Etiqueta de proteína

Péptido artificial unido a una proteína para marcar

Las etiquetas de proteínas son secuencias peptídicas injertadas genéticamente en una proteína recombinante . Las etiquetas se adjuntan a las proteínas para diversos fines. Se pueden agregar a cualquier extremo de la proteína diana, por lo que son específicos del extremo C o del extremo N o son específicos tanto del extremo C como del extremo N. Algunas etiquetas también se insertan en sitios dentro de la proteína de interés; se les conoce como etiquetas internas. ^[1]

Se añaden etiquetas de afinidad a las proteínas para que puedan purificarse a partir de su fuente biológica bruta mediante una técnica de afinidad. Las etiquetas de afinidad incluyen la proteína de unión a quitina (CBP), la proteína de unión a maltosa (MBP), Strep-tag ^[2] y glutatión-S-transferasa (GST). La etiqueta poli(His) es una etiqueta proteica ampliamente utilizada, que se une a matrices que contienen iones metálicos inmovilizados.

Las etiquetas de solubilización se utilizan, especialmente para proteínas recombinantes expresadas en especies como E. coli , para ayudar en el plegamiento adecuado de las proteínas y evitar que se agreguen en cuerpos de inclusión . Estas etiquetas incluyen tiorredoxina (TRX) y poli(NANP). Algunas etiquetas de afinidad tienen una doble función como agente de solubilización, como MBP y GST.

Las etiquetas de cromatografía se utilizan para alterar las propiedades cromatográficas de la proteína y lograr una resolución diferente en una técnica de separación particular. A menudo, estos consisten en aminoácidos polianiónicos, como la etiqueta FLAG o la etiqueta de poliglutamato. ^[3]

Las etiquetas de epítopos son secuencias peptídicas cortas que se eligen porque los anticuerpos de alta afinidad pueden producirse de manera confiable en muchas especies diferentes. Generalmente derivan de genes virales, lo que explica su alta inmunorreactividad. Las etiquetas de epítopos incluyen la etiqueta ALFA, la etiqueta V5, la etiqueta Myc , la etiqueta HA , la etiqueta Spot , la etiqueta T7 y la etiqueta NE . Estas etiquetas son particularmente útiles para experimentos de transferencia Western , inmunofluorescencia e inmunoprecipitación , aunque también encuentran uso en la purificación de anticuerpos.

Las etiquetas de fluorescencia se utilizan para dar una lectura visual de una proteína. La proteína fluorescente verde (GFP) y sus variantes son las etiquetas fluorescentes más utilizadas. ^[4] Las aplicaciones más avanzadas de GFP incluyen su uso como reportero plegable (fluorescente si está plegado, incoloro si no).

Las etiquetas de proteínas pueden permitir una modificación enzimática específica (como la biotinilación mediante biotina ligasa) o una modificación química (como el acoplamiento a otras proteínas a través de SpyCatcher o la reacción con FlAsH-EDT2 para obtener imágenes de fluorescencia). A menudo, las etiquetas se combinan para conectar proteínas con muchos otros componentes. Sin embargo, con la adición de cada etiqueta existe el riesgo de que la función nativa de la proteína pueda verse comprometida por las interacciones con la etiqueta. Por lo tanto, después de la purificación, las etiquetas a veces se eliminan mediante proteólisis específica (por ejemplo, mediante proteasa TEV , trombina , factor Xa o enteropeptidasa ) o corte y empalme de inteína .

Lista de etiquetas de proteínas

(Ver Aminoácido proteinogénico#Propiedades químicas para los códigos de aminoácidos AZ)

Etiquetas peptídicas

• ALFA-tag, una etiqueta peptídica helicoidal diseñada de novo (SRLEEELRRRLTE) para aplicaciones bioquímicas y de microscopía. La etiqueta es reconocida por un repertorio de anticuerpos de dominio único ^[5]
• AviTag, un péptido que permite la biotinilación mediante la enzima BirA y que permite aislar la proteína mediante estreptavidina (GLNDIFEAQKIEWHE)
• C-tag, un péptido que se une a un anticuerpo de camélido de dominio único desarrollado mediante presentación en fagos (EPEA) ^{[6] [7]}
• Etiqueta de calmodulina, un péptido unido a la proteína calmodulina (KRRWKKNFIAVSAANRFKKISSSGAL)
• i CapTag™ ( intein Cap ture Tag ), una etiqueta basada en péptidos que se elimina automáticamente (MIKIATRKYLGKQNVYGIGVERDHNFALKNGFIAHN). El i CapTag™ se controla mediante el cambio de pH (normalmente de pH 8,5 a pH 6,2). Por lo tanto, esta tecnología se puede adaptar a una amplia gama de tampones ajustados a los valores de pH objetivo de 8,5 y 6,2. La pureza esperada de las proteínas o péptidos diana está entre el 95 y el 99 %. El i CapTag™ contiene un componente patentado derivado de la proteína Nostoc punctiforme (Npu) . Esta etiqueta se utiliza para la purificación de proteínas recombinantes y sus fragmentos. Puede usarse en laboratorios de investigación y también está destinado a la purificación a gran escala durante el proceso de fabricación posterior. El complejo i CapTag™-proteína diana se puede expresar en una amplia gama de huéspedes de expresión ( por ejemplo, células CHO y E. coli ). No está destinado a mAbs completamente expresados ^{​​[8] [9] [10]}
• etiqueta de poliglutamato, un péptido que se une eficazmente a una resina de intercambio aniónico como Mono-Q (EEEEEE) ^[3]
• etiqueta de poliarginina, un péptido que se une eficazmente a la resina de intercambio catiónico (de 5 a 9 R consecutivos)
• E-tag, un péptido reconocido por un anticuerpo (GAPVPYPDPLEPR)
• FLAG-tag , un péptido reconocido por un anticuerpo (DYKDDDDK) ^[11]
• HA-tag , un péptido de la hemaglutinina reconocido por un anticuerpo (YPYDVPDYA) ^[12]
• Etiqueta His , 5-10 histidinas unidas por un quelato de níquel o cobalto (HHHHHH)
  • Las etiquetas Gly-His son variantes de etiquetas His N-terminales (p. ej., GHHHH, GHHHHHH o GSSHHHHHHH) que aún se unen a cationes metálicos inmovilizados pero que también pueden activarse mediante azidogluconilolación para permitir aplicaciones de química de clic ^[13]
• Myc-tag , un péptido derivado de c- myc reconocido por un anticuerpo (EQKLISEEDL)
• NE-tag , un péptido sintético de 18 aminoácidos (TKENPRSNQEESYDDNES) reconocido por un anticuerpo monoclonal IgG1, que es útil en un amplio espectro de aplicaciones que incluyen transferencia Western, ELISA, citometría de flujo, inmunocitoquímica, inmunoprecipitación y purificación por afinidad de proteínas recombinantes. ^[14]
• Etiqueta Rho1D4, se refiere a los últimos 9 aminoácidos del extremo C intracelular de la rodopsina bovina (TETSQVAPA). Es una etiqueta muy específica que puede usarse para la purificación de proteínas de membrana .
• S-tag , un péptido derivado de la Ribonucleasa A (KETAAAKFERQHMDS)
• Etiqueta SBP , un péptido que se une a la estreptavidina (MDEKTTGWRGGHVVEGLAGELEQLRARLEHHPQGQREP) ^[15]
• Softag 1, para expresión en mamíferos (SLAELLNAGLGGS)
• Softag 3, para expresión procariótica (TQDPSRVG)
• Spot-tag , un péptido reconocido por un nanocuerpo (PDRVRAVSHWSS) para inmunoprecipitación, purificación por afinidad, inmunofluorescencia y microscopía de superresolución
• Strep-tag , un péptido que se une a la estreptavidina o a la estreptavidina modificada llamada estreptactina (Strep-tag II: WSHPQFEK) ^[2]
• Etiqueta T7, una etiqueta de epítopo derivada de la proteína de la cápside principal T7 del gen T7 (MASMTGGQQMG). Utilizado en diferentes inmunoensayos, así como en purificación por afinidad. Utilizado principalmente ^[16]
• Etiqueta TC , una etiqueta de tetracisteína reconocida por los compuestos biarsenicales FlAsH y ReAsH (CCPGCC)
• Etiqueta Ty (EVHTNQDPLD)
• Etiqueta V5, un péptido reconocido por un anticuerpo (GKPIPNPLLGLDST) ^[17]
• Etiqueta VSV, un péptido reconocido por un anticuerpo (YTDIEMNRLGK)
• Etiqueta Xpress (DLYDDDDK), un péptido reconocido por un anticuerpo

Etiquetas peptídicas covalentes

• Isopeptag , un péptido que se une covalentemente a la proteína pilina-C (TDKDMTITFTNKKDAE) ^[18]
• SpyTag , un péptido que se une covalentemente a la proteína SpyCatcher (AHIVMVDAYKPTK) ^[19]
• SnoopTag, un péptido que se une covalentemente a la proteína SnoopCatcher (KLGDIEFIKVNK). ^[20] También se desarrolló una segunda generación, SnoopTagJr, para unirse a SnoopCatcher o DogTag (mediado por SnoopLigase) (KLGSIEFIKVNK) ^[21]
• DogTag, un péptido que se une covalentemente a DogCatcher (DIPATYEFTDGKHYITNEPIPPK), ^[22] y también puede unirse covalentemente a SnoopTagJr, mediado por SnoopLigase ^[21]
• SdyTag, un péptido que se une covalentemente a la proteína SdyCatcher (DPIVMIDNDKPIT). ^[23] SdyTag/SdyCatcher tiene una reactividad cruzada cinética-dependiente con SpyTag/SpyCatcher.

Etiquetas de proteínas

• BCCP (proteína portadora de biotina carboxilo), un dominio proteico biotinilado por BirA que permite el reconocimiento por estreptavidina
• BromoTag, una versión mutada de "golpes y agujeros" del segundo bromodominio de Brd4, Brd4-BD2 L387A, que puede unirse de forma altamente selectiva mediante el degradador PROTAC AGB1 específico de la etiqueta para formar un complejo ternario entre la proteína "BromoTagged" y la E3 ligasa VHL, que conduce a la ubiquitinación de la proteína marcada y su posterior degradación proteasomal rápida y efectiva en las células. ^[24]
• FAST (Etiqueta de activación de fluorescencia y cambio de absorción), una proteína amarilla fotoactiva mutada (PYP) que se une de forma reversible a ligandos fluorogénicos afines
• Etiqueta CL7, una variante diseñada de colicina E7 que tiene una fuerte afinidad de unión y especificidad por la proteína de inmunidad 7 (Im7) inmovilizada. ^[25]
• Etiqueta de glutatión-S-transferasa , una proteína que se une al glutatión inmovilizado
• Etiqueta de proteína fluorescente verde , ^[4] una proteína que es espontáneamente fluorescente y puede unirse mediante nanocuerpos
• HaloTag , una haloalcano deshalogenasa bacteriana mutada que se une covalentemente a sustratos de haloalcano
• SNAP-tag , una ADN metiltransferasa eucariota mutada que se une covalentemente a derivados de bencilguanina
• CLIP-tag , una metiltransferasa de ADN eucariota mutada que se une covalentemente a derivados de bencilcitosina
• HUH-tag , una proteína de unión al ADN monocatenario específica de secuencia que se une covalentemente a su secuencia objetivo
• Etiqueta de proteína de unión a maltosa , una proteína que se une a la agarosa amilosa ^[26]
• nus-etiqueta
• Etiqueta de tiorredoxina
• La etiqueta Fc , derivada del dominio Fc de inmunoglobulina, permite la dimerización y solubilización. Se puede utilizar para la purificación de Protein-A Sepharose.
• Etiquetas diseñadas intrínsecamente desordenadas que contienen aminoácidos que promueven el desorden (P,E,S,T,A,Q,G,..) ^[27]
• Dominio de reconocimiento de carbohidratos o etiqueta CRDSAT, una proteína que se une a lactosa agarosa o Sefarosa ^[28]

Otros

HiBiT-tag fue desarrollado por científicos de Promega. Es una etiqueta peptídica de 11 aminoácidos y se puede fusionar con el extremo N o C o con ubicaciones internas de las proteínas. ^[29] Su pequeño tamaño conduce a una rápida activación de esta etiqueta con otras proteínas a través de la tecnología CRISPR/Cas9. ^[29]

Aplicaciones

• Purificación por afinidad
• Matriz de proteínas
• Etiquetado de proteínas TimeSTAMP
• transferencia Western

Referencias

1. Mahmoudi Gomari, Mohammad; Saraygord-Afshari, Neda; Farsimadan, Marziye; Rostami, Neda; Aghamiri, Shahin; Farajollahi, Mohammad M. (diciembre de 2020). "Oportunidades y desafíos de las técnicas de purificación de proteínas asistidas por etiquetas: Aplicaciones en la industria farmacéutica". Avances de la biotecnología . 45 : 107653. doi : 10.1016/j.biotechadv.2020.107653. ISSN  0734-9750. PMID  33157154. S2CID  226276355.
2. Schmidt, Thomas GM; Koepke, Jürgen; franco, ronald; Skerra, Arne (1996). "Interacción molecular entre el péptido de afinidad Strep-tag y su objetivo afín, la estreptavidina". Revista de biología molecular . 255 (5): 753–66. doi :10.1006/jmbi.1996.0061. PMID  8636976.
3. Fairhead M, Krndija D, Lowe ED, Howarth M (enero de 2014). "Emparejamiento plug-and-play mediante estreptavidinas divalentes definidas". Revista de biología molecular . 426 (1): 199–214. doi :10.1016/j.jmb.2013.09.016. PMC 4047826 . PMID  24056174. 
4. abZhang, Jin; Campbell, Robert; Ting, Alicia; Tsien, Roger (2002). "Creación de nuevas sondas fluorescentes para biología celular". Nat Rev Mol Cell Biol . 3 (12): 906–918. doi :10.1038/nrm976. PMID  12461557. S2CID  11588100.
5. Götzke, Hansjörg; Kilisch, Markus; Martínez-Carranza, Markel; Sograte-Idrissi, Shama; Rajavel, Abirami; Schlichthaerle, Thomas; Engels, Niklas; Jungmann, Ralf; Stenmark, Pal; Opazo, Felipe; Frey, Steffen (2019). "La etiqueta ALFA es una herramienta muy versátil para aplicaciones de biociencia basadas en nanocuerpos". Comunicaciones de la naturaleza . 10 (1): 4403. Código bibliográfico : 2019NatCo..10.4403G. doi :10.1038/s41467-019-12301-7. PMC 6764986 . PMID  31562305. 
6. De Genst, Erwin J.; Guilliams, Tim; Wellens, Broma; O'Day, Elizabeth M.; Waudby, Christopher A.; Meehan, Sara; Dumoulin, Mireille; Hsu, Shang-Te Danny; Cremades, Nunilo; Verschueren, Koen HG; Perdón, Els; Wyns, Loda; Steyaert, enero; Cristodoulou, John; Dobson, Christopher M. (septiembre de 2010). "Estructura y propiedades de un complejo de α-sinucleína y un anticuerpo camélido de dominio único" (PDF) . Revista de biología molecular . 402 (2): 326–343. doi :10.1016/j.jmb.2010.07.001. PMID  20620148.
7. "Matriz de afinidad de etiqueta C CaptureSelect - Thermo Fisher Scientific". www.thermofisher.com .
8. Cooper, Merideth A.; Taris, José E.; Shi, Changhua; Madera, David W. (2018). "Un método conveniente de etiqueta de proteína dividida para la purificación de proteínas objetivo sin etiqueta". Protocolos actuales en ciencia de proteínas . 91 (1): 5.29.1–5.29.23. doi :10.1002/cpps.46. ISSN  1934-3655. PMID  29516483. S2CID  3749506.
9. Prabhala, Sai Vivek; Gierach, Izabela; Madera, David W. (2022). "La evolución de los métodos de afinidad basados ​​en inteínas reflejada en 30 años de historia de las patentes". Fronteras en las biociencias moleculares . 9 : 857566. doi : 10.3389/fmolb.2022.857566 . ISSN  2296-889X. PMC 9033041 . PMID  35463948. 
10. "Tecnología iCapTag ™: ciencia de captura de proteínas". www.proteincapturescience.com .
11. Einhauer, A.; Jungbauer, A. (2001). "El péptido FLAG ™, una etiqueta de fusión versátil para la purificación de proteínas recombinantes". Revista de métodos bioquímicos y biofísicos . 49 (1–3): 455–65. doi :10.1016/S0165-022X(01)00213-5. PMID  11694294.
12. Prakriya, Murali; Feske, Stefan; ¡Guau, Yousang! Srikanth, Sonal; Rao, Anjana; Hogan, Patrick G. (2006). "Orai1 es una subunidad de poro esencial del canal CRAC". Naturaleza . 443 (7108): 230–3. Código Bib :2006Natur.443..230P. doi : 10.1038/naturaleza05122. PMID  16921383. S2CID  4310221.
13. Bruna, Karl D.; Liekniņa, Ilva; Sutov, Grigorij; Morris, Alejandro R.; Jovicevic, Dejana; Kalniņš, Gints; Kazaks, Andris; Kluga, Rihards; Kastaljana, Sabine; Zajakina, Anna; Jansons, Juris; Skrastiņa, Dace; Spunde, Karina; Cohen, Alejandro A.; Bjorkman, Pamela J.; Morris, Howard R.; Suna, Edgars; Tārs, Kaspars (16 de noviembre de 2021). "Modificación N-terminal de proteínas etiquetadas con Gly-His con azidogluconolactona". ChemBioChem . 22 (22): 3199–3207. doi :10.1002/cbic.202100381. ISSN  1439-7633. PMID  34520613. S2CID  237515136.
14. Ho, Philip WL.; Tse, cero HM.; Liu, HF.; Lu, S.; Hola, Jessica WM.; Kung, Michelle HW.; Ramsden, David B.; Ho, SL. (2013). "Evaluación de la actividad estrogénica celular basada en la reducción mediada por el receptor de estrógeno de la expresión de catecol-O-metiltransferasa (COMT) en forma soluble en un sistema basado en ELISA". MÁS UNO . 8 (9): e74065. Código Bib : 2013PLoSO...874065H. doi : 10.1371/journal.pone.0074065 . PMC 3765251 . PMID  24040167. 
15. Keefe, Anthony D.; Wilson, David S.; Seelig, Burckhard; Szostak, Jack W. (2001). "Purificación en un solo paso de proteínas recombinantes utilizando un péptido de unión a estreptavidina de afinidad nanomolar, la etiqueta SBP". Expresión y purificación de proteínas . 23 (3): 440–6. doi :10.1006/prep.2001.1515. PMID  11722181.
16. "Etiquetas de epítopos y proteínas de fusión: anticuerpos en línea". www.anticuerpos-online.com .
17. McNutt, Markey C.; Lagace, Thomas A.; Horton, Jay D. (2007). "No se requiere actividad catalítica para que la PCSK9 secretada reduzca los receptores de lipoproteínas de baja densidad en las células HepG2". Revista de Química Biológica . 282 (29): 20799–803. doi : 10.1074/jbc.C700095200 . PMID  17537735.
18. Zakeri, Bijan; Howarth, Marcos (2010). "Formación espontánea de enlaces amida intermoleculares entre cadenas laterales para la focalización de péptidos irreversibles". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 132 (13): 4526–7. doi :10.1021/ja910795a. PMID  20235501.
19. Zakeri, Bijan; Fierer, Jacob O.; Celik, Emrah; Chittock, Emily C.; Schwarz-Linek, Ulrich; Moy, Vicente T.; Howarth, Marcos (2012). "Etiqueta peptídica que forma un enlace covalente rápido con una proteína, mediante la ingeniería de una adhesina bacteriana". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 109 (12): E690–7. Código Bib : 2012PNAS..109E.690Z. doi : 10.1073/pnas.1115485109 . PMC 3311370 . PMID  22366317. 
20. Veggiani, Gianluca; Nakamura, Tomohiko; Brenner, Michael; Gayet, Rafael; Yan, junio; Robinson, Carol; Howarth, Marcos (2016). "Poliproteínas programables construidas con superpegamento de péptidos gemelos". Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . 113 (5): 1202–7. Código Bib : 2016PNAS..113.1202V. doi : 10.1073/pnas.1519214113 . PMC 4747704 . PMID  26787909. 
21. Buldun, Can M.; Jean, Jisoo X.; Bedford, Michael R.; Howarth, Mark (14 de febrero de 2018). "SnoopLigase cataliza el bloqueo péptido-péptido y permite el aislamiento del conjugado en fase sólida". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 140 (8): 3008–3018. doi :10.1021/jacs.7b13237. PMID  29402082. S2CID  207189163.
22. Keeble, Anthony H.; Yadav, Vikash K.; Ferla, Mateo P.; Bauer, Claudia C.; Chuntharpursat-Bon, Eulashini; Huang, Jin; Bon, Robin S.; Howarth, Mark (julio de 2021). "DogCatcher permite la ligadura proteína-proteína compatible con bucles". Biología Química Celular . 29 (2): 339–350.e10. doi : 10.1016/j.chembiol.2021.07.005 . ISSN  2451-9456. PMC 8878318 . PMID  34324879. 
23. Bronceado, Lee Ling; Hoon, Shawn S.; Wong, Fong T.; Ahmed, S. Ashraf (26 de octubre de 2016). "Interacciones cinéticamente controladas entre etiquetas y receptores para el ensamblaje de proteínas covalentes dirigidas". MÁS UNO . 11 (10): e0165074. Código Bib : 2016PLoSO..1165074T. doi : 10.1371/journal.pone.0165074 . PMC 5082641 . PMID  27783674. 
24. Ciulli, enlace; Alessi, Craigon (octubre de 2021). "Desarrollo de BromoTag: un sistema PROTAC de" golpes y agujeros "para inducir una degradación potente, rápida y selectiva de proteínas objetivo marcadas". J Med Chem . 64 (20): 15477–15502. doi : 10.1021/acs.jmedchem.1c01532 . PMC 8558867 . PMID  34652918. 
25. Chow, Louise T.; Vassylyev, Dmitry G. (2022). "Aplicación de un nuevo sistema de afinidad CL7 / Im7 en la purificación de proteínas farmacéuticas y complejas". Cromatografía de afinidad . Métodos en biología molecular. vol. 2466, págs. 61–82. doi :10.1007/978-1-0716-2176-9_5. ISBN 978-1-0716-2175-2.
26. Bedouelle, Hugues; Duplay, Pascale (febrero de 1988). "Producción en Escherichia coli y purificación en un solo paso de proteínas híbridas bifuncionales que se unen a maltosa. Exportación de la polimerasa de Klenow al espacio periplásmico". Eur J Biochem . 171 (3): 541–549. doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb13823.x . PMID  3278900.
27. Minde, David P; Halff, Els F; Bronceados, Sander (2013). "Diseñar desorden: Cuentos de colas inesperadas". Proteínas intrínsecamente desordenadas . 1 (1): 5–15. doi :10.4161/idp.26790. PMC 5424805 . PMID  28516025. 
28. Kriznik, Alejandro; Yéléhé-Okouma, Mélissa; Lec, Jean-Christophe; Groshenry, Guillaume; Le Cordier, Hélène; Charrón, Christophe; Quinternet, Marc; Mazón, Hortensia; Talfournier, François; Boschi-Müller, Sandrine; Jouzeau, Jean-Yves; Reboul, Pascal (octubre de 2018). "CRDSAT generado por pCARGHO: un nuevo método eficiente de etiqueta de afinidad basado en lectina para la purificación de proteínas segura, simple y de bajo costo". Biotecnología J. 14 (4): 1800214. doi : 10.1002/biot.201800214. PMID  30298550. S2CID  52942568.
29. Schwinn, Marie K.; Machleidt, Thomas; Zimmerman, Kris; Eggers, Christopher T.; Dixon, Andrew S.; Hurst, Robin; Salón, María P.; Encell, Lanza P.; Binkowski, Brock F.; Madera, Keith V. (16 de febrero de 2018). "Etiquetado de proteínas endógenas mediado por CRISPR con un péptido luminiscente". Biología Química ACS . 13 (2): 467–474. doi : 10.1021/acschembio.7b00549 . ISSN  1554-8929. PMID  28892606.