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An optimized low-cost protocol for standardized production of iron-free apoferritin nanocages with high protein recovery and suitable conformation for nanotechnological applications
Journal of Inorganic Biochemistry ( IF 3.9 ) Pub Date : 2017-11-21 , DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2017.11.019
Italo Moglia , Margarita Santiago , Álvaro Olivera-Nappa , Mónica Soler

Ferritin is a globular protein that consists of 24 subunits forming a hollow nanocage structure that naturally stores iron oxyhydroxides. Elimination of iron atoms to obtain the empty protein called apoferritin is the first step to use this organic shell as a nanoreactor for different nanotechnological applications. Different protocols have been reported for apoferritin formation, but some are time consuming, others are difficult to reproduce and protein recovery yields are seldom reported. Here we tested several protocols and performed a complete material characterization of the apoferritin products using size exclusion chromatography, UV–vis spectroscopy, inductively coupled plasma optical emission spectrometry and dynamic light scattering. Our best method removes more than 99% of the iron from loaded holoferritin, recovering 70–80% of the original protein as monomeric apoferritin nanocages. Our work shows that pH conditions of the reduction step and the presence and nature of chelating agents affect the efficiency of iron removal. Furthermore, process conditions also seem to have an influence on the monomer:aggregate proportion present in the product. We also demonstrate that iron contents markedly increase ferritin absorbance at 280 nm. The influence of iron contents on absorbance at 280 nm precludes using this simple spectrophotometric measure for protein determination in ferritin‑iron complexes. Apoferritin produced following our protocol only requires readily-available, cheap and biocompatible reagents, which makes this process standardizable, scalable and applicable to be used for in vivo applications of ferritin derivatives as well as nanotechnological and biotechnological uses.



中文翻译:

一种标准化的无铁脱铁铁蛋白纳米笼的标准化生产的优化低成本方案,具有高蛋白回收率和适合纳米技术应用的构象

铁蛋白是一种球状蛋白,由24个亚基组成,形成一个中空的纳米笼结构,可自然存储羟基氧化铁。消除铁原子以获得称为脱铁铁蛋白的空蛋白是将这种有机壳用作纳米反应器用于不同纳米技术应用的第一步。已经报道了形成脱铁铁蛋白的不同方案,但是一些耗时,另一些难以复制并且很少报道蛋白质回收率。在这里,我们测试了几种方案,并使用尺寸排阻色谱,紫外可见光谱,电感耦合等离子体发射光谱和动态光散射对载铁蛋白产品进行了完整的材料表征。我们最好的方法是从荷铁蛋白中去除99%以上的铁,以单体脱铁铁蛋白纳米笼的形式回收了原始蛋白的70–80%。我们的工作表明还原步骤的pH条件以及螯合剂的存在和性质会影响除铁效率。此外,工艺条件似乎也对产物中存在的单体:聚集体比例有影响。我们还证明了铁含量在280 nm处显着增加了铁蛋白吸收。铁含量对280 nm吸光度的影响排除了使用这种简单的分光光度法测定铁蛋白-铁络合物中蛋白质的能力。按照我们的方案生产的脱铁铁蛋白只需要易于获得,便宜且生物相容的试剂,这使得该方法可标准化,可扩展并适用于 我们的工作表明还原步骤的pH条件以及螯合剂的存在和性质会影响除铁效率。此外,工艺条件似乎也对产物中存在的单体:聚集体比例有影响。我们还证明了铁含量在280 nm处显着增加了铁蛋白吸收。铁含量对280 nm吸光度的影响排除了使用这种简单的分光光度法测定铁蛋白-铁络合物中蛋白质的能力。按照我们的方案生产的脱铁铁蛋白只需要易于获得,便宜且生物相容的试剂,这使得该方法可标准化,可扩展并适用于 我们的工作表明还原步骤的pH条件以及螯合剂的存在和性质会影响除铁效率。此外,工艺条件似乎也对产物中存在的单体:聚集体比例有影响。我们还证明了铁含量在280 nm处显着增加了铁蛋白吸收。铁含量对280 nm吸光度的影响排除了使用这种简单的分光光度法测定铁蛋白-铁络合物中蛋白质的能力。按照我们的方案生产的脱铁铁蛋白只需要易于获得,便宜且生物相容的试剂,这使得该方法可标准化,可扩展并适用于 工艺条件似乎也对产品中存在的单体:集料比例产生影响。我们还证明了铁含量在280 nm处显着增加了铁蛋白吸收。铁含量对280 nm吸光度的影响排除了使用这种简单的分光光度法测定铁蛋白-铁络合物中蛋白质的能力。按照我们的方案生产的脱铁铁蛋白只需要易于获得,便宜且生物相容的试剂,这使得该方法可标准化,可扩展并适用于 工艺条件似乎也对产品中存在的单体:集料比例产生影响。我们还证明了铁含量在280 nm处显着增加了铁蛋白吸收。铁含量对280 nm吸光度的影响排除了使用这种简单的分光光度法测定铁蛋白-铁络合物中蛋白质的能力。按照我们的方案生产的脱铁铁蛋白只需要易于获得,便宜且生物相容的试剂,这使得该方法可标准化,可扩展并适用于 铁含量对280 nm吸光度的影响排除了使用这种简单的分光光度法测定铁蛋白-铁络合物中蛋白质的能力。按照我们的方案生产的脱铁铁蛋白只需要易于获得,便宜且生物相容的试剂,这使得该方法可标准化,可扩展并适用于 铁含量对280 nm吸光度的影响排除了使用这种简单的分光光度法测定铁蛋白-铁络合物中蛋白质的能力。按照我们的方案生产的脱铁铁蛋白只需要易于获得,便宜且生物相容的试剂,这使得该方法可标准化,可扩展并适用于铁蛋白衍生物的体内应用以及纳米技术和生物技术用途。

更新日期:2017-11-21
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