
2020-04-16
His标簽融合蛋白的純化是借助于層析介質上的過渡金屬離子(如Cu2+、Zn2+、Ni2+、Co2+等)與His融合蛋白上的His标簽的配位作用實現目标蛋白的分離。組氨酸(His)的殘基上帶有1個咪唑基團,可以和Ni2+等過渡金屬離子形成配位鍵而選擇性的結合在金屬離子上,這些金屬離子通過螯合配體固定在層析介質上,因此帶有His标簽的蛋白可以特異性的吸附在螯合了Ni2+等過渡金屬離子的層析介質上,而其他不含His标簽的雜質蛋白則不能吸附或僅微弱吸附在介質上。通過提高緩沖液中的咪唑濃度進行競争性洗脫,可以将His标簽融合蛋白從層析介質上解吸附下來,從而得到較高純度的目标蛋白。
常用的His标簽融合蛋白純化的填料有Ni Tanrose 6FF(NTA/IDA)金屬螯合親和填料,但是在使用過程這種常常會出現一些問題,這裡就給各位老師介紹下常見問題和解決方案
填料清洗
當填料使用過程中發現反壓過高或者填料上面出現明顯的污染時,需要進行在位清洗操作 (Cleaning-in-Place,CIP)。
建議按照下面操作去除填料上殘留的污染物,如沉澱蛋白、疏水蛋白和脂蛋白等。
去除強疏水結合的蛋白,脂蛋白和脂類
通過使用 30%異丙醇清洗 5-10 個柱體積,接觸時間為 15-20 分鐘可以去除此類污染物。然後,再使用 10 倍柱體積的去離子水清洗。也可以選擇使用含有去污劑的酸性或堿性溶液, 清洗填料 2 倍柱體積。例如,含有 0.1–0.5% 非離子去污劑的 0.1 M 醋酸溶液,接觸時間 為 1–2 小時。去污劑處理後,需要使用 70%的乙醇清洗 5 個柱體積,以徹底去除去污劑。更後使用 10 倍柱體積的去離子水清洗。
去除離子作用結合的蛋白
使用 1.5M NaCl 溶液接觸時間為 10-15 分鐘清洗。然後,再使用去離子水清洗 10 個柱體 積。
填料再生
組氨酸标簽蛋白親和純化填料所帶的鎳離子不需要經常螯合去除和重新挂鎳離子。當填料使 用過程中發現顔色變淺,或者填料載量明顯變低時,需要進行對填料進行鎳離子剝離和重新 挂鎳離子,也就是填料再生。将填料裝填在合适的層析柱内,按照下面操作流程進行鎳離子 剝離和重新挂鎳離子。
1. 使用 0.2 M 醋酸溶液(含 6 M GuHCl)清洗 2 倍柱體積;
2. 使用去離子水清洗 5 倍柱體積;
3. 使用 2% SDS 清洗 3 倍柱體積;
4. 使用去離子水清洗 5 倍柱體積;
5. 使用乙醇清洗 5 倍柱體積;
6. 使用去離子水清洗 5 倍柱體積;
7. 使用 100 mM EDTA (pH 8.0)清洗 5 倍柱體積;
8. 使用去離子水清洗 5 倍柱體積;
9. 使用 100 mM NiSO4 清洗 5 倍柱體積;
10. 使用去離子水清洗 10 倍柱體積;填料再生後,可以立即使用,也可以保存在 20%的乙醇中,置于 4°C 保存。
常見問題及解決方案
01. 蛋白不挂柱
可能原因:His标簽是否丢失
解決方案:大腸杆菌表達外源蛋白過程中,常出現序列丢失的現象,若是标簽丢失,蛋白自然就無法挂柱了。可采用Western-Blot方法通過His抗體檢測目标蛋白是否存在His标簽。
可能原因:His标簽是否暴露在融合蛋白表面
解決方案:在蛋白中加入适量的尿素或者鹽酸胍等變性劑,若此時蛋白可以挂柱,說明蛋白表達過程中His标簽可能暴露不充分,這個時候可以嘗試在緩沖液中加入變性劑進行純化。若因蛋白本身原因不能添加變性劑,則隻能嘗試上遊條件的修改,要麼增加His标簽長度,提高标簽暴露的幾率,要麼修改His标簽的位置。
可能原因:更換過渡金屬離子
解決方案:如果選擇用的是Ni2+或Co2+,換成Cu2+或Zn2+則就有可能挂柱了。
可能原因:緩沖液選擇是否正确
解決方案:如果緩沖液中需要添加巯基乙醇或二硫蘇糖醇(DTT)等還原劑,則需要選擇具有NTA配基的螯合介質(常規條件下選擇IDA配基的螯合介質即可)。
如果緩沖液中含有EDTA等具有強螯合作用的試劑,應在純化前去掉。
此外,适當提高緩沖液pH值、降低緩沖液中的鹽濃度或者更換成磷酸鹽緩沖液都可能提高His标簽蛋白的挂柱能力。
可能原因:提高接觸時間
解決方案:适當降低流速,提高蛋白與螯合介質的接觸時間,可以提高目标蛋白的挂柱能力。
02. His标簽蛋白挂柱後洗脫不下來
可能原因:洗脫強度不夠
解決方案:可适當增加洗脫液中咪唑的濃度或者降低pH值。
可能原因:蛋白和層析介質之間存在非特異性吸附
解決方案:可以嘗試在洗脫液中添加去垢劑(如0.2%的TritionX-100)。
可能原因:蛋白是否沉澱在層析介質内部
解決方案:可以嘗試降低上樣量或通過咪唑梯度洗脫的方式來避免蛋白沉澱。
可能原因:改變緩沖液條件
解決方案:降低緩沖液pH、提高咪唑濃度、提高鹽濃度或者換成Tris-HCl緩沖液都有可能解決目标蛋白洗脫不下來的問題。
可能原因:更換過渡金屬離子
解決方案:如果用的是Ni2+,可以嘗試換成Co2+,降低目标蛋白與過渡金屬離子的螯合作用。
03. 洗脫後的His标簽蛋白純度不夠
可能原因:優化過渡金屬離子種類
解決方案:純度不夠的主要原因是宿主細胞蛋白中的一些含有組氨酸的雜蛋白吸附在鏊合介質上。因此,可以采用螯合能力弱的Co2+作為過渡金屬離子,使得含有組氨酸的雜蛋白無法吸附在介質上,從而提高目标蛋白的純度。
可能原因:優化上樣和洗脫條件
解決方案:尋找更優的上樣和洗脫條件,抑制雜蛋白的吸附(如增加上樣緩沖液中咪唑的濃度),将雜蛋白和目标蛋白盡可能的分開。
可能原因:雙标簽純化
解決方案:在進行上遊構建時,給目标蛋白加雙重标簽,通過兩步親和層析,提高目标蛋白的純度。
可能原因:多步純化
解決方案:在金屬螯合層析之後,根據蛋白分子量大小和帶電荷情況,加一步凝膠過濾層析或者離子交換層析,嘗試将目标蛋白與雜質進一步分離開來,提高目标蛋白純度。
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