CC BY
46
УДК 577.158.54
ГИБРИДНЫЕ БЕЛКИ ЛЮЦИФЕРАЗА-СТРЕПТАВИДИН. ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА
Д.В. Смирнова, М.И. Кокшаров, И.Н. Зоров, Н.Н. Угарова
(кафедра химической этимологии химического факультета МГУ; е-mail: [email protected])
Сконструированы плазмиды, кодирующие гены гибридных белков термостабильного мутанта (TS) люциферазы cветляков Lucióla mingrelica (Luc) то стрептавидином (SA) и полигистидиновой последовательностью (His^) на N- или С-конце белка: SA-Luc-His6, His6-SA-Luc, Luc-SA-His6. Гибридные белки наработаны, очищены, изучены их состав, люциферазная активность, термостабильность, спектры биолюминесценции и способность связывать биотин. Введение стрептавидина не влияет на спектры биолюминесценции, но при 470С уменьшает термостабильность вдвое. Методом эксклюзионной хроматографии показано, что в зависимости от структуры плазмиды гибридные белки экспрессируются в виде димеров, тетрамеров и более высокомолекулярных олигомеров, которые отличаются по люциферазной активности и способности связывать биотин. Наиболее оптимальными свойствами обладает гибридный белок His6-SA-Luc.
Ключевые слова: люцифераза светляков, Luciola mingrelica, гибридный белок, стрептавидин, олигомерные формы.
Биотин-стрептавидиновые высоко аффинные взаимодействия (К = 10 15 М) широко используются в разных областях биохимии и молекулярной биологии. На их основе создано множество биоаналитических реагентов, где комплекс биотин-стрептавидин выступает в качестве мостика между изучаемыми молекулами. Гибридные белки, содержащие стрептавидин, получают как химической конъюгацией, так и генно-инженерным путем, причем последний способ является приоритетным, поскольку химическая конъюгация не всегда позволяет воспроизводимо получать гибриды строго определенной стехиометрии. Гибридные белки со стрептавидином получены для белка А [1], TAT-белка [2], золотосвязывающего белка и его конъюгата с пероксидазой хрена [3], а также для различных небольших белков (менее 80 ам.о.), таких как натрийуретические пептиды [4].
Среди гибридных белков стрептавидина особое место занимают белки на основе фотопротеинов, сочетающие высокую чувствительность детекции фотопротеина с высокой селективностью стрепта-видина. Это открывает возможности использования таких белков в биоаналитических системах [5]. Для акворина были получены коньюгаты со стрептавиди-ном химическим путем [6]. Гибридный белок акво-рин-стрептавидин в клетках E. coli экспрессировался в виде телец включения, что требует проведения процедуры рефолдинга [7]. Нативные гибридные белки
стрептавидина с зеленым флуоресцентным белком [8] и люциферазой P. plagiophthalamus [9] были получены в клетках насекомых S. frugiperda. В клетках E. coli были получены гибридные белки для зеленого флуоресцентного белка [10] и люциферазы светляков Luciola lateralis [11]. Однако отсутствие His6 в упомянутых конструкциях значительно усложняет процедуру выделения и очистки гибридных белков. Гибридный белок люциферазы светляков со стрептавидином, содержащий His6, описан в статье [12], однако активность гибридного белка составляет всего 10% от активности исходной люциферазы. Известно, что стрептавидин образует тетрамеры, которые обладают высоким сродством к биотину [13]. Однако данные об олигомерном составе полученных гибридных белков, весьма важные для правильной интерпретации аналитических данных, отсутствуют.
Цель данной работы - конструирование плаз-мид для высокоэффективной экспрессии гибридного белка люциферазы светляков со стрептавидином, наработка высокоочищенных продуктов, изучение их олигомерного состава и физико-химических характеристик. В качестве люциферазы был использован высокоактивный термостабильный мутант (TS) люциферазы Luciola mingrelica [14]. В результате сравнения разных конструкций была выбрана оптимальная для получения гибридного белка с высокой активностью стрептавидина и люциферазы.
Материалы и методы
Использовали аденозин-5'-трифосфат (ATP), ди-тиотреитол (ДТТ), бычий сывороточный альбумин (БСА) («Sigma», США), D-люциферин (LH2) («Люм-тек», Россия), олигонуклеотиды («Синтол», Россия), TaqSE ДНК-полимеразу фага («СибЭнзим», Россия), Taq ДНК-полимеразу, T4 ДНК-лигазу («Силекс», Россия) и ряд рестриктаз фирм «Сибэнзим» (Россия), «Fermentas» (Литва) и «Boehringer Mannheim» (Гер-мания). Для выделения плазмид из клеток E. coli и элюции фрагментов ДНК из агарозного геля использовали наборы фирмы («Qiagen», Германия). Использовали набор для биотинилирования фирмы «Силекс» (Россия). Металло-хелатную хроматографию проводили на колонке HisTrap HP, эксклюзионную хроматографию проводили на колонке Superóse 12 («GE healthcare», США).
Конструирование плазмид, кодирующих гибридные белки. Использовали ген TS люциферазы Lucióla mingrelica [14] и минимальный участок гена стреп-тавидина (119 ам.о.) из полного гена стрептавиди-на, любезно предоставленного В.Г. Григоренко. Ген стрептавидина клонировали с помощью полимераз-ной цепной реакции (ПЦР), используя в качестве матрицы ДНК Streptomyces avidinii. Для амплификации использовали олигонуклеотиды, представленные на схеме 1. При этом к С-концу стрептавидина был добавлен полипептид SSGGSME. В начале и конце ну-клеотидной последовательности были введены сайты рестрикции NdeI и NcoI соответственно (подчеркнуты). ПЦР-продукт был обработан по соответствующим сайтам рестрикции. Из плазмиды, содержащей ген люциферазы (pJGtrc [15] или pETL4 [16]), был вырезан начальный участок гена по сайтам NcoI и BamHI. Фрагменты NdeI-NcoI и NcoI-BamHI субкло-нировали в вектор pETL7 (GenBank No. HQ007050),
содержащий ген TS люциферазы [17], по сайтам NdeI и BamHI. В результате получили плазмиду, кодирующую белок SA-Luc-His6, на основании которой получена плазмида SA-Luc-His6M/G с заменой в гене люциферазы стартового кодона Met на Gly. Для этого фрагмент плазмиды SA-Luc-His6, содержащий ген стрептавидина и регуляторный участок Т7-промотора, амплифицировали методом ПЦР с использованием праймеров, представленных на схеме 2. При этом был введен сайт рестрикции Hind III (подчеркнут). Полученный ПЦР-фрагмент разрезали по сайтам рестрикции NdeI и Hind III и субклониро-вали в вектор BsAp 4TS-Lml-pETL7 [18]. Для получения плазмиды His6-SA-Luc из плазмиды SA-Luc-His6 вырезали фрагмент Nde-BglII, содержащий ген стрептавидина и часть гена люциферазы. Из плазмиды pETL4 вырезали фрагменты BglII-Pst, PstI-NdeI, которые лигировали с фрагментом Nde-BglII.
Для получения плазмиды Luc-SA-His6 ген стрепта-видина амплифицировали методом ПЦР с использованием праймеров, представленных на схеме 3. В начале и конце нуклеотидной последовательности были введены сайты рестрикции ApaI и XhoI соответственно (подчеркнуты). С N-конца стрептавидина был добавлен полипептид GPSGGGGSA, а с C-конца - полипептид GVE. ПЦР-продукт обработали по соответствующим сайтам рестрикции (ApaI и XhoI). Из плазмиды pETL7 вырезали ген TS люциферазы по сайтам рестрикции NheI и ApaI. Фрагменты NheI-ApaI и ApaI-XhoI суб-клонировали в вектор pETL7 по сайтам NheI и XhoI. В результате получили плазмиду, кодирующую белок Luc-SA-His6, содержащий линкер SGGGGSA между генами люциферазы и стрептавидина, а также полипептид GVEHHHHHH на C-конце (His6). Структуры плазмид, подтвержденные методом секвенирования, показаны на рис. 1.
С х е м а 1
Прямой 5'-TTATATTAACATATGGGCATCACCGGCACCTGGTAC-3' и обратный 5 '-TTCCATGGAACCGCCACCAGACACCTTGGTGAAGGTGTCG-3'.
С х е м а 2
Прямой 5' -TAATACGACTCACTATAGGG-3' и
обратный 5 '-CAAAAGCTTGGAACCGCCACTAGACACC-3'.
С х е м а 3
Прямой 5'-TCGGGCCCATCTGGTGGAGGTGGCAGTGCAGGCATCACCGGCACCTGG-3' и обратный 5 '-GTGCTCGAGACCCACCTTGGTGAAGGTGTCGTGG-3'.
Рис. 1. Структуры плазмид, кодирующих гибридные белки люцифераза-стрептавидин
Полученные плазмиды трансформировали в клетки E. coli XL1-Blue, нарабатывали и выделяли в необходимом для дальнейших исследований количестве. Ферменты экспрессировали в клетках E. coli BL21(DE3) CodonPlus, выделяли и очищали с использованием металло-хелатной хроматографии по методу, описанному ранее [16]. Концентрацию гибридных белков определяли по оптической плотности раствора при 280 нм (1,0 ед. опт. плотности соответствует раствору, содержащему 1 мг/мл белка).
Люциферазную активность очищенных гибридных белков определяли по величине максимальной интенсивности биолюминесценции при насыщающих концентрациях субстратов (1 мМ ATP и 0,3 мМ LH2) на люминометре «FB 12» («Zylux», США) [16].
Изучение олигомерного состава гибридных белков проводили методом эксклюзионной хроматографии на колонке Superóse 1 10/300 GL («GE», США)) с использованием хроматографической системы «ÄKTApurifier 10» («GE», США).
100 мкл раствора гибридного белка, содержащего 20 мМ Na-фосфат, 0,5 М NaCl, 300 мМ имидазол, 2 мМ ЭДТА (pH 7,5), наносили на колонку, уравновешенную буферным раствором (50 мМ трис-ацетат, 100 мМ Na^O^j (pH 7,8)), и элюировали тем же раствором со скоростью 0,3 мл/мин. Отбирали фракции объемом 0,5 мл. В каждой фракции определяли люци-феразную активность гибридных белков, используя субстратную смесь, содержащую 0,025 М КН2РО4; 0,025 M К2НРО4; 2 мМ ЭДТА; 7,5 мМ MgSO4; 1 мМ АТР; 0,15 мМ LH2; 1% Неонол-10; 50 мкМ Na4P2O7 (рН 7,8). При этом наблюдался стабильный биолюминесцентный сигнал в течение нескольких минут. Добавляли 10 мкл разбавленного раствора гибридного белка в буферном растворе к 90 мкл субстратной смеси и регистрировали биолюминесцентный сигнал на люминометре «ЛЮМ-1» («Люмтек», Россия).
Изучение необратимой термоинактивации гибридных белков. Готовили раствор гибридного белка (0,01 мг/мл) в охлажденном в снегу 50 мМ трис-
ацетатном буферном растворе (pH 7,8), содержашем 20 мМ MgSO4, 2 мМ ЭДТА, 0,2 мг/мл БСА. В 8-12 тонкостенных микропробирок объемом 0,5 мл вносили по 50 мкл раствора гибридного белка и инкубировали в водном термостате при температуре 47°С. Через определенные промежутки времени отбирали одну пробирку и охлаждали в снегу не менее 15 мин. Для определения активности люциферазы 10 мкл раствора гибридного белка прибавляли к 90 мкл субстратной смеси и регистрировали биолюминесцентный сигнал на приборе «Spectramax-L» («Molecular devices», США).
Спектры биолюминесценции регистрировали на люминесцентном спектрометре «Spectramax-M5» («Molecular devices», США) в режиме «биолюминесценция» для раствора белка, содержащего 10 мкл 10 9 М гибридного белка и 90 мкл субстратной смеси.
Способность гибридных белков связывать био-тин. Биотинилированный БСА получали по методике фирмы «Силекс», разбавляли до концентрации 5 мкг/мл в 50 мМ Na2CO3 (pH 9,6). Параллельно готовили раствор небиотинилированного БСА в такой же концентрации и в том же растворе. По 100 мкл полученных растворов БСА вносили в лунки планшета для иммунноферментного анализа и инкубировали в течение ночи при 4°С при постоянном перемешивании. Затем планшет три раза промывали порциями по 200 мкл буферного раствора PBSТ (pH 7,6; 0,01 М Na-фосфат; 0,15 М NaCl; 0,1% Tween-20), свободную поверхность блокировали 1%-м БСА (2 ч, 37°С, 250 об/мин) и три раза промывали порциями по 200 мкл буферного раствора PBSX В лунки подготовленного планшета вносили по 100 мкл раствора гибридного белка в PBST, инкубировали 1 ч (37°С, 250 об/мин) и промывали порциями по 200 мкл PBST. Затем в лунки вносили по 100 мкл субстратной смеси и измеряли биолюминесцентный сигнал. Для определения исходной активности гибридного белка к 20 мкл его раствора добавляли 80 мкл субстратной смеси, перемешивали и измеряли биолюминесцентный сигнал.
Результаты и их обсуждение
Экспрессия гибридных белков. Полученные плазмиды были наработаны в необходимом количестве и трансформированы в клетках E. coli 21DE3. Выращивание и лизис биомассы гибридных белков проводили по методу [16]. Гибридные белки очищали методом металло-хелатной хроматографии. Результаты представлены в таблице. Высокий процент связывания с колонкой указывает на доступность His6 для связывания с сорбентом. Существенное снижение связывания Luc-SA-His6 можно объяснить особенностями структуры данного гибридного белка, снижающими доступность His6 для связывания с колонкой. Несмотря на значительное снижение выхода гибридных белков в растворимой форме по сравнению с выходом исходной люциферазы (таблица), белки нарабатывались в достаточном для их дальнейшего исследования количестве, и для их экспрессии не требовалось использования шаперонов в отличие от работы [12], где экспрессию проводили в присутствии последних. Значения удельной активности препаратов гибридных белков SA-Luc-His6, SA-Luc-His6M/G и His6-SA-Luc составили 30-50% от активности исходной люциферазы и были в два раза выше, чем активность Luc-SA- His6.
SDS-электрофорез в полиакриламидном геле очищенных гибридных белков (рис. 2) показал, что для SA-Luc-His6 и SA-Luc-His6M/G наблюдаются две полосы (гибридный белок и люцифераза), что свидетельствует о наличии в препарате свободного фермента. Замена стартового Met на Gly привела к снижению содержания свободной люциферазы в два раза по сравнению с SA-Luc-His6. Это можно объяснить тем, что для SA-Luc-His6M/G не происходит коэкспрессии свободной люциферазы. Однако ее присутствие указывает на то, что в процессе получе-
0 1 2 Маркер 3 4
кДа
200 150 120 100
85 70
бо
50 40
Рис. 2. SDS-электрофорез в 10%-м полиакриламидном геле для исходной люциферазы и гибридных белков люцифераза-стрептавидин (0 - люцифераза, 1 - SA-Luc-His6, 2 - SA-Luc-His6 M/G, 3 - His6-SA-Luc, 4 - Luc-SA- His6). Проявление гелей выполняли с помощью красителя Кумасси
ния гибридного белка все-таки наблюдается его расщепление (рис. 2, образцы 1 и 2). Гибридные белки His6-SA-Luc и Luc-SA-His6 не содержали свободной люциферазы, поскольку His6 связан с доменом стреп-тавидина (рис. 2, образцы 3 и 4).
Изучение состава и свойств гибридных белков. Известно [13], что стрептавидин может существовать в форме различных олигомеров (димеров, тетраме-ров, октамеров), обладающих способностью связывать биотин. Известны лишь единичные работы, в которых изучался олигомерный состав гибридных белков (стрептавидин-антитело), содержащих стреп-тавидин [19]. Важно было выяснить, с одной стороны, влияние домена люциферазы на олигомеризацию стрептавидина и его биотинсвязывающую активность, а с другой стороны, влияние структуры оли-
Люцифераза-стрепт авидин
Свойства очищенных препаратов Гибридные белки Люцифераза
SA-Luc-His6 SA-Luc-His6 M/G His6-SA-Luc Luc-SA- His6 Luc
Активность х10 12, КШ/мг 3,2±0,8 2,2±0,2 2,4±0,1 1,0±0,1 6,8±0,1
Выход, мг/200 мл среды 3,8±0,7 2,9±0,2 2,6±0,1 1,9±0,1 22,5±0,3
Связывание с колонкой, % 96 ± 3 86±4 77±1 35±5 89
Время полуинактивации при 47° (мин) 5±0,5 5±0,5 5±0,5 5±0,5 12,5±0,5
Максимум спектра биолю-минесценции при рН 7,8 (нм) 595±5 595±5 595±5 595±5 595±5
гомера на ферментативную активность люциферазы. Выяснение взаимосвязи между структурой и свойствами гибридных белков люцифераза-стрептавидин было необходимо и для выбора гибридного белка с наилучшими характеристиками по активности люциферазы и стрептавидина.
Эксклюзионная хроматография очищенных ме-талло-хелатной хроматографией препаратов гибридных белков люцифераза-стрептавидин (рис. 3) показала, что препараты содержат несколько фракций: мономеры, димеры, тетрамеры и высокомолекулярные олигомеры. Для каждой из полученных фракций были определены относительное содержание каждой фракции (рис. 4, а), удельная люциферазная активность (рис. 4, б) и способность связывать биотин (рис. 4, в). Оказалось, что SA-Luc-His6 M/G и Luc-SA-His6 образуют преимущественно высокомолекулярные фракции. Для SA-Luc-His6 относительное содержание высокомолекулярных олигомеров и тетрамеров близко, а His6-SA-Luc образует преимущественно тетрамеры. Для гибридных белков SA-Luc-His6, His6-SA-Luc и SA-Luc-His6M/G максимальной удельной активностью люциферазы обладают тетрамеры, а для Luc-SA-His6 - высокомолекулярные олигомеры. Содержание и удельная активность свободной люциферазы максимальны для SA-Luc-His6, а для SA-Luc-His6 M/G эти величины в ~2 раза ниже. Способность связываться с биотинилированным БСА, иммобилизованным на поверхности лунок планшета, была определена как отношение люциферазной активности гибридного белка, удерживаемого на поверхности за счет высокоаффинных биотин-стрептавиди-новых взаимодействий, к люциферазной активности исходного раствора гибридного белка. В качестве контроля использовали планшеты с иммобилизован-
ным небиотинилированным БСА (в данном случае связывание составляло менее 0,1%). Показано, что максимальной способностью связываться с биотином обладают фракции димеров и тетрамеров. Высокомолекулярные фракции связываются с биотином в четыре раза хуже, чем тетрамеры и димеры гибридных белков.
Влияние структуры плазмид на состав и свойства гибридных белков. Структура линкера между стрептавидином и люциферазой должна обеспечивать сохранение свойств двух соединяемых белков. Ранее в качестве линкеров для связывания легких и
Рис. 3. Хроматограмма для His6-SA-Luc на колонке Superóse 12 10/30 GL (сплошная линия - оптическая плотность, пунктирная линия - биолюминесцентный сигнал фракции)
Рис. 4. Свойства различных форм гибридных белков лю-цифераза-стрептавидин: а - относительное содержание (отношение интегральной оптической плотности данной формы к суммарному интегралу оптической плотности для данного гибридного белка); б - удельная люциферазная активность (отношение максимальной интенсивности биолюминесценции к концентрации соответствующей формы белка, ЯЬи/мг); в - способность связываться с биотином (отношение интенсивности биолюминесценции олиго-мерной формы, связанной с иммобилизованным биотини-лироваанным БСА, к интенсивности биолюминесценции исходного раствора данной формы, %)
тяжелых цепей антител были использованы последовательности (GGGGS)3 [20] и SSA(DDAKK)4DG [21]. В данной работе мы использовали более короткие подвижные линкеры, SSGGS и SGGGGSA. Как показал хроматографический анализ продуктов, очищенных металло-хелатной хроматографией (рис. 4), при использовании плазмиды SA-Luc-His6 около 30% белка, обладающего биолюминесцентной активностью, находилось в форме свободной люциферазы, причем именно люцифераза определяла активность получаемого препарата. Присутствие свободной лю-циферазы можно объяснить как ее коэкспрессией с гибридным белком, так и протеолитическим расщеплением последнего в процессе его наработки и получения лизата. Чтобы понять причину присутствия примеси свободной люциферазы и свести ее концентрацию к минимуму, мы получили дополнительно две плазмиды. В одной из которых стартовый остаток Met был заменен на Gly (SA-Luc-His6M/G). Действительно, содержание свободной люциферазы в белке (SA-Luc-His6M/G) уменьшилось в два раза, и в этом случае присутствие свободной люциферазы объяснялось именно протеолизом. В плазмиде (His6-SA-Luc) последовательность His6 была перемещена с С-конца гена люциферазы на N-конец гена стрептавидина. В этом случае при металло-хелатной хроматографии гибридный белок отделялся от всех компонентов, не
содержащих Н186, в том числе и от свободной люциферазы, если даже она и экспрессировалась. Белок Ьис-8А-№86, который кодировался плазмидой, содержащей ген стрепттавидина на С-конце люциферазы и Н186 на С-конце стрептавидина, также не содержал свободной люциферазы.
Тетрамерные формы гибридных белков обладали наибольшей биолюминесцентной и биотинсвязываю-щей активностью (рис. 4, б, в), поэтому для них были получены спектры биолюминесценции и проведено измерение термостабильности. Добавление домена стрептавидина, как оказалось, не повлияло на спектры биолюминесценции, однако снизило термостабильность в два раза (таблица).
На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что структура плазмиды существенно влияет на соотношение олигомерных форм, а так же на активность люциферазы и стрептавидина в составе гибридногог белка. Плазмида Н186-8А-Ьис является оптимальной для экспрессии гибридного белка люцифераза-стрептавидин, который образуется преимущественно в высокоактивной тетрамерной форме с высоким сродством к биотину, не содержит примесей активной свободной люциферазы и, следовательно, может быть использован в разработке аналитических систем, основанных на биолюминесцентной детекции.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11-04-00698).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Sano T., Cantor C.R. // Biotechnology 1991. 9. P. 1378.
2. Albarran B., To R.Stayton P.S. // Prot. Engin. Des. Selec. 2005. 18. P. 147.
3. Woodbury R.G., Irani M. // US Patent 2006/0246426. 02.11.2006.
4. Kopetzki E. // US Patent 6136564. 24.10.2000.
5. Hou J., Xu H., Hou H. // CN Patent 101531719. 16.09.2009.
6. Doleman L., Davies L., Rowe L. et al. // Anal. Chem. 2007. 79. P. 4149.
7. Inouye S., Sato J.-i., Sasaki S.Sahara Y. // Biosc. Biotechnol. Biochem. 2011. 75. P. 568.
8. Wang Y., Yu Y., Shabahang S., Wang G.SzalayA. // Mol. Gen. Genom. 2002. 268. P. 160.
9. Karp M., Lindqvist C., Nissinen R. et al. // Biotechniques. 1996. 20. P. 20452.
10. Lamla T., Erdmann V.A. // Prot. Expres. Purif. 2004. 33. P. 39.
11. Tatsumi H., Fukuda M. // JP Patent 7289264. 27.04.1994.
12. Nakamura M., Mie M., Funabashi H. et al. // Biotechnol. Let. 2004. 26. P. 1061.
13. Bayer E.A., Ehrlich-Rogozinski S.Wilchek M. // Electrophoresis. 1996. 17. P. 1319.
14. Кокшаров М.И., Угарова Н.Н. // Вестн. Моск. ун-та. Сер.2. Химия. 2009. 50. С. 23.
15. Devine J.H., Kutuzova G.D., Green V.A. et al. // Biochim. Biophys. Acta. 1993. 1173. P. 121.
16. Кокшаров М.И., Угарова Н.Н. // Биохимия. 2008. 73. С. 1071.
17. Koksharov M.I.,Ugarova N.N. // Prot. Engin. Des. Select. 2011. 24. P. 835.
18. Koksharov M.I., Lv C., Zhai X., Ugarova N.N. et al. // Prot. Expres. Purif. 2013. 90. P. 186.
19. Huston J.S., Levinson D., Mudgett-Hunter M. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1988. 85. P. 5879.
20. Pantoliano M.W., Bird R.E., Johnson S. et al. // Biochem J. 1991. 30. P. 10117.
21. Schultz J., Lin Y., Sanderson J. et al. // Cancer Res. 2000. 60. P. 6663.
Поступила в редакцию 11.11.13
FUSION PROTEINS STREPTAVIDIN-LUCIFERASE. PREPARATION AND PROPERTIES.
D.V. Smirnova, M.I. Koksharov, I.N. Zorov, N.N. Ugarova
(chemical enzymology department, е-mail:[email protected])
Using genetic engineering methods we constructed four plasmids encoding fusion proteins of thermostable mutant (TS) Luciola mingrelica firefly luciferase (luc) and streptavidin (SA) with His6 sequence on the N- or С- terminus of fusions: SA-Luc-His6, His6-SA-Luc, Luc-SA-His6.The fusion proteins were expressed and isolated via metal-chelate chromatography. We studied their oligomeric composition, bioluminescent activity, thermostability, spectra of bioluminescence and biotin-binding ability. It was shown that the total bioluminescent activity of fusion Luc-SA-His6 is 15%, and bioluminescent activity for other proteins is in range 35-50 % from activity of free luciferase TS. It was shown, that addition of SA domain has no influence on bioluminescent spectra of proteins, but lead to two time reduction of thermostability at 47°С. Size-exclusion chromatography showed that according to plasmid structure, fusions form different oligomeric compositions: dimeric, tetrameric and other high molecular weight aggregates, which distinguish by their enzyme activity and affinity to biotin. Fusion His6-SA-Luc has the best properties.
Key words: firefly luciferase, Luciola mingrelica, fusion protein, streptavidin, oligomeric structure.
Сведения об авторах: Смирнова Дарья Васильевна - мл. науч. сотр. химического факультета МГУ ([email protected]); Кокшаров Михаил Иванович - науч. сотр. химического факультета, канд. хим. наук; Зоров Иван Никитич - ст. науч. сотр. химического факультета, канд. хим. наук; Угарова Наталья Николаевна - глав. науч. сотр. химического факультета, докт. хим. наук ([email protected]).
