Metody exprese a purifikace rekombinantních proteinů umožňují produkci a detailní charakterizaci proteinů v základním výzkumu během in vitro experimentů, ale také přípravu proteinů s terapeutickým využitím. Publikace shrnuje základní postupy od přípravy expresních vektorů až po techniku afinitní purifikace. Dále pojednává o vlastnostech různých prokaryotických a eukaryotických expresních systémů a možnostech jejich využití. Molekulární klonování, které slouží k přípravě expresních vektorů pro rekombinantní proteiny, umožňuje cíleně modifikovat vlastnosti těchto proteinů tak, aby byla usnadněna jejich purifikace a také pozměněna jejich stabilita, aktivita nebo funkce. V současné době je k dispozici široká škála metodických přístupů, jež umožňují rychlou a efektivní přípravu expresních vektorů. Zvolený produkční organizmus a způsob purifikace rekombinantního proteinu určují výběr expresního vektoru. První volbou často bývá expresní systém využívající bakterii Escherichia coli, jehož přednostmi jsou zejména technická, časová i finanční nenáročnost. Tento expresní systém není příliš vhodný pro produkci komplexních savčích proteinů, pro které jsou optimální expresní systémy založené na využití eukaryotických organizmů (kvasinky, hmyzí buňky nebo savčí buňky). Kultivace hmyzích a savčích buněk je však technicky i finančně náročná. Rekombinantní proteiny jsou purifikovány nejčastěji metodou afinitní chromatografie využívající specifickou interakci peptidu nebo proteinu s afinitní matricí. Tyto peptidy či proteiny jsou fúzovány s N‑ nebo C‑koncem purifikovaného proteinu. Purifikace probíhá ve třech krocích, kdy je rekombinantní protein prostřednictvím afinitních značek specificky zachycen na matrici chromatografické kolony, dále následuje promývací krok, po kterém je uvolněn z kolony čistý protein.

Production of recombinant proteins is essential for many applications in both basic research and also in medicine, where recombinant proteins are used as pharmaceuticals. This review sum­marizes procedures involved in recombinant protein expression and purification, including molecular cloning of target genes into expression vectors, selection of the appropriate expres­sion system, and protein purification techniques. Recombinant DNA technology allows protein engineering to modify protein stability, activity and function or to facilitate protein purification by affinity tag fusions. A wide range of cloning systems enabling fast and effective design of expression vectors is currently available. A first choice of protein expression system is usually the bacteria Escherichia coli. The main advantages of this prokaryotic expression system are low cost and simplicity; on the other hand this system is often unsuitable for production of complex mam­malian proteins. Protein expression mediated by eukaryotic cells (yeast, insect and mammalian cells) usually produces properly folded and posttranslationally modified proteins. How­ever, cultivation of insect and, especially, mammalian cells is time consuming and expensive. Affinity tagged recombinant proteins are purified efficiently using affinity chromatography. An affinity tag is a protein or peptide that mediates specific binding to a chromatography column, unbound proteins are removed during a washing step and pure protein is subsequently eluted. Key words: recombinant protein – molecular cloning – purification – expression system This work was supported by the European Regional Development Fund and the State Budget of the Czech Republic (RECAMO, CZ.1.05/2.1.00/03.0101) and by MH CZ – DRO (MMCI, 00209805). The authors declare they have no potential conflicts of interest concerning drugs, products, or services used in the study. The Editorial Board declares that the manuscript met the ICMJE “uniform requirements” for bio­medical papers. Submitted: 22. 1. 2014 Accepted: 20. 3. 2014

Regionální centrum aplikované molekulární onkologie Masarykův onkologický ústav Brno

Protein expression and purification