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Isolamento de DNA Clonagem de DNA Transformação pelo DNA Seleção e análise de recombinantes Expressão de proteínas recombinantes Purificação de proteínas recombinantes Aplicações da tecnologia do DNA recombinante

Ferramentas básicas Gene de interesse Célula hospedeira (bactérias) Vetores de clonagem e expressão DNA ligases Enzimas de restrição Aparato de eletroforese de DNA Sondas de DNA, Primers

Isolamento de DNA DNA genômico cdna Produto de PCR Gene sintético Podem ser utilizados para construção de Bibliotecas de DNA

Vetores de clonagem Plasmídios: fragmentos de até 10 Kb Fago lambda: fragmentos de 5-20 Kb Cosmídios: fragmentos de 20-50 Kb BAC (Bacterial Artificial Chromosomes): 100-500 Kb YAC (Yeast Artificial Chromosomes): 100 Kb 1Mb

Componentes de um plasmídio Região promotora DNA exógeno DNA genômico, cdna, Produto de PCR, Gene sintético Plasmídios comerciais puc pgem pmos Sítio de Clonagem De 1.000 até 20.000 pares de bases Origem de replicação Gene que codifica resistência a antibiótico

Plasmídio para clonagem de produtos de PCR Sítio de Clonagem (polilinker)

Ligação Plasmídio linearizado Gene a se clonado DNA ligase Transferência do plasmídio para uma linhagem de bactéria DNA cromossômico Plasmídios recombinantes

Métodos de Transformação pelo DNA Tratamento com Cloreto ou Fosfato de Cálcio Bactérias (Escherichia coli) E. coli competente + DNA plasmidial Incubação no gelo Choque térmico (42ºC) Transformação direta por eletroporação

Métodos de seleção de recombinantes (bactérias transformadas) Bactérias: Baseado na resistência a antibiótico Bactéria SEM DNA plasmidial Bactéria COM DNA plasmidial Plasmídio religado (sem inserto) Plasmídio com inserto

Seleção azul e branca Gene lacz Gene lacz Inserto IPTG + X-gal Expressão da -galactosidase Não há expressão da -galactosidase Colônias azuis Colônias brancas

Seleção com sondas de DNA

Obtenção de DNA plasmidial Cultura bacteriana: E. coli contendo o plasmídio Lise alcalina: Fase estacionária (overnight)

Análise de restrição Enzima Sítio de restrição Fonte EcoRI G AATT C Escherichia coli RY13 C TTAA G NcoI C CATG G Nocardia corallina G GTAC C XbaI T CTAG A Xantomonas badrii AGATC T SmaI CCC GGG Serratia marcescens GGG CCC

5 - fosfato 3 - OH 5 - fosfato 3 - OH

Gel de agarose

Eletroforese em gel de agarose corado com brometo de etídeo (exposto a luz UV)

Eletroforese em gel de agarose HindIII (-) Plasmídio Inserto Plasmídio não digerido

Mapeamento de restrição BstF5I SfaNI BbvI HpyCH4III TseI Fnu4HI BseMII MnlI AvaII EcoO109I BstYI PpuMI Sau3AI Sau96I DpnI NlaIV BsmFI Bsu36I Hpy188I DdeI AlwI ATGAGGGCATCCATCTTTCTCGCTCTTGCCATTCTCGTTATTACCGTTGTCGCTGCCCCTACCGATGATAAGGGACCTGAGGATCTGAAG 90 TACTCCCGTAGGTAGAAAGAGCGAGAACGGTAAGAGCAATAATGGCAACAGCGACGGGGATGGCTACTATTCCCTGGACTCCTAGACTTC È Ò Å Î É Â Å Â Å Â Ê È Ñ Ê Ê Å Å Ì Ñ Í Í Ò Ö Ì Í Í Â Ï Ó Ö Ç Ì Î É Í É Ì ˆ ˆ ˆ Ì ˆ Î Í Ì Â Ì È È Ò Í Â Ò È Œ Ò Í Ö Â Â Œ   Œ  Œ Ì Â Ó Á Ö Ñ Œ Ö Î Í Í

Sequenciamento do DNA T G G G G G T A C A T G 40 50 C T C T C A C G T G 60 T T G CT GCA G T C A T G G C A T C C C G C A A A C A C A 70 80 90

Expressão de proteínas recombinantes Transformação Produção do antígeno in vitro Bactérias, leveduras ou baculovirus Purificação

Sistemas heterólogos de expressão Bactérias: Escherichia coli Leveduras: Sacharomyces cerevisiae, Pichia pastoris Células de inseto (infectadas com baculovirus) Células de mamíferos Plantas Animais

Elementos genéticos essenciais em um vetor de expressão

Vetores indutíveis por IPTG (Isopropyl β-d-1-thiogalactopyranoside) Operon Lac Na ausência de IPTG Na presença de IPTG

Subclonagem de genes em vetor para expressão de proteínas recombinantes em fusão com GST Promotor Lac: Expressão em bactéria na presença de IPTG

Subclonagem de genes em vetor para expressão de proteínas recombinantes em fusão com His-tag

Expressão de proteínas recombinantes em bactérias Considerações gerais: Bactéria: Escherichia coli (diversas linhagens) Vantagens: fácil manipulação, rápido crescimento, alto rendimento de proteínas e baixo custo Otimização da expressão: - Curva dose-resposta do indutor, tempo e temperatura de indução - Utilização de cepas de bactérias códon plus

Expressão de proteínas recombinantes em bactérias Considerações gerais: Desvantagens: Formação de corpos de inclusão proteínas insolúveis e não funcionais - Solubilização Proteínas solúveis - Refolding de proteínas Proteínas de fusão - Melhoram a solubilidade - Facilitam a purificação Corpos de inclusão

Cultura de bactérias (E. coli) Indução com IPTG Fase log: DO=0,4-0,6nm Expressão da Proteína recombinante Padronizar: Tempo, temperatura, curva-dose resposta de IPTG Lise (cong./descong., sonicação, French press) Avaliar em SDS-PAGE: extrato total, precipitado e sobrenadante Purificação

Eletroforese de proteínas em gel de poliacrilamida

Análise da expressão da proteína recombinante em SDS-PAGE PM 1 2 3 116,0 66,2 45,0 35,0 25,0 18,4 1. Extrato total (lisado bacteriano) 2. Sobrenadante 3. Precipitado (corpos de inclusão)

Métodos de detecção de clones recombinantes Reconhecimento por anticorpos específicos (ou anti-gst, anti-his) Função da proteína (ensaio enzimático) Seleção por PCR

Métodos de purificação de proteínas recombinantes Afinidade Troca iônica Fase reversa Gel filtração

Etapas de purificação de proteínas recombinantes Extrato bacteriano Etapa final de purificação 1ª. Etapa de purificação

Subclonagem de genes em vetor para expressão de proteínas recombinantes em leveduras (Pichia pastoris)

Expressão de proteínas recombinantes em leveduras Considerações gerais: Leveduras: Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris Otimização da expressão: - Curva dose-resposta do indutor, tempo e temperatura de indução - Otimização do códon: mutagênese Vantagens (Pichia pastoris): altos níveis de expressão, modificações pós-traducionais (glicosilação, pontes dissulfeto), secreção da proteína

Aplicações da tecnologia do DNA recombinante: terapêutica - Hormônio de crescimento humano e bovino (somatotrofina); - Insulina humana; - Calcitonina; - LH-RH - Somatostatina; - Gonadotrofina coriônica (HCG) e sérica (PMSG); - LH - Hormônio luteinizante bovino e suíno; - FSH Hormônio folículo estimulante humano e bovino; - IGF-I (Fator de crescimento insulina dependente); - Interferon alfa, Interferon beta e Interferon gama -Toxina Botulinica; - Eritropoietina; - Glucagon - Fatores de coagulação: VIII e IX

Aplicações da tecnologia do DNA recombinante: diagnóstico laboratorial - HIV, HCV, HBV, HEV, HTLV, EBV, CMV, Rubéola - H. pylori, Mycobacterium tuberculosis, Treponema pallidum, Chlamydia - Toxoplasma gondii, Trypanosoma cruzi

Hepatite B Gene Ag S Aplicações da tecnologia do DNA recombinante: vacinas Purificação Vetor Vacina Proteína Levedura Antígeno S Pichia pastoris ou Hansenula polymorpha

Aplicações da tecnologia do DNA recombinante: vacinas Engerix-B Recombivax HB GenHevac B SmithKline Beecham/US Merck/USA Pasteur/France Instituto Butantan

Aplicações da tecnologia do DNA recombinante: vacinas HPV HPV Os subtipos 16 e 18 estão implicados como causa de 70% dos cânceres de colo de útero

Dept. of Immunology Walter Reed Army Institute of Research Washington, DC