Cube Biotech科學家 Dr. Barbara Maertens、法蘭克福大學生物物理化學研究所 Dr. Frank Bernhard和Dr. Erik Henrich在Springer旗下的BIOspektrum期刊聯(lián)合發(fā)表文章并提出Cube Biotech 研制的Nanodisc納米磷脂盤是前沿的用于高效提取膜蛋白以及研究膜蛋白結構/功能的新工具。

應用與產(chǎn)品
無細胞生物合成
通過優(yōu)化納米盤脂質環(huán)境產(chǎn)生的功能性膜蛋白

目前對于新型藥物而言，膜蛋白是特別重要的蛋白類型。G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs），離子鍵通道和轉運蛋白促成細胞對細胞的聯(lián)系、接收外部信號、營養(yǎng)素以及有效物質的運輸。膜上的酶參與例如阿爾茨海默的產(chǎn)生，線粒體里能量的產(chǎn)生以及細胞壁合成。膜蛋白的正常折疊、穩(wěn)定和功能通常依賴于一種特殊的脂質環(huán)境。這種特質使得獲取足夠數(shù)量和質量的膜蛋白發(fā)展新的有效應用變得特別困難。
                                                                
無細胞蛋白質合成
無細胞蛋白質合成作為開放的系統(tǒng)，是合成生物學領域的一種重要技術。從埃希氏菌屬的大腸桿菌群可以獲取高質量的溶解產(chǎn)物，其帶有有效的轉錄和表達系統(tǒng)。這種細菌溶解產(chǎn)物的效率明顯優(yōu)于真核溶解產(chǎn)物，并且能產(chǎn)生用于結晶[1,2]或核磁共振光譜進行結構研究所必需的大量復合膜蛋白[3,4]。
 
產(chǎn)物的增加通過合成底物和能量儲備以及一系列特殊添加物而增加。這樣就可以根據(jù)膜蛋白的需求優(yōu)化反應條件[5]。我們使用的二室法（連續(xù)交換無細胞或CECF）可以在20小時內生成每毫升數(shù)毫克的反應物。膜蛋白的無細胞生產(chǎn)十分成功，因為可以消除傳統(tǒng)的細胞生產(chǎn)過程中由于高毒性、強烈的蛋白質分解或低效的細胞膜蛋白提取等原因引起的常見問題。另外，隨后的膜蛋白純化步驟通過親和層析法而減少。甚至要求很高的如GPCRs等膜蛋白也可以在數(shù)天內產(chǎn)出所需求的數(shù)量[6]。
 
膜蛋白的表達穩(wěn)定化
無細胞合成的另一特點是膜蛋白的共轉移溶解可能性。除了去污劑或者其他兩相分子物質，這里還可以使用納米磷脂盤。納米磷脂盤是直徑為8到15納米的雙層磷脂，通過膜支架蛋白（MSP）的不同衍生物和不同脂質聚合起來[7]。因為很多膜蛋白會由于去污劑的變性作用而失去其功能，所以相對而言，這種納米磷脂盤的共轉移溶解是很有價值的另一種選擇。MSP常常帶有組氨酸標簽，所以我們在無細胞反應混合物的膜蛋白納米磷脂盤復合物的純化和固定方面使用了2號鏈球菌或Rho1D4親和標記。
 
用于膜蛋白質量優(yōu)化的脂質分析方法
磷脂結構影響納米磷脂盤膜的厚度、流動性和表面負荷，并且因此大大影響了膜蛋白的插入、折疊和穩(wěn)定性。另外，特殊磷脂通常是膜蛋白的必要構件[8]。因此，必須對每個目標蛋白質進行不同脂質、不同脂質混合物和不同納米磷脂盤大小的全面分析[9]。我們開發(fā)的分析平臺能夠在不同微量滴定形式下進行反應條件和添加物的平行分析[圖1]。記錄過程分為三個階段：(1)通過調整反應條件優(yōu)化蛋白質表達率，(2)針對來自MSP和脂質以及脂質混合物的不同組合的納米磷脂盤進行共轉移溶解評估，納米磷脂盤濃縮物調整表達率和目標基因的插入效率，(3)對獲取的蛋白/納米磷脂盤復合物通過適當?shù)姆椒?，例如，通過對酶活性的確定或者配體的結合進行分析。
 
對去污劑敏感的膜蛋白的生成
人類內皮細胞受體ETA和ETB是血壓及其他生理過程的基本調節(jié)器。由去污劑膠粒包裹的G蛋白偶聯(lián)受體的不穩(wěn)定性阻礙了其體外分析。只能通過在預制的納米磷脂盤里的共轉移插入，通過優(yōu)化的脂質組分穩(wěn)固兩個G蛋白偶聯(lián)受體，并且通過表面等離子共振光譜（SPR）檢查兩個G蛋白偶聯(lián)受體。（圖2A）。以確定的ETA和ETB不同配位可選性和高階仿射配體結合與不同組織發(fā)出的數(shù)據(jù)一致。