实验室札记\(\def\h填{\hskip5em}\def\hfil{\hski p3em}\def\eqno#1{\hfil{#1}}\)

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应用
结晶学
国际标准编号:1600-5767

用“油下微胶囊”法控制蛋白质结晶中的蒸发速率

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以色列Rehovot 76100 Weizmann科学研究所结构生物学系,b条以色列雷霍沃特76100魏茨曼科学研究所生物化学系,c(c)以色列Rehovot 76100 Weizmann科学研究所神经生物学系d日以色列韦兹曼科学研究所以色列结构蛋白质组学中心,Rehovot 76100,Israel
*通信电子邮件:joel.sussman@weizmann.ac.il

(收到日期:2008年7月16日; 2008年7月31日接受; 在线2008年8月30日)

油下微批结晶是获得蛋白质晶体的一个强有力的过程。使用这种方法,在液态油下分配蛋白质水溶液,水通过油层蒸发,蛋白质和沉淀剂的浓度随之增加,直到达到成核点。提出了一种调节水蒸发速率的技术,该技术可以微调结晶条件,并防止微滴结晶托盘中的水滴完全干燥。

1.简介

油下微批结晶(Chayen等人。, 1990【Chayen,N.E.,Shaw Stewart,P.D.,Maeder,D.L.&Blow,D.M.(1990),《应用结晶学杂志》,第23期,第297-302页。】)是一种广泛使用且稳健的蛋白质结晶方法。在这种方法中,将纳米升的蛋白质和沉淀剂滴入结晶托盘的各个孔中,然后用液体石蜡油或石蜡和硅油的混合物覆盖(Chayen,1997【Chayen,N.E.(1997),《应用结晶学杂志》,第30期,198-202页。】, 1998【Chayen,N.E.(1998),晶体学报,D54,8-15。】; 达西等人。, 2004[D'Arcy,A.,Mac Sweeney,A.和Habera,A.(2004)。《同步辐射杂志》11,24-26。], 2003[D’Arcy,A.,Mac Sweeney,A.,Stihle,M.&Haber,A.(2003),《水晶学报》D59,396-399.]). 结晶液滴中的水通过液态油层慢慢蒸发,导致蛋白质和沉淀剂的浓度增加,这通常会产生蛋白质晶体。

该方法的一个显著缺点是,在实验完成后的几周内,水滴溶液完全干燥。过度干燥通常会导致盐层的形成,导致蛋白质晶体的分解,并伴随衍射能力的损失。下面我们描述了一个简单的程序,它允许控制蒸发速度并防止水滴变干。

关键创新是在微滴结晶托盘中加入了一个储水器(图1[链接]). 通过适当选择储液罐内溶液的蒸汽压力,可以控制微滴的蒸发速度,并消除其干燥的风险。

[图1]
图1
道格拉斯蒸汽分批疏水结晶板。结晶液滴在油下被分配到板的中心部分的井中。油滴上方托盘内的湿度由储液罐中液体的蒸汽压力决定。

2.方法

2.1. 结晶

酸性-β-葡萄糖苷酶(卡彻等人。, 2008【Kacher,Y.,Brumshtein,B.,Boldin-Adamsky,S.,Toker,L.,Shainskaya,A.,Silman,I.,Sussman,J.L.&Futerman,A.H.(2008),生物化学出版社。】; 德维尔等人。, 2003[Dvir,H.、Harel,M.、McCarthy,A.A.、Toker,L.、Silman,I.、Futerman,A.H.和Sussman,J.L.(2003)。EMBO代表4,704-709。])是为测试方法而选择的酶。它是一种分子量为~60 kDa的糖蛋白,pI=7.2。使用的制剂是一种重组形式的酸-β-植物细胞中表达的葡萄糖苷酶(Shaaltiel等人。, 2007【Shaaltiel,Y.、Bartfeld,D.、Hashmueli,S.、Baum,G.、Brill-Almon,E.、Galili,G.,Dym,O.、Boldin-Adamsky,S.A.、Silman,I.、Sussman,J.L.、Futerman,A.H.和Aviezer,D.(2007),《植物生物技术杂志》第5期,第579-590页。】). 浓缩至5 mg ml−1100米M(M)氯化钠/10米M(M)柠檬酸盐,pH 5.5,含7%(v(v)/v(v))乙醇。在结晶试验中,使用蛋白质溶液和0.2的1:1混合物M(M)钠/KPO4/20%(w个/v(v))PEG 3350,其是Qiagen PACT屏幕的组分之一(Qiagen Inc.,Valencia,CA,USA)。此外,故意选择蛋白质不结晶的条件,这样晶体的形成不会妨碍体积测量。将结晶液滴(0.55µl)分配到Douglas Vapor Batch疏水结晶板中(网址:https://www.douglas.co.uk)(图1[链接])4 ml Al’s油(1:1石蜡到硅油)(D'Arcy等人。, 1996[D’Arcy,A.,Elmore,C.,Stihle,M.&Johnston,J.E.(1996),《晶体生长杂志》,168,175-180.])利用IMPAX 1–5结晶机器人(网址:https://www.douglas.co.uk)。

所使用的板块在其周边包含蓄水池(见图1[链接])可以用所需成分的溶液填充。采用五组条件考察了储层组成对结晶液滴浓缩速率的影响:(1)空储层(完全没有液体);(2) 储液罐中4 ml蒸馏水;(3) 4毫升0.5M(M)氯化钠;(4) 1 M(M)氯化钠;(5) 2 M(M)氯化钠。

2.2. 液滴体积测量

在每个盘子中,分配48滴。为了跟踪蒸发随时间的变化,在所有托盘中的相同位置选择八个液滴进行监测。使用配备XR12透镜的奥林巴斯显微镜测量其直径,放大倍数为×90。使用显微镜标尺测量液滴的水平直径(图2[链接])假设液滴是球形的。通过测量其初始直径,使用公式计算体积,证明了该假设的有效性= (4/3)π第页,并将此计算体积与分配的体积进行比较。每天测量液滴直径,持续14天。将平板保持在295 K,外部湿度为65–75%。

[图2]
图2
结晶板井中油下的结晶液滴图像。测量的液滴直径用双头箭头表示。

3.结果

图3显示了储液罐中溶液在不同蒸汽压力条件下计算出的液滴体积的下降率[链接]数据清楚地表明,改变储液器中水溶液的盐浓度,从而改变蒸汽压,显著地改变液滴体积的下降速率。盐浓度越低,蒸汽压越高,体积下降率越低。水库中有水时,可以有效地在长达两年的时间内完全防止水滴的浓缩,在这种情况下,水滴中的晶体保持其完整性和衍射能力。在一些实验中,托盘用副膜包裹,但这对蒸发速度没有影响(未显示)。

[图3]
图3
结晶液滴脱水。结晶体积随时间而下降。每个点代表八个结晶液滴的平均直径。1的标准偏差σ通常低于计算体积的15%(未显示)。

4.讨论

所提供的实验数据明确表明,通过调节结晶托盘内的蒸汽压力,可以控制油程序下微容器中液滴体积的下降速度。这是通过向托盘周围的储液罐中添加所需浓度的盐溶液来实现的。尽管这些储存器最初旨在包含覆盖结晶液滴的过量油,但它们也被证明可用于其他目的,例如在逆转录病毒衣壳蛋白结构域结晶方案中用作2-丙醇的储存器(Mortuza等人。, 2004【Mortuza,G.B.,Haire,L.F.,Stevens,A.,Smerdon,S.J.,Stoye,J.P.&Taylor,I.A.(2004),《自然》(伦敦),431,481-485。】)。

该技术允许调节晶体形成和生长的速率,因为可以通过降低盐浓度并同时提高蒸汽压来尽可能多地降低浓缩速率。该技术的另一个优点是能够完全阻止蒸发,从而消除干燥的风险,干燥会导致晶体分解,从而导致衍射能力的损失。

在储液罐中含有蒸馏水的实验中,油内和塑料表面上的小水滴(~0.01–0.05µl)冷凝产生了一种不良的人造物。这可能是由于温度波动,或者更有可能是由于蒸馏水的高蒸汽压。使用低至0.5的盐浓度可以避免这种人为现象M(M)氯化钠。

综上所述,上述新方法提供了一种方法,用于控制油程序下批次结晶液滴中溶剂的蒸发速度,并避免液滴长时间干燥。

鸣谢

我们感谢道格拉斯仪器有限公司(网址:https://www.douglas.co.uk/)允许使用图2的模板图片[链接]以及Patrick Shaw Stewart博士对这份手稿的非常有用的评论。本研究得到了以色列科学基金会、欧盟委员会第六框架研究和技术开发计划“SPINE2-COMPLEXES”项目(合同号:031220)和“Teach-SG”项目(协议号:ISSG-CT-2007-037198)、Kimmelman生物分子结构和组装中心(以色列Rehovot)、,Benoziyo神经科学中心、Divadol基金会、Nalvyco基金会、Bruce Rosen基金会、Jean and Julia Goldwurm纪念基金会、Neuman基金会、Kalman and Ida Wolens基金会以及Erwin Pearl先生的研究拨款。JLS是Morton and Gladys Pickman结构生物学教授。

工具书类

第一次引用Chayen,N.E.(1997年)。J.应用。克里斯特。 30, 198–202. 交叉参考 中国科学院 科学网 IUCr日志 谷歌学者
第一次引用Chayen,N.E.(1998年)。《水晶学报》。D类54, 8–15. 科学网 交叉参考 中国科学院 IUCr日志 谷歌学者
第一次引用Chayen,N.E.、Shaw Stewart,P.D.、Maeder,D.L.和Blow,D.M.(1990年)。J.应用。克里斯特。 23, 297–302. 交叉参考 中国科学院 科学网 IUCr日志 谷歌学者
第一次引用D’Arcy,A.、Elmore,C.、Stihle,M.和Johnston,J.E.(1996)。J.克里斯特。增长,168, 175–180. 交叉参考 中国科学院 科学网 谷歌学者
第一次引用D'Arcy,A.、Mac Sweeney,A.和Habera,A.(2004)。J.同步辐射。 11, 24–26. 科学网 交叉参考 中国科学院 IUCr日志 谷歌学者
第一次引用D’Arcy,A.、Mac Sweeney,A.、Stihle,M.和Haber,A.(2003年)。《水晶学报》。D类59, 396–399. 科学网 交叉参考 中国科学院 IUCr日志 谷歌学者
第一次引用Dvir,H.、Harel,M.、McCarthy,A.A.、Toker,L.、Silman,I.、Futerman,A.H.和Sussman,J.L.(2003)。EMBO代表。 4, 704–709. 科学网 交叉参考 公共医学 中国科学院 谷歌学者
第一次引用Kacher,Y.、Brumshtein,B.、Boldin Adamsky,S.、Toker,L.、Shainskaya,A.、Silman,I.、Sussman,J.L.和Futerman,A.H.(2008年)。生物化学。在媒体上。 谷歌学者
第一次引用Mortuza,G.B.、Haire,L.F.、Stevens,A.、Smerdon,S.J.、Stoye,J.P.和Taylor,I.A。(2004).自然(伦敦),431, 481–485. 科学网 交叉参考 公共医学 中国科学院 谷歌学者
第一次引用Shaaltiel,Y.、Bartfeld,D.、Hashmueli,S.、Baum,G.、Brill-Almon,E.、Galili,G.,Dym,O.、Boldin-Adamsky,S.A.、Silman,I.、Sussman,J.L.、Futerman,A.H.和Aviezer,D.(2007年)。植物生物技术。J。 5, 579–590. 科学网 交叉参考 公共医学 中国科学院 谷歌学者

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