Genética Molecular 2011
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Expresión y purificación de Proteínas de Fusión PowerPoint PPT Presentation


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Genética Molecular 2011. Expresión y purificación de Proteínas de Fusión. Tag. Mi Proteína. Mi Proteína. Tag. ¿Qué es una proteína de fusión?.

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Expresión y purificación de Proteínas de Fusión

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Presentation Transcript


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Genética Molecular 2011

Expresión y purificación

de Proteínas de Fusión


Qu es una prote na de fusi n

Tag

Mi Proteína

Mi Proteína

Tag

¿Qué es una proteína de fusión?

Es a combinación de una proteína de interés fusionada a otra proteína o péptido conocidos, denominados Tags. Los Tags pueden estar en el NH2 o COOH.

¿Qué herramienta biológica de la síntesis de proteínas se utiliza para crear una proteína de fusión?

Básicamente, un mRNA con un marco abierto de lectura (open reading frame, ORF) de codones cualquiera, sin STOPs, puede ser traducido a proteína. Las proteínas de fusión se basan en esta premisa.

Codón de inicio: ATG (Met)

Codones STOP: TAG, TGA TAA


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

¿Por qué son importantes las proteínas de fusión?Las técnicas de ADN recombinante revolucionaron la producción y purificación de proteínas. Permite la purificación de la proteína en pocos pasos, y evita purificar proteínas endógenas.

ADN recombinante bacterias mucha proteína

(o cel. eucariota)

Introducción del ADN

recombinante en

bacterias o línea celular donde

se expresa la proteína de fusión

Clonado de gen de interés en

marco con la secuencia del Tag

Fusión de secuencia del gen

de interés con secuencia del Tag


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

¿Qué sistema elegirían para expresar proteínas recombinantes

y tener mucha proteína?

Lo más común es usar Escherichia coli

Ventajas:

Se obtiene mucha cantidad de proteína, es fácil de crecer, de inducir y de purificar la proteína de fusión.

Desventajas:

No realizan modificaciones post-traduccionales, necesarias para el correcto plegamiento y/o actividad de ciertas proteínas. Es posible que no haya un correcto plegamiento de la proteína y haya que pasar a otro sistema (células de mamífero, de insecto, levaduras…).


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

¿Cuando se debe inducir la expresión de una proteína en bacterias?

Fase exponencial (o Log): máxima tasa de división celular; maquinaria transcripcional

y traduccional muy activa.


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Vectores inducibles de expresión en procariotas:

se basan en el sistema del operon lac (requerido para el transporte y metabolismo de la lactosa en E. coli)


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

En la práctica:

situaciones de

represión y activación de la transcripción del gen de interés


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Sistema pET: doble sistema de inducción; disminuye la expresión “leaky”


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Cuerpos de inclusión: problema o ventaja?

Son agregados insolubles de proteína desnaturalizada.

Su formación depende de la naturaleza de la proteína y su nivel de expresión.

Son fácilmente purificables (casi todo proteína recombinante), pero para obtener la proteína hay que hacerlo en condiciones desnaturalizantes (urea 8M).

Cuerpos de inclusión de β-lactamasa en E. coli.


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

M: marker

L: lisado de bacterias

F: percolado

E: eluído

  • Las fusiones permiten:

  • Fácil y rápida purificación de la proteína expresada en bacterias,

  • basada en las propiedades del Tag (cromatografía de afinidad, anticuerpos).


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Localización de proteínas en células eucariotas por fusión a proteínas o Tags fluorescentes (microscopía de fluorescencia) o Tags contra los que hay anticuerpos comerciales (inmunofluorescencia).

  • Las fusiones permiten:

  • Direccionar la localización de proteínas de fusión en bacterias:

  • Periplasma: fácil purificación, pocas proteínas contaminantes, ambiente

  • favorable para el buen plegamiento y la formación de puentes disulfuro.

  • Secreción al medio: pocas proteínas contaminantes, fácil purificación.

  • Aumentar la solubilidad de las proteínas de fusión.

  • Caracterización de proteínas (principalmente en interacciones proteína:proteína;

  • ensayo de doble hibrido, GST-pull down, co-inmunoprecipitación).


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Clasificación de Tags (muchos Tags cumplen más de una función)

Por afinidad a un ligando (GST)

De purificación


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

C

O

H

O

C

O

H

O

2

H

2

H

N

O

H

N

O

H

H

N

N

H

N

N

2

2

H

H

O

O

O

O

La proteína de fusión

se purifica por

cromatografía de

afinidad usando

glutation inmobilizado

sobre agarosa.

S

H

E

Glutathione (GSH)

Glutathione

and electrophile E

(toxic products)

S

-transferase

De purificación

GST (Glutathione S-Transferase):

26 kDa, originalmente clonada del parásito Schistosoma japonicum. Muy fácil purificación. GST aumenta la solubilidad de la proteína.

Ventajas:

Elución suave

Buen rendimiento

Único paso de purificación

Desventaja:

solo puede realizarse en

condiciones nativas


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Clasificaciónde los Tags (muchos Tags cumplen más de una función)

Por afinidad a un ligando (GST)

De purificación

Por características químicas del Tag (His-Tag).


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Se purifican por IMAC

(Immobilized-metal affinity chromatography)

El His-Tag se une a cationes divalentes

(el más usado es Ni2+) inmobilizados en la resina.

Se eluye compitiendo las histidinas con Imidazol

(residuo de la histidina )

De purificación

His-Tag:

Tag lineal que contiene 4, 6 o 10 Histidinas consecutivas.

Es muy pequeño (menor a 1kDa).

Permite la purificación aún en condiciones desnaturalizantes (Urea 8M).

Se obtiene buen rendimiento de purificación. Único paso de purificación.

El Tag no interfiere con el plegamiento ni con la función de la proteína.


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Purificación en condiciones desnaturalizantes:

La proteína expresada se aglutina en “cuerpos de inclusión”. Son agregados insolubles que mayormente contienen la proteína de interés. Pueden ser disueltos usando detergentes suaves y UREA 8M, con la consecuente desnaturalización de las proteínas.

Esto puede ocurrir por:

Expresión muy alta de la proteína de interés y que esta no se llegue a plegar bien.

Proteínas muy poco solubles, no solubles o que tengan pasos transmembrana hidrofóbicos.

Proteínas que necesiten modificaciones post-traduccionales para su correcto plegamiento.


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

De purificación

His-Tag:

Esquema de purificación:

Muy usado en expresión en bacterias.

Las resinas son reusables.

Alto rendimiento.


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Clasificaciónde los Tags (muchos Tags cumplen más de una función)

Por afinidad a un ligando (GST)

De purificación

Por características químicas del Tag (His-Tag).

Por anticuerpos comerciales (T7, FLAG, HA, C-Myc, etc)


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Purificación por anticuerpos comerciales sobre tags cortos:

T7-Tag: derivado del gen 10 del fago T7 que es la proteína más abundante del

fago. Secuencia: MASTGGQQMG

FLAG: péptido comercial muy inmunogénico. Secuencia: DYKDDDDK

HA-Tag: residuos 98-106 del la hemaglutinina del virus de influenza humano.

Secuencia: YPYDVPDYA

C-Myc: residuos 408-439 del producto del oncogen c-myc humano.

Todos estos Tags pueden usarse para purificar las proteínas tanto de bacterias

como de células eucariotas transfectadas, usando anticuerpos comerciales. No es lo más recomendable en bacterias en el caso de poder usar fusiones a GST o HIS-Tag.


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Clasificaciónde los Tags (muchos Tags cumplen más de una función)

Por afinidad a un ligando (GST)

De purificación

Por características químicas del Tag (His-Tag).

Por anticuerpos comerciales (T7, FLAG, HA, C-Myc, etc)

Secuencias de localización periplásmica

(mejora el plegamiento por favorecer formación de S-S).

Secuencias que permiten la secreción al medio de cultivo (fácil purificación).

De localización en bacterias

NusA. Es una de las proteínas más solubles

conocidas.

De aumento de solubilidad

GFP, DsRed.

Anticuerpos comerciales contra Tags (FLAG, HA, c-Myc, T7) por inmunofluorescencia.

Localización de proteínas


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Localización de proteínas

GFP (Green Fluorescent Protein):

Provenie de la medusa Aequorea victoria.

GFP es una proteína muy estable de 238 aa.

Cuando se expresa en células eucariotas o procariotas,

y es iluminada por luz azul o UV, emite fluorescencia verde brillante

(energía de una fuente lumínica es absorbida y reemitida).

La fluorescencia de GFP es independiente de la especie que la expresa, no

necesita cofactores, sustratos u otros productos génicos de A. victoria.

Ampliamente usada como proteína de fusión o gen reportero.

Hay variantes de GFP logradas por mutaciones puntuales.


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Ratones que expresan GFP

en todas sus células

Proteína de fusión

expresada en levaduras

Localización de proteínas

GFP (Green Fluorescent Protein):

Puede usarse para ”taguear” proteínas individuales en células vivas, y hasta 2

o más proteínas distintas en una misma célula con las variantes de GFP.

No modifica la localización de su proteína “partner”.

Usada en todos los organismos, desde levaduras hasta mamíferos.


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Localización de proteínas

  • DsRed (Proteína Roja Fluorescente):

  • Proviene del coral de arrecife Discosoma sp.

  • Muy usado últimamente como marcador de células y como tag de fusión.

  • Comparte las mismas características con GFP.

  • A través de mutaciones en la secuencia de AA se han podido crear variantes

  • de absorción y emisión muy útiles para usar más de un tag por célula.

mHoneydew mBanana mOrange tdTomato mTangerine mStrawberry mCherry


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Localización de proteínas

Tags cortos contra los que existen anticuerpos comerciales:

Inmunofluorescencia indirecta:

1°. Anticuerpo primarios (mAb)

2°. Anticuerpo secundarios conjugados a fluoróforos

FLAG, HA,

c-Myc, T7

Permiten ver localización subcelular de proteínas fusionadas a estos Tags

(solo en células fijadas = MUERTAS); los anticuerpos deben ser introducidos dentro de las células).


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Volviendo a las proteínas recombinantes...

Muchas veces se necesita eliminar el Tag de la proteína de interés


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

PDI

TAG

Corte de los Tags secuencia de clivaje por proteasas incluída

Obtención de la estructura primaria nativa de la proteína por corte

con una proteasa. Secuencia de clivaje entre el Tag y la proteína de interés.


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Esquema de obtención de proteínas nativas clivadas del Tag


Expresi n y purificaci n de prote nas de fusi n

Por hoy ya es suficiente…


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