• Keine Ergebnisse gefunden

DNA  amount

II.5. W ORKING WITH  PROTEINS

II.5.1. P URIFICATION   OF HUMAN   AKR1B15  FROM   E.  COLI

In order to have pure protein for, e.g., activity tests [II.8] or cofactor binding assays [II.5.4],  both AKR1B15 isoforms were purified via the fused His6 tag from pellets of 1000 ml E. coli  BL21(DE3) – pET28a(+)‐AKR1B15.1 or E. coli BL21(DE3) – pET28a(+)‐AKR1B15.2 overnight  expression cultures (see II.1.5). The applied purification procedure is described below.  

Firstly, the E. coli expression culture cell pellets were resuspended in an appropriate volume  of ice‐cold lysis buffer and lysed via four 30 sec ultrasonication – 30 sec ice bath cycles using  a VirSonic 475 sonicator (Virtis) combined with an ultrasonic converter CL4 (Virtis) at level 7. 

The lysates were centrifuged at 13000 x g and 4 °C for 30 min and the supernatants were  filtrated through sterile syringe filters with a 0.22  μm pore size before 10 % Triton X‐100  solution was added to reach a final concentration of 2 % Triton X‐100. Afterwards, the  Triton X‐100 supplemented supernatants were subjected to an automated purification of 

His6‐tagged proteins using a Profinia Affinity Chromatography Protein Purification System 

(Bio‐Rad) in combination with a 1 ml Bio‐Scale Mini Profinity IMAC cartridge (Bio‐Rad)    and a downstream 10 ml Bio‐Scale Mini Bio‐Gel P‐6 Desalting Cartridge (Bio‐Rad). The  chromatographic purification was performed at 4 °C according to the preassigned Profina  method “Native IMAC + Desalting” (Bio‐Rad). However, instead of the standard buffers  recommended for the IMAC purification, a modified set of buffers (i.e., buffers containing  the detergent N‐lauroylsarcosine) was used for the purification of AKR1B15 isoforms.  

   1x desalting buffer:  20 1

mM mM 

KPi(pH 8.0) EDTA  in MilliQ‐H2O

All buffers used for purification were sterile filtered (0.22 μm pore size). 

N‐lauroylsarcosine was added after filtration.  

II.5.2. P

URIFICATION OF HUMAN 

17 β‐HSD12

 FROM 

P.

 PASTORIS

 

TE S T O F D E T E R G E N T S F OR S O L U B I L I Z A T IO N 

In order to  find suitable solubilizing  agents for the  purification  of human  17β‐HSD12        from P. pastoris, different detergents (Anameg‐7, Brij‐35, 2,6‐dimethyl‐4‐heptyl‐β‐D‐malto‐

pyranoside, dodecyl‐β‐D‐maltoside, MEGA‐8, n‐octyl‐β‐D‐glucopyranoside, NP‐40, sodium  cholate, and Tween20R) were tested.  

To  test  whether  Anameg‐7,  MEGA‐8,  n‐octyl‐β‐D‐glucopyranoside,  NP‐40,  or  sodium  cholate  are  proper  additives,  pellets  from  P. pastoris  –  pPICZ‐A‐HSD17B12  expression  cultures (see II.2.3) were resuspended in SAED buffer (1‐2 ml per OD600 of harvested culture)  before 10 μl of lyticase solution (final lyticase concentration: 3‐7.5 μg/ml) were added for  spheroblasting. The mixtures were incubated on a CAT RM 5 (CAT M. Zipperer) roller mixer  at room temperature for 3 h and then centrifuged at 600 x g for 10 min. The spheroblast  pellets were resuspended in 1 M sorbitol solution using the same volume as used for the cell  pellets and divided into appropriate aliquots. After an centrifugation step at 600 x g for  10 min, the resulting spheroblast pellets were resuspended either in MilliQ‐H2O+PI, in NP‐40  solution, or in breaking buffer which was supplemented with 10 % detergent stock solution  (from  Solution Master Detergent Kit, Affimetrix). Here, the taken volumes were  again  comparable to the volumes of the initial cell suspension. The spheroblasts were lysed via  three freeze‐thaw cycles using liquid nitrogen for freezing and lukewarm water for thawing. 

Finally, the lysates were centrifuged at 450 x g and 4 °C for 2 min. Samples of all steps were  separated by PAGE [II.5.5] and subjected to Western blotting [II.5.6] in order to monitor the  presence of His6‐tagged 17β‐HSD12 in each fraction. In addition, supernatants from the last  centrifugation step were frozen at  ‐80 °C for storage and analyzed via activity tests with 

3H‐labeled substrates [II.8.1] at a later date.  

To test whether 2,6‐dimethyl‐4‐heptyl‐β‐D‐maltopyranoside, Brij‐35, dodecyl‐β‐D‐maltoside,  or Tween20R are proper additives, pellets from P. pastoris KM71 – pPICZ‐A‐HSD17B12  expression cultures (see II.2.3) were resuspended in 8 ml suspension buffer (0.8 ml per    

OD600 of harvested culture) before adding 500 μl of lyticase solution for spheroblasting. The 

mixtures  were  incubated  on  a  CAT  RM 5  (CAT  M.  Zipperer)  roller  mixer  at  room  temperature for 1 h. The spheroblasts were subsequently lysed via two freeze‐thaw cycles  (liquid nitrogen – lukewarm water) and two sonication‐ice cycles (15 sec ultrasonic bath –  15 sec ice bath) without any centrifugation step in between. The lysates were transferred into  ultracentrifugation tubes (Beckman) and centrifuged at 125000 x g and 4 °C for 1 h using an  OptimaMAX ultracentrifuge with MLA‐80 rotor (Beckman Coulter). The resulting pellets 

were resuspended in 5 ml solubilization buffer and split into 900 μl aliquots. 100 μl of          the respective 10 % detergent solution were added to the 900 μl aliquots (final detergent  concentration 1 %) and incubated at 4 °C while rotating on a LD79 test‐tube rotator (Labinco)  to solubilize membrane proteins, including the 17β‐HSD12. Afterwards, the mixtures were  centrifuged in the OptimaMAX ultracentrifuge with TLA‐55 rotor (Beckman Coulter) at  55000 x g and 4 °C for 30 min. Samples of all steps were frozen at  ‐80 °C until they were  analyzed via PAGE [II.5.5] followed by Western blotting [II.5.6] and activity tests with 

3H‐labeled substrates [II.8.1] at a later time point.  

   lyticase solution: 3 mg/ml lyticase 

in MilliQ‐H2O

   1 M sorbitol solution:  1 M sorbitol

in MilliQ‐H2O

   MilliQ‐H2O+PI 1 tablet/10 ml cOmplete Mini, EDTA‐free Protease 

Inhibitor Cocktail (Roche) 

   10 % Brij‐35 solution:   10 % (w/v) Brij‐35

in solubilization buffer

   10 % maltoside solution:  10 % (w/v) dodecyl‐β‐D‐maltoside

in solubilization buffer

   10 % pyranoside solution:  10 % (w/v) 2,6‐dimethyl‐4‐heptyl‐β‐D‐

maltopyranoside  in solubilization buffer

   10 % Tween20R solution:  10 % (v/v) Tween20R

in solubilization buffer  

PR E L I M I NA R Y P U R I F I C A T I O N M E T H O D S F O R 17β‐HSD12    

Two widely differing methods were used for the small‐scale purification of His6‐tagged  17β‐HSD12 from  P. pastoris KM71  – pPICZ‐A‐HSD17B12 expression  cultures  (see II.2.3). 

Method A describes the detergent‐free  purification of  17β‐HSD12 from supernatants of  ultracentrifuged cell lysates and the solubilization of active 17β‐HSD12 from the remaining  pellets. In contrast, method B combines the lysis of spheroblasts and the solubilization of  17β‐HSD12 through the addition of Brij‐35 prior to the purification.  

METHOD A: DETERGENTFREE 17β‐HSD12 PURIFICATION METHOD 

Cell pellets  resulting from  50 ml expression cultures (OD600: 5‐10) were resuspended in    10 ml  suspension buffer  before 500 μl  lyticase solution  were added for spheroblasting.       

The mixtures were incubated on a CAT RM 5 (CAT M. Zipperer) roller mixer at room  temperature for 1 h and the spheroblasts were subsequently lysed via two freeze‐thaw cycles  (liquid nitrogen – lukewarm water) and three sonication‐ice cycles (15 sec ultrasonic bath –  15 sec ice bath) without any centrifugation step in between. To reduce the presence of cell  debris or nuclei in the subsequent ultracentrifugation and solubilization steps, the cell lysates  were at first centrifuged at 500 x g and 4 °C for 2 min before the resulting supernatants were  transferred into ultracentrifugation tubes (Beckman Coulter) and centrifuged at 125000 x g  and  4 °C  for  1 h  using  an  OptimaMAX  ultracentrifuge  with  MLA‐80  rotor  (Beckman  Coulter). The supernatants were taken, supplemented with 2 M imidazole solution to reach a  final concentration of 20 mM, and manually loaded onto a 1 ml HisTrap HP column (GE  Healthcare Life Sciences). The loaded columns were washed with 5 column volumes 20 mM  wash buffer to reduce weak bound proteins before His6‐tagged 17β‐HSD12 was eluted with  300 mM elution buffer in fractions of 1 ml, 1.5 ml, 1 ml, and 3 ml. In order to solubilize  17β‐HSD12 from the pellet of the first ultracentrifugation step, pellets were resuspended in  either 1 ml 1 % Brij‐35 or 1 ml 1 % Tween20R suspension solution and afterwards incubated  on a LD79 test‐tube rotator (Labinco) at 4 °C for at least 60 min. The suspensions were once  more centrifuged using the OptimaMAX ultracentrifuge with TLA‐55 rotor at 55000 x g and  4 °C for 30 min and analyzed for the solubilization of His6‐tagged 17β‐HSD12 from the pellet. 

METHOD B: BRIJ‐35 CONTAINING PURIFICATION METHOD 

Cell pellets  resulting  from  100 ml  expression  cultures  (OD600: 15)  were  resuspended in     15 ml suspension buffer before 1650 μl lyticase solution were added for spheroblasting. 

These mixtures were incubated on a CAT RM 5 (CAT M. Zipperer) roller mixer at room  temperature for 1 h without any lysis step afterwards. The spheroblast suspensions were  mixed with 10 % Brij‐35 solution to reach a final concentration of 1 % Brij‐35 and then  incubated on a LD79 test‐tube rotator (Labinco) at 4 °C for at least 60 min in order to lyse  spheroblasts and solubilize 17β‐HSD12. Alternatively, prior to the addition of Brij‐35, the  spheroblast suspensions were centrifuged at 40 x g and 4 °C for 3 min and the supernatants,  including the spheroblasts, were taken. Finally, the solubilization reactions were centrifuged  using an OptimaMAX ultracentrifuge with TLA‐55 rotor (Beckman Coulter) at 35500 x g and  4 °C for 1 h. For the purification of His6‐tagged 17β‐HSD12, the resulting supernatants were  supplemented with 2 M imidazole solution to reach a final concentration of 20 mM and  loaded onto a 1 ml Ni Sepharose High Performance (GE Healthcare Life Science) resin bed in  an Econo‐Pac Chromatographic column (Bio‐Rad). The loaded resin was washed three times  with 2 ml 20 mM wash buffer and once more with 6 ml 20 mM wash buffer before the bound 

His6‐tagged 17β‐HSD12 was eluted three times with 2 ml 300 mM elution buffer. 

All fractions gained from the purification and solubilization procedure were collected and  subjected to activity tests with 3H‐labeled estrone [II.8.1] and PAGE [II.5.5] followed by  Western blotting [II.5.6].  

   lyticase solution: 3 mg/ml lyticase 

in MilliQ‐H2O

   2 M imidazole solution:  2 M imidazole

in MilliQ‐H2O

   10 % Brij‐35 solution:  10 % (w/v) Brij‐35 

in MilliQ‐H2O