从鞭毛基部到顶部的运输称之为正向运输,这一过程由驱动蛋白-2(kinesin-2)驱动 4l;反之则称
12、之为反向运输,由动力蛋白-1b(dynein-1b)驱动 5。目前已知IFT颗粒由IFT-A和IFT-B共2 个蛋白质复合物组成,其中IFT-A含有6 个蛋白质亚基,通过与动力蛋白-1b偶联来调控IFT反向运输。而IFT-B则由16 个蛋白质亚基组成,通过与驱动蛋白-2 偶联来调控IFT正向运输 7。此外,IFT-B在生化功能关系上可进一步划分为IFT-B1和IFT-B2等2 个亚蛋白质复合物18-9 。生化和遗传实验表明IFT对维持鞭毛生成和信号传导功能是必需的,鞭毛组装缺陷或信号功能缺失可引发一系列统称为纤毛病(ciliopathy)的先天性疾病,其中就包括Bardet-Biedl综合征
13、10 Joubert综合征 和Meckel综合征2 等。IFT20是IFT-B的一个组成成分,在具鞭毛生物中是高度进化保守的 13。研究表明,IFT20蛋白缺失会导致小鼠视锥细胞鞭毛生物生成受阻,视紫红质无法运送到视锥细胞外节,导致其在细胞内节大量堆积而引发神经退行性病变 1415。此外,IFT20 可以和精子鞭毛蛋白2(SPEF2)相互作用,影响正常的生精导致雄性不孕 0 。因此,研究IFT20的鞭毛生物学功能及其异常表达引发相关疾病的分子机制对于预防、诊断和开发相关药物治疗这些疾病具有十分重要的意义。莱茵衣藻是一种单细胞真核藻类,作为一种模式生物,莱茵衣藻已被广泛应用于鞭毛内运输、组装和功
14、能的研究。因此,作者拟制备高特异性的莱茵衣藻IFT20蛋白多克隆抗体,为后续开展IFT20在莱茵衣藻鞭毛内的功能研究奠定基础。材料与方法1.1材料与试剂1.1.1实验材料大大肠杆菌(Escherichiacoli)表达载体pET-28a(+)和pMAL-c2x、大肠杆菌XL1-blue和BL21(DE3)菌株、莱茵衣藻野生型藻种CC-125:均为作者所在实验室保存。1.1.2实验试剂限制性内切酶、T4DNA连接酶、RNase-M-MLV酶、核酸和蛋白质标准品以及TriZol等:北京全式金生物有限公司;IPTG、卡那霉素、氨芊青霉素、PCR产物纯化试剂盒和DNA凝胶回收试剂盒等:SangonBi
15、otech公司;质粒提取试剂盒:TIANGEN公司;硝酸纤维素膜:美国PALL公司;Protein A SepharoseM CL-4B,Ni SepharoseV 6 FastFlow和 Dextrin Sepharose7M High Performance等:美国GEHealthcare公司;辣根过氧化物酶(HRP)标记二抗:美国Jackson公司;ECL发光液:德国Millipore公司。1.2实验方法1.2.1莱茵衣藻总RNA提取野生型莱茵衣藻CC-125细胞在-8 0 冻存后置于研钵中,加人液氮将其研磨至粉末状后转移至50 mL离心管中。加入1mL Trizol和2 0 L-巯基乙
16、醇后剧烈振荡,并于室温静置10 min。加入6 0 0 L氯仿-异戊醇(体积食品5生物技术学报2 0 2 3年第42 卷第11期107JIA Ruiqin,et al:Prokaryotic Expression,Purification,and PolyclonalRESEARCHARTICLEAntibody Identification of Chlamydomonas reinhardtiIFT20比2 4:1),颠倒混匀后加人9 0 L无水乙醇,静置2min。于10 0 0 0 r/min冷冻离心15min,吸取上清液,加人2 倍体积的无水乙醇和0.2 倍体积的醋酸钠,混匀后于-2
17、0 静置30 min,接着于10 0 0 0 r/min冷冻离心15min。弃上清液,加人2 mL体积分数7 5%的乙醇,充分混匀后于10 0 0 0 r/min冷冻离心8 min。弃上清液,在超净工作台中于室温干燥5min。加人50 LDEPC水,吹匀溶解,测定所获总RNA浓度并验证。混勾5LDNA酶缓冲液,2 LDNA酶,0.5LRNA酶抑制剂和45LRNA样品,将其在37 烘箱中30 min以去除DNA。最后用氯仿-异戊醇和水饱和酚抽提3次,最终获得莱茵衣藻总RNA。1.2.2大肠杆菌表达载体pET-28a(+)-i f t 2 0 和pMAL-c2x-ift20的构建在Phytozom
18、e v12.1数据库中搜索if20基因cDNA序列,设计含有EcoRI酶切位点的上游引物IFT20-FOR和含有HindI酶切位点的下游引物IFT20-REV,见表1。以莱茵衣藻野生型藻种CC-125总RNA为模板进行反转录以生成cDNA,并以此cDNA为模板进行t22cDNA扩增。将f22cDNA克隆至大肠杆菌表达载体pET-28a(+)和pMAL-c2x,所得重组表达载体命名为 pET-28a(+)-if20 和 pMAL-c2x-ift20。1.2.3融合蛋白诱导表达将重组表达载体pET-28a(+)-i f t 2 0 和pMAL-c2x-ift20转人大肠杆菌BL21(DE3)细胞并
19、将细菌涂布于LB培养基平板。待转化子形成后,挑取单克隆细菌至LB液体培养基,在37 于2 2 0 r/min培养过夜,而后将其以体积分数5%接种至LB液体培养基中继续培养。当OD6oo达到0.8 1.0 时,加人0.2 mmol/LIPTG诱导蛋白质进行表达,该过程在2 5、2 2 0 r/min下进行68h。离心收集菌体后加入结合缓冲液(50 mmol/LTris-HCl,150 mmol/L NaCl,pH 7.4,应用于 pET-28a(+)-ift20 体系;2 0 mmol/L Tris-HCl、2 0 0 m m o l/LNaCl、1m m o l/LED T A、p H 7.4
20、,应用于pMAL-c2x-f20体系),重悬菌体并进行超声破碎,对细菌破碎物进行SDS-PAGE电泳分析,分析融合蛋白质是否存在于上清液中。在融合蛋白质诱导表达过程中,所有培养基都需添加相应抗生素。1.2.4融合蛋白质纯化重悬含有pET-28a(+)-ift20和pMAL-c2x-ift20的菌体于上述结合缓冲液中,超声破碎菌体后将上清液(重组蛋白6 xHis:108JOURNAL OF FOOD SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY Vol.42 IsSUe 11 2023IFT20和MBP::I FT 2 0 均溶于上清液中)与1mLNiSepharoseTM 6Fast F
21、low(结合6 xHis:IFT20)或Dextrin Sepharose TM High Performance(结合MBP:IFT20)填料混匀,4过夜。用结合缓冲液漂洗填料10 次,后用洗脱缓冲液(50 mmol/LTris-HCl,150 mmol/L NaCl,500 mmol/L 咪唑,pH 7.4 或20 mmol/L Tris-HCl,200 mmol/L NaCl,1 mmol/LEDTA,10mmol/L麦芽糖,pH7.4)分别针对6 His::I FT 2 0 和MBP::I FT 2 0 进行洗脱,收集重组蛋白质并对其进行SDS-PAGE电泳分析。1.2.5动物免疫将6
22、 xHis::IFT 2 0 蛋白抗原(纯度大于8 5%)送至北京华大蛋白质研发中心有限公司,选择新西兰大白免为免疫动物进行抗血清生成。1.2.6抗血清效价检测抗血清效价检测按文献17的间接ELISA法进行。具体而言,将IFT20包被抗原稀释至10 g/mL,并以10 0 L/孔包被于酶标板。用体积分数5%的脱脂牛奶封闭液对抗原室温封闭1h后弃去。用PBST清洗液洗板3次,加人抗血清室温孵育1h。孵育结束后,用PBST清洗液洗板4次,加人酶标二抗室温孵育30 min。最后加人TMB(3,3,5,5-四甲基联苯胺)溶液显色,利用酶标仪测定其在OD450处的吸光值,效价定义为最大OD值一半时所对应
23、的抗血清稀释倍数。1.2.7IgG亚型抗体富集IgG亚型抗体富集参照文献 18 的方法。取一定量的抗血清和结合缓冲液(50mmol/L Tris-HCl、p H 7.0)混匀,将其转入装有ProteinA纯化珠的纯化柱中,室温结合1 2 h后,用结合缓冲液漂洗3次。最后用酸性洗脱液(0.1mol/LGlycine,pH3.0)洗脱,中和后保存备用。1.2.8抗原抗体亲和纯化抗原抗体亲和纯化参照文献 19 的方法。用1mmol/L HCl溶胀CNBr-activatedSepharose4B干粉,并用结合缓冲液(0.1mol/L NaHCO3、50 0 mmo l/L Na Cl、p H 8.3
24、)将其 pH值调至8.3。将MBP::I FT 2 0 蛋白抗原溶于结合液中,与溶胀好的CNBr-activated Sepharose 4B于4过夜。离心后在0.1 mol/L Tris-HCl(pH 8.0)溶液中室温静置 2 4 h。最后用 10 0 mmol/L Tris-HCl 和0.5mol/LNaCl洗脱液(pH8.5)与50 mmol/L甘氨酸和1mol/LNaCl洗脱液(pH3.5)交替洗脱至少8次。将偶联抗原的CNBr-activated Sepharose 4B与经ProteinA富集后的抗体孵育,按照以上IgG亚型抗体富集的方法洗脱抗体,保存备用。研究论文贾瑞勤,等:莱
25、茵衣藻IFT20的原核表达、纯化及多克隆抗体鉴定1.2.9免疫印迹检测免疫印迹检测参照文献 2 0 的方法进行。取2 0 g莱茵衣藻野生型藻种CC-125的全细胞蛋白质提取物进行SDS-PAGE电泳,电泳结束后将分离好的蛋白质转移至硝酸纤维素膜,并利用体积分数5%的脱脂牛奶封闭液对其进行封闭,添加稀释后的纯化抗体室温孵育1h,用TBST 漂洗液(10 mmol/L Tris,150 mmol/L NaCl,体积分数0.0 5%Tween-20,pH7.5)漂洗3次。最后加人二抗室温孵育1h,用TBST对其漂洗3次后,用ECL化学发光显色液曝光。2结果与分析2.1大肠杆菌表达载体pET-28a(
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