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高效且经济的哺乳动物表达系统中的蛋白质 NMR 标记:在 preT 细胞和 T 细胞受体蛋白上的应用。

Efficient and economic protein labeling for NMR in mammalian expression systems: Application to a preT-cell and T-cell receptor protein.

机构信息

Laboratory of Immunobiology, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, USA.

Department of Medical Oncology, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, USA.

出版信息

Protein Sci. 2024 Apr;33(4):e4950. doi: 10.1002/pro.4950.

DOI:10.1002/pro.4950
PMID:38511503
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10955624/
Abstract

Protein nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy relies on the ability to isotopically label polypeptides, which is achieved through heterologous expression in various host organisms. Most commonly, Escherichia coli is employed by leveraging isotopically substituted ammonium and glucose to uniformly label proteins with N and C, respectively. Moreover, E. coli can grow and express proteins in uniformly deuterium-substituted water (DO), a strategy useful for experiments targeting high molecular weight proteins. Unfortunately, many proteins, particularly those requiring specific posttranslational modifications like disulfide bonding or glycosylation for proper folding and/or function, cannot be readily expressed in their functional forms using E. coli-based expression systems. One such class of proteins includes T-cell receptors and their related preT-cell receptors. In this study, we present an expression system for isotopic labeling of proteins using a nonadherent human embryonic kidney cell line, Expi293F, and a specially designed media. We demonstrate the application of this platform to the β subunit common to both receptors. In addition, we show that this expression system and media can be used to specifically label amino acids Phe, Ile, Val, and Leu in this system, utilizing an amino acid-specific labeling protocol that allows targeted incorporation at high efficiency without significant isotopic scrambling. We demonstrate that this system can also be used to express proteins with fluorinated amino acids. We were routinely able to obtain an NMR sample with a concentration of 200 μM from 30 mL of culture media, utilizing less than 20 mg of the labeled amino acids.

摘要

蛋白质核磁共振(NMR)光谱学依赖于对多肽进行同位素标记的能力,这是通过在各种宿主生物中进行异源表达来实现的。最常见的方法是利用大肠杆菌,通过利用同位素取代的铵和葡萄糖分别均匀地标记 N 和 C 位上的多肽。此外,大肠杆菌可以在均相氘代水中(DO)生长和表达蛋白质,这是一种针对高分子量蛋白质的实验非常有用的策略。不幸的是,许多蛋白质,特别是那些需要特定的翻译后修饰,如二硫键形成或糖基化,以实现正确折叠和/或功能的蛋白质,不能在基于大肠杆菌的表达系统中以其功能性形式轻易地表达。其中一类蛋白质包括 T 细胞受体及其相关的前 T 细胞受体。在这项研究中,我们提出了一种使用非贴壁的人胚肾细胞系 Expi293F 和专门设计的培养基对蛋白质进行同位素标记的表达系统。我们展示了该平台在两种受体共有的β亚基上的应用。此外,我们还表明,该表达系统和培养基可以用于在该系统中特异性标记氨基酸 Phe、Ile、Val 和 Leu,利用一种氨基酸特异性标记方案,可以在不发生显著同位素混合的情况下以高效率进行靶向掺入。我们证明该系统还可用于表达含氟氨基酸的蛋白质。我们能够从 30 毫升的培养基中获得浓度为 200 μM 的 NMR 样品,使用的标记氨基酸少于 20 毫克。

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