4 Ergebnisse
4.1 Isolierung Etmic2 bindender rekombinanter scFv
4.1.2 Bakterielle Expression und Reinigung von Etmic2
Eine schnelle und effiziente Darstellung von Proteinen ist mit Hilfe bakterieller Expressionsysteme möglich. Für die Expression von Etmic2 mit dem pET-System (pET21b-Etmic2-His und pET22b-Etmic2-c-myc) wurde der E.coli-Stamm BL21(DE3)pLysS eingesetzt. Das Genom dieser Wirtsbakterien enthält ein Gen für die T7-RNA-Polymerase, den lac-Promotor und den lac-Operator. Die Expression der T7-RNA-Polymerase und damit auch des rekombinanten Proteins findet dadurch nur in Gegenwart von Laktose oder eines Derivates, z.B. IPTG, statt. [Studier und Moffatt, 1986; Studier et al., 1990]
Nach der Expression wurde ein Gesamtzellextrakt (Rohextrakt) hergestellt. Unter Nutzung der Wechselwirkungen des His-Tags mit dem immobilisierten Nickelion der Ni-NTA-Agarose wurde Etmic2-His durch IMAC gereinigt. Die Elution erfolgte dabei durch eine
erhöhte Imidazolkonzentration. Zur Überprüfung der Reinigung wurden jeweils 5 µl Rohextrakt, Durchlauf bzw. Eluat sowie 10 µl Waschfraktion unter denaturierenden Bedingungen elektrophoretisch aufgetrennt und mit Coomassie-Brilliantblau gefärbt bzw. mit anti-Polyhistidin-IgG im Immunoblot untersucht (siehe Abb. 10).
83 62 47,5 32,5 25 MW [kDa]
R D W E R D W E
A B
83 62 47,5 32,5 25 MW [kDa]
R D W E R D W E
A B
Abb. 10: Analyse der Reinigungsschritte von Etmic2-His. Die Proben wurden im 12%igen SDS-Polyacrylamidgel elektrophoretisch aufgetrennt und mit Coomassie-Brillantblau gefärbt (A) bzw. ein Nachweis mit anti-Polyhistidin-IgG im Immunoblot durchgeführt (B). R: 5 µl Rohextrakt, D: 5 µl des Säulendurchlaufs mit den nicht an Ni-NTA-Agarose gebunden Proteinen, W: 10 µl der Waschfraktion mit 60 mM Imidazol, E: 5 µl des Eluats mit 500 mM Imidazol. Etmic2-His ist bei einem Molekulargewicht von etwa 48 kDa nachweisbar. Die Größen der Molekulargewichtsstandardproteine sind in der Mitte angegeben.
Wie die starke Bande bei etwa 48 kDa zeigt, konnte im Elutionsschritt mit 500 mM Imidazol eine große Menge kaum verunreinigten Antigens erhalten werden. Beim Eluat und bei der Waschfraktion sind auch noch recht hohe Mengen an Etmic2-His nachweisbar. Dies zeigt, daß der Rohextrakt wahrscheinlich mehr Expressionsprodukt enthielt, als an das Ni-NTA-Säulenmaterial binden konnte und daß ein Teil des Antigens bereits beim Waschen mit 60 mM Imidazol eluiert wurde.
Für die Reinigung von Etmic2-c-myc wurden zwei Methoden kombiniert: Zunächst erfolgte eine fraktionierte Fällung des Gesamtzellextrakts (Rohextrakt) mit steigenden Mengen an Ammoniumsulfat. Die dabei erhaltenen Pellets und Überstände wurden durch einen Immunoblot untersucht, wobei der Nachweis des Antigens mit anti-c-myc-IgG erfolgte.
83
62 47,5
32,5 25 MW [kDa]
R 20Ü 20P 40Ü 40P 60Ü 60P 80Ü 80P
83
62 47,5
32,5 25 MW [kDa]
R 20Ü 20P 40Ü 40P 60Ü 60P 80Ü 80P
Abb. 11: Vorreinigung von Etmic2-c-myc durch eine fraktionierte Ammoniumsulfat-Fällung.
Je 5 µl der Überstände und der in 5 ml Puffer A resuspendierten Pellets der vier Fällungsschritte wurden im 12%igen SDS-Polyacrylamidgel elektrophoretisch aufgetrennt und auf eine Nitrozellulosemembran übertragen. Der Nachweis von Etmic2-c-myc erfolgte mit anti-c-myc-IgG. R: Rohextrakt, 20Ü, 40Ü, 60Ü, 80Ü: Überstand des Fällungsschritts mit 20 %, 40 %, 60 % bzw. 80 % Ammoniumsulfat, 20P, 40P, 60P, 80P: Pellet des Fällungsschritts mit 20 %, 40 %, 60 % bzw. 80 % Ammoniumsulfat. Etmic2- c-myc ist als Bande von etwa 48 kDa nachweisbar. Die Größen der Proteinmolekulargewichtsstandards sind links dargestellt.
Wie der in Abb. 11 dargestellte Immunoblot zeigt, fiel der Hauptanteil von Etmic2-c-myc beim Fällungsschritt mit 60 % Ammoniumsulfat aus. Das entsprechende Pellet wurde resuspendiert, zur Entfernung des Fällungssalzes in Puffer A umgepuffert und für die Reinigung über eine Anionenaustauschersäule eingesetzt.
Vorversuche zeigten, daß die Elution mit einem NaCl-Stufengradienten von 208 mM (20 % Puffer B, 80 % Puffer A), 307 mM (30 % Puffer B, 70 % Puffer A) und 1 M NaCl (100 % PufferB) für eine gute Reinigung des Antigens am besten geeignet war.
In Abb. 12A sind das Reinigungsprofil der entsprechenden Q-Sepharose-Säule und der verwendete NaCl-Stufengradient dargestellt. Die einzelnen Fraktionen des Säulenlaufs wurden durch einen Immunoblot untersucht und Etmic2-c-myc dabei mit anti-c-myc-IgG nachgewiesen (siehe Abb. 12B).
A:
0 100 200 300 400
0 50 100 150 200
UV-Absorption [mAU]
Volumen [ml]
0 100 200 300 400
0 50 100 150 200
UV-Absorption [mAU]
Volumen [ml]
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Leitfähigkeit [mS/cm]
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Leitfähigkeit [mS/cm]
20 % PufferB
100 % PufferB
30 % PufferB 20 % PufferB
100 % PufferB
30 % PufferB
G4 I5 I6 I7 I9I8 I11I10 J1I12
J2 J3 J4 J5 J6 Fraktionen
G4 I5 I6 I7 I9I8 I11I10 J1I12
J2 J3 J4 J5 J6 Fraktionen
B:
G4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11 I12 J1 J2 J3 J4 J5 J6
Abb. 12: Profil der Reinigung von Etmic2-c-myc durch Anionenaustauscher-Chromatographie (A) und Nachweis von Etmic2-c-myc in den Fraktionen des Anionenaustauscherlaufes (B).
Das Pellet des Fällungsschritts mit 60 % Ammoniumsulfat wurde in 7 ml Puffer A umgepuffert. 2 ml davon wurden auf eine Q-Sepharose-Säule gegeben und die gebundenen Proteine mit einem NaCl-Stufengradienten von 20 %, 30 % und 100 % Puffer B eluiert.
Dargestellt sind die Signale des UV-Detektors und der durch die Leitfähigkeit wiedergegebene NaCl-Stufengradient. Die Elution von Etmic2-c-myc erfolgt bei etwa 140 ml.
Jeweils 5 µl einer Fraktion wurden im Immunoblot untersucht. Der Nachweis von Etmic2-c-myc erfolgte dabei mit anti-c-Etmic2-c-myc-IgG.
Ein Vergleich des Reinigungsprofils des Anionenaustauschers und des Immunoblots zeigt, daß Etmic2-c-myc bei einer NaCl-Konzentration zwischen 20 % und 30 % von der Säule eluiert wurde. Die Fraktionen I11 und I12 enthielten besonders viel Antigen und wurden im mit Coomassie-Brilliantblau gefärbten Polyacrylamidgel und durch Nachweis mit anti-c-myc-IgG im Immunoblot genauer untersucht (siehe Abb. 13).
83 62 47,5 32,5 25 MW [kDa]
I11 I12 83
62 47,5 32,5 25 MW [kDa]
I11 I12 Abb. 13: Untersuchung der Fraktionen I11 und I12 aus der Reinigung von Etmic2-c-myc durch Anionenaustauscher-Chromatographie. Jeweils 25 µl wurden durch SDS-PAGE im 12%igen Gel elektrophoretisch aufgetrennt und mit Coomassie-Brilliantblau gefärbt bzw.
Etmic2-c-myc im Immunoblot mit anti-c-myc-IgG nachgewiesen. Die Größen der Molekulargewichtsstandardproteine sind links angegeben.
Durch diese Kombination aus Ammoniumsulfat-Fällung und Anionenaustauscher-Chromatographie konnte Etmic2-c-myc in ausreichender Menge und Reinheit erhalten werden.
Anhand der Fraktion I11 sollte anschließend im ELISA mit dem anti-Etmic2-scFv AH17 und dem anti-MZP-scFv AG9 (Negativkontrolle) exemplarisch gezeigt werden, daß diese Antigenpräparation für den spezifischen Nachweis von anti-Etmic2-scFv im ELISA geeignet war. Das Prinzip dieses Tests ist in Abb. 14 dargestellt.
MaxiSorpTM - Mikrotiterplatte
POD
Etmic2-c-myc
AH mit His-Tag
anti-His-IgG-POD-Konjugat
TMB-Substratreaktion
Substrat (farblos) Produkt (blau)
+H2SO4
Produkt (gelb)
Abb. 14: Prinzip des Nachweises von Etmic2-c-myc mit anti-Etmic2-scFv (AH) im ELISA.
Der AH bindet an das durch Adsorption immobilisierte Antigen Etmic2-c-myc und wird anhand seines His-Tags durch das anti-His-IgG-POD-Konjugat nachgewiesen. Die POD katalysiert den Umsatz von TMB zu einem blauen Reaktionsprodukt. Aus diesem entsteht bei Zusatz von H2SO4 eine gelbe Verbindung, deren Absorption bei 450 nm gemessen wird.
In Abb. 15 ist der Test des gereinigten Etmic2-c-myc (Fraktion I11) mit verschiedenen scFv dargestellt. Als Negativkontrolle (NK) wurde hierbei mit einer analog „gereinigten“ Probe des untransformierten Expressionsstammes BL21(DE3)pLysS beschichtet.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
0,1 1 10 100
zur Immobilisierung verwendetes Etmic2 [µl/Kavität]
Absorption (450 nm)
EtMIC2-AH17 EtMIC2-AG9 NK-AH17 NK-AG9
Abb. 15: Test des gereinigten Etmic2-c-myc (Fraktion I11) im ELISA mit dem anti-Etmic2-scFv AH17 und dem anti-MZP-anti-Etmic2-scFv AG9. Zwischen 0,1 µl und 50 µl der Antigenpräparation wurden in den Kavitäten einer MaxiSorbTM-Mikrotiterplatte immobilisiert und mit AH17 und anti-His-IgG-POD-Konjugat nachgewiesen. Als Negativkontrolle für Etmic2-c-myc diente AG9. Eine Fraktion, welche durch eine analog durchgeführte „Reinigung“ von BL21(DE3)pLysS-Zellen ohne Expressionskonstrukt gewonnen wurde, diente als Negativkontrolle für den Nachweis mit dem scFv.
Wie die in Abb. 15 dargestellten Ergebnisse des indirekten ELISA zeigen, bindet nur anti-Etmic2-scFv AH17, nicht aber anti-MZP-scFv AG9 an das Etmic2-His in der Fraktion I11.
Diese Antigenpräparation ist demnach für den Nachweis der spezifischen Bindung von anti-Etmic2-scFv an ihr Antigen im ELISA geeignet.