Protein A-Nanoluciferase融合蛋白用于免疫球蛋白G的通用、灵敏检测

Protein A-Nanoluciferase fusion protein for generalized, sensitive detection of immunoglobulin G.

作者信息Suman Nandy, Mary Crum, Katherine Wasden, Ulrich Strych, Atul Goyal, Vijay Maranholkar, William Mo, Binh Vu, Katerina Kourentzi, Richard C Willson
PMID36270332
发布时间2023-01-01
DOI10.1016/j.ab.2022.114929

实验完整度

包含蛋白表达纯化、结构预测、活性测定、ELISA验证及人血清样本检测等多个实验层级,并有功能验证。

主要模型

重组Z3-Nluc和Z5-Nluc融合蛋白 SARS-CoV-2核蛋白作为捕获抗原的ELISA体系 鸡抗NP IgY作为捕获抗体的ELISA体系 人血清样本

重点核对

Z结构域重复数(Z3 vs Z5)对检测灵敏度的影响 捕获分子类型(SARS-CoV-2 NP vs 鸡IgY) 抗体物种(小鼠IgG2b vs 兔IgG) 人血清样本稀释倍数(1:10) 检测限(LOD)定义(空白均值+3倍标准差)

摘要

抗体的检测和定量,尤其是免疫球蛋白G(IgG),是ELISA、许多诊断以及基于抗体的药物开发的基石。当前用于抗体检测的先进免疫测定技术需要物种特异性二抗和严格控制生物偶联。偶联效率低会降低测定性能,并因非特异性结合增加临床假阳性的风险。我们开发了一种用于IgG定量的通用、高灵敏度平台,通过将金黄色葡萄球菌蛋白A的IgG-Fc结合Z结构域与超亮生物发光报告分子Nanoluc-荧光素酶(Nluc)融合。我们展示了该融合蛋白在夹心IgG检测免疫测定中的应用,使用表面固定的抗原捕获目标IgG,并以protein A-Nanoluc融合蛋白作为检测器。我们通过在融合蛋白构建体中引入多个Z结构域重复序列来优化平台的灵敏度。使用兔和小鼠抗SARS-CoV-2核蛋白IgG作为模型分析物,我们以两种不同格式进行了ELISA,分别以SARS-CoV-2核蛋白作为捕获抗原或使用多克隆鸡IgY作为捕获抗体。使用标准实验室设备,该平台能够定量低至10 pg/mL(67 fM)的抗体分析物。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何开发一种通用、高灵敏度的IgG定量平台,避免传统二抗偶联的缺点?
核心机制
通过将蛋白A的Z结构域与Nluc融合,利用Z结构域与IgG-Fc的结合能力以及Nluc的高亮度生物发光,实现通用、灵敏的抗体检测。
主要证据
ELISA实验显示Z3-Nluc和Z5-Nluc均可检测小鼠和兔抗NP IgG,最低检测限达10 pg/mL;人血清中检测SARS-CoV-2 NP及抗NP IgG的LOD分别为250 pg/mL和100 pg/mL。
研究意义
该平台为多种抗体提供通用的高灵敏度报告分子,扩展了免疫化学分析的能力;质粒已存放于Addgene,可免费获取。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

重组蛋白基因构建与表达

构建并表达Z3-Nluc和Z5-Nluc融合蛋白。

合成Z结构域基因,通过PCR扩增和Gibson Assembly组装Z3-Nluc和Z5-Nluc基因,克隆至pET28a载体,转化E. coli BL-21(DE3),IPTG诱导表达。

2

重组蛋白纯化与表征

纯化并验证融合蛋白的IgG结合活性和Nluc活性。

通过IgG Sepharose亲和层析和Ni-NTA固定化金属亲和层析两步纯化,SDS-PAGE和MALDI-ToF质谱表征分子量,Nluc活性测定确认荧光素酶活性。

3

ELISA检测IgG性能评估

评估融合蛋白作为检测器在ELISA中定量IgG的灵敏度和线性范围。

以SARS-CoV-2 NP或鸡抗NP IgY作为捕获分子,采用夹心ELISA形式,检测系列稀释的小鼠和兔抗NP IgG,确定LOD和线性范围。

4

人血清中检测验证

验证融合蛋白在复杂基质中检测IgG和抗原的能力。

在10%人血清中,分别加入系列稀释的SARS-CoV-2 NP或兔抗NP IgG,使用鸡抗NP IgY捕获,通过Z5-Nluc检测,确定LOD。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
验证免疫效应
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
IgG Sepharose 6 Fast FlowCytiva--
Ni Sepharose 6 Fast FlowCytiva--
Pierce™ BCA蛋白测定试剂盒Thermo Fisher Scientific--
Nano-Glo™检测底物PromegaN112A
重组SARS-CoV-2核蛋白ACROBiosystems--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
ELISA检测
捕获分子的种类和浓度(NP或IgY,均为5 μg/ml)
阅读提示:Materials and Methods 2.8和2.9节
ELISA检测
检测器浓度(2 μg/ml)
阅读提示:Materials and Methods 2.8和2.9节
ELISA检测
抗体浓度范围(10 pg/ml至1000 ng/ml)
阅读提示:Materials and Methods 2.8和2.9节
人血清检测
人血清稀释倍数(1:10)
阅读提示:Materials and Methods 2.10节
数据分析
LOD定义(空白均值+3倍标准差)
阅读提示:Materials and Methods 2.11节