首页Cube Biotech联合发表Nanodisc对膜蛋白研究有重大作用和意义的文章
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Cube Biotech首席科学家 Dr. Barbara Maertens、法兰克福大学生物物理化学研究所 Dr. Frank Bernhard和Dr. Erik Henrich在Springer旗下的BIOspektrum期刊联合发表文章并提出Cube Biotech 研制的Nanodisc纳米磷脂盘是前沿的用于高效提取膜蛋白以及研究膜蛋白结构/功能的新工具。
应用与产品
无细胞生物合成
通过优化纳米盘脂质环境产生的功能性膜蛋白
目前对于新型药物而言，膜蛋白是特别重要的蛋白类型。G蛋白偶联受体（GPCRs），离子键通道和转运蛋白促成细胞对细胞的联系、接收外部信号、营养素以及有效物质的运输。膜上的酶参与例如阿尔茨海默的产生，线粒体里能量的产生以及细胞壁合成。膜蛋白的正常折叠、稳定和功能通常依赖于一种特殊的脂质环境。这种特质使得获取足够数量和质量的膜蛋白发展新的有效应用变得特别困难。
无细胞蛋白质合成
无细胞蛋白质合成作为开放的系统，是合成生物学领域的一种重要技术。从埃希氏菌属的大肠杆菌群可以获取高质量的溶解产物，其带有有效的转录和表达系统。这种细菌溶解产物的效率明显优于真核溶解产物，并且能产生用于结晶[1,2]或核磁共振光谱进行结构研究所必需的大量复合膜蛋白[3,4]。
产物的增加通过合成底物和能量储备以及一系列特殊添加物而增加。这样就可以根据膜蛋白的需求优化反应条件[5]。我们使用的二室法（连续交换无细胞或CECF）可以在20小时内生成每毫升数毫克的反应物。膜蛋白的无细胞生产十分成功，因为可以消除传统的细胞生产过程中由于高毒性、强烈的蛋白质分解或低效的细胞膜蛋白提取等原因引起的常见问题。另外，随后的膜蛋白纯化步骤通过亲和层析法而减少。甚至要求很高的如GPCRs等膜蛋白也可以在数天内产出所需求的数量[6]。
膜蛋白的表达稳定化
无细胞合成的另一特点是膜蛋白的共转移溶解可能性。除了去污剂或者其他两相分子物质，这里还可以使用纳米磷脂盘。纳米磷脂盘是直径为8到15纳米的双层磷脂，通过膜支架蛋白（MSP）的不同衍生物和不同脂质聚合起来[7]。因为很多膜蛋白会由于去污剂的变性作用而失去其功能，所以相对而言，这种纳米磷脂盘的共转移溶解是很有价值的另一种选择。MSP常常带有组氨酸标签，所以我们在无细胞反应混合物的膜蛋白纳米磷脂盘复合物的纯化和固定方面使用了2号链球菌或Rho1D4亲和标记。
用于膜蛋白质量优化的脂质分析方法
磷脂结构影响纳米磷脂盘膜的厚度、流动性和表面负荷，并且因此大大影响了膜蛋白的插入、折叠和稳定性。另外，特殊磷脂通常是膜蛋白的必要构件[8]。因此，必须对每个目标蛋白质进行不同脂质、不同脂质混合物和不同纳米磷脂盘大小的全面分析[9]。我们开发的分析平台能够在不同微量滴定形式下进行反应条件和添加物的平行分析[图1]。记录过程分为三个阶段：(1)通过调整反应条件优化蛋白质表达率，(2)针对来自MSP和脂质以及脂质混合物的不同组合的纳米磷脂盘进行共转移溶解评估，纳米磷脂盘浓缩物调整表达率和目标基因的插入效率，(3)对获取的蛋白/纳米磷脂盘复合物通过适当的方法，例如，通过对酶活性的确定或者配体的结合进行分析。
对去污剂敏感的膜蛋白的生成
人类内皮细胞受体ETA和ETB是血压及其他生理过程的基本调节器。由去污剂胶粒包裹的G蛋白偶联受体的不稳定性阻碍了其体外分析。只能通过在预制的纳米磷脂盘里的共转移插入，通过优化的脂质组分稳固两个G蛋白偶联受体，并且通过表面等离子共振光谱（SPR）检查两个G蛋白偶联受体。（图2A）。以确定的ETA和ETB不同配位可选性和高阶仿射配体结合与不同组织发出的数据一致。
