mosquito LCP:让膜蛋白结晶触手可及[新品推荐]

【字体: 时间:2012年08月17日 来源:生物通

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  mosquito® LCP为一个富有挑战性的手动过程提供了高通量、高准确性和无以伦比的重复性。它固有的灵活性使结晶学中其他气相扩散方法得以开展,为科学家们带来了广泛的选择,可满足任一具体项目。它的精确、可靠和易用让更多的科学家有机会使用到这种新颖的膜蛋白结晶技术。

mosquito® LCP为一个富有挑战性的手动过程提供了高通量、高准确性和无以伦比的重复性。它固有的灵活性使结晶学中其他气相扩散方法得以开展,为科学家们带来了广泛的选择,可满足任一具体项目。它的精确、可靠和易用让更多的科学家有机会使用到这种新颖的膜蛋白结晶技术。

完整的膜蛋白如G蛋白偶联受体(GPCR)和离子通道,是参与细胞信号通路、细胞稳态和人类疾病的关键分子;大约三分之一已批准的药物靶定了这些蛋白。因此,获得膜蛋白的高分辨率结构信息,以便与分子和细胞数据互补,对科学界和药物开发行业相当重要。

众所周知,膜蛋白很难纯化和结晶,因为它们在天然脂双层之外的环境中不稳定,容易沉淀。正因为如此,使用水溶液的结晶学传统方法不适合它们的重新溶解。在1996年,科研人员开发出一种in meso脂立方相(LCP)技术,实现了细菌视紫红质的结晶1,从那以后也彻底改变了膜蛋白的结晶过程。这种方法为膜蛋白的成核和生长提供了一个框架,从而促进了结晶。

LCP结晶是通过两个步骤开展的。首先,蛋白与脂类混合,自发形成脂立方相,产生了果冻状的高粘稠物质。为了加强结晶,还添加了添加剂和沉淀物,取决于不同条件,结晶一般在数日或数周出现。

结晶试验通常包括在样品上试验的大量条件。高效的结晶试验不仅需要尽可能降低样品体积,以确保宝贵蛋白的最大限度利用,还需要自动化开展,以便减少艰苦的体力劳动并加速平板制备过程。自动化减少了手动移液的误差,并确保了样品均一性。

目前与LCP方法相关的多个技术问题为此过程的自动化带来了挑战。然而,主要问题在于很难准确处理小体积且极为粘稠的立方相材料,直到最近,这一问题才成功解决。

脂类/蛋白相的混合和处理

蛋白和脂类的混合问题是由Martin Caffrey成功解决的,这位科学家目前在都柏林的圣三一学院,他开发出一种方法来连接两个注射器,一个含有脂类,而另一个含有蛋白,这两个注射器由体积连接器相连。注射器之间蛋白和脂类的来回反复混合使得脂立方中间相形成2。

mosquito® LCP移液设备旨在将LCP材料和筛选缓冲液的纳升级分液过程自动化。它是通过TTP LabTech、Gebhard Schertler和Pat Edwards之间的合作项目而开发的。

通过一个可选的LCP混合器,mosquito® LCP为in meso(LCP)技术提供了一个全自动的方案,从而显著提高了设置筛选平板的速度。准确分配纳升级LCP溶液的能力,其体积比手动方法要小得多,节省了宝贵的样品,实现了更多筛选条件的评估。

LCP分液准确性和重复性

mosquito® LCP的可靠性是基于其注射器分液臂和mosquito移液器吸头准确分配LCP液滴和筛选溶液的能力,确保了液滴体积和位置的一致,从而避免了手动误差。

mosquito® LCP融合了已被广泛接受的mosquito® Crystal的特征和功能,将mosquito移液头与微注射器分液器相结合,能将25-2000 nl的LCP材料准确分配至载玻片或市售的平板上。mosquito® LCP与所有SBS形式的平板兼容,包括最近由Schertler小组和SWISSCI开发的LCP平板,它能实现晶体的高效成像。

mosquito® LCP分配体积的分析证明了它的高准确性,对于低至25 nl的体积,误差小于10%。图1表明,对于所有检测的体积,液滴体积的变异系数(CV)百分比小于10%,且随体积增加而逐渐降低。

每孔中液滴的精确和重复定位(在5 μm之内)确保了LCP液滴顶部的准确缓冲液覆盖以及膜蛋白晶体的高效成像(图2)。一旦分配了LCP液滴(图2a),会迅速地将沉淀剂直接加在这些液滴上,让它们暴露在空气和环境影响中的时间缩短至2秒以内(图2b)。

图1 | mosquito® LCP注射器的分液准确性变化小于10%。在膜蛋白结晶常用的100 μl体积,其准确性提高至6%。

图2 | 利用TTP LabTech的mosquito® LCP精确且重复地放置每孔中的液滴。(a) 正向置换注射器泵将50 nl LCP液滴分配至96孔板中,且在5 μm之内。(b) 利用mosquito一次性吸头将纳升级的沉淀剂以列形式快速分配至LCP液滴上,从而减少了LCP液滴在空气和环境影响中的暴露。

沉淀和结晶

在优化结晶过程的筛选阶段,一个准确的自动化移液系统的真正好处变得明显。在此阶段要研究各种添加剂(如去垢剂、有机物、盐)和市售的沉淀剂,以确定晶体形成的最佳条件。

mosquito Crystal、mosquito® LCP臂和移液头的组合实现了全自动的LCP液滴、添加剂和沉淀剂分配,让96孔板的设置可在5分钟内完成,且独特的正向置换吸头允许多次吸取和沉淀剂添加。一次性吸头保证了零交叉污染,避免了耗时的吸头洗涤。

让整个过程自动化不仅节省了时间和精力,也确保了分配的液体体积和液滴位置的重复性,这对膜蛋白的高效结晶很关键。图3显示了最近利用TTP LabTech的mosquito® LCP对β-肾上腺素受体的成功结晶,从而实现了这种膜蛋白的高分辨率结构确定。

图3 | 利用TTP LabTech的mosquito® LCP对β-肾上腺素受体的结晶。(a) LCP设置中的β-肾上腺素受体是在LCP夹心板中以280 nm波长的光成像的。(b) LCP晶体中的β-肾上腺素受体层与膜平面大致垂直。(图片是由T. Warne、P. Edwards和G. Schertler提供的。)

就所有蛋白的结晶学而言,环境(温度和湿度)对洁净过程的影响至关重要。对于高度敏感的膜蛋白更是如此。TTP LabTech的mosquito® LCP仪器的小巧和稳定不仅确保了它的占地面积很少,还让科学家能够将其转移至环境可控的空间,便于膜蛋白的成功结晶。

欢迎索取mosquito LCP的更多资料!

1. Landau, E.M. & Rosenbusch, J.P. Lipidic cubic phases: a novel concept for the crystallization of membrane proteins. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 14532–14535 (1996).
2. Cheng, A., Hummel, B., Qiu, H. & Caffrey, M. A simple mechanical mixer for small viscous lipid-containing samples. Chem. Phys. Lipids 95, 11–21 (1998).

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