所提出的方案描述了使用跨孔无溶剂脂质双层在单个转运蛋白水平上分析膜蛋白介导的转运。这是通过创建批量生产的纳米孔阵列芯片,结合高度并行的数据采集和分析来实现的,从而能够在未来建立膜蛋白效应子筛选。
方法文章
所提出的方案描述了使用跨孔无溶剂脂质双层在单个转运蛋白水平上分析膜蛋白介导的转运。这是通过创建批量生产的纳米孔阵列芯片,结合高度并行的数据采集和分析来实现的,从而能够在未来建立膜蛋白效应子筛选。
上的单个蛋白质水平的膜蛋白运输仍然逃避详细的分析,如果易位衬底是非电的。相当大的努力在这一领域已经取得,但技术实现自动化高通量运输分析与膜转运的分析所需的无溶剂型脂质双层技术组合是罕见的。然而,这类转运体是细胞动态平衡至关重要的,因此迫切需要在药物开发和方法,以获得新的见解的主要目标。
在这里介绍稿件描述了一种新的生物芯片的膜蛋白介导的运输过程中的单一转运分辨率分析建立和处理。生物芯片是由通过纳米孔是在它的设计高度并行,可在工业级和数量来制造封闭微腔。蛋白窝藏脂质体可直接被应用到在芯片表面上形成使用SSM的技术自组装孔跨越脂质双层(固体支持的脂质膜)。孔横跨膜的部件是独立的,为基片易位接口进入或离开腔室空间,它可以随后在实时多光谱的荧光读数。标准操作规程(SOP)建立允许简单的建立几乎每一个膜蛋白的芯片表面,可以进行功能上的重组蛋白窝藏脂质双层的。唯一的先决条件是对非电的输送基板建立了荧光读出系统。
高内涵筛选的应用是通过使用自动化倒置荧光显微镜并行记录多个芯片的accomplishable。可以使用免费的定制设计分析软件进行分析大型数据集。三色多光谱荧光读出还允许无偏数据判别成不同的事件类,消除假阳性结果。
芯片技术目前基于SiO 2的表面上,但使用涂覆金的芯片表面进一步官能也是可能的。
膜蛋白质的分析已经成为过去20年中增加了对基础和制药研究兴趣。新型药物的开发依赖于识别和新的目标细致的刻画,目前正在限制因素之一。即所有的药物靶标-约60%是膜蛋白1的事实,使得技术的发展,以阐明其功能最重要的。
在过去,电的通道和转运的研究技术已经开发在众多2 - 4。在相反的非电的基材呈现出更为艰巨的任务。然而,它们特别感兴趣作为首要的药物靶标,因为它们控制穿过细胞膜和功能键受体溶质和营养物质的熔剂在信号级联5。
相当大的努力已投入T的发展echniques研究膜转运蛋白6,7的功能。 10,包括固体支持的脂质双层,拴系双层11,12 microblack脂膜13,14和原生泡囊阵列15,16仅举几-使用固体支持膜系统已在本领域8成为最有希望的工具。他们中的一些甚至可以作为商业设置17,18。一些例子已经发表结合研究单膜蛋白以高度平行的方式14,19,为筛选应用的先决条件的能力。然而,这些方法很少从基础研究到工业环境弥合。的困难往往在于该系统是自动化的能力,成本密集的生产和/或费力的制剂。一种方法Òvercoming上述所有障碍是最终目的。
这里介绍的技术的开发,研究膜通道和载体在体外对单个蛋白质水平20受控的环境- 22。 26或黑脂膜27 -净化膜蛋白的重建成的LUV是远远超过了GUVs 23类似的方法建立的。它们可以直接施加到芯片表面,其中双层形式经由自组装过程的发生。纳米多孔芯片( 图 1)的玻璃底设计允许空气显微镜,其允许系统的简单的自动化。在用电动载物台相结合的多个芯片可以在同一时间进行测定,用包含数千个密封腔的用于分析每个视野。

图 1。复纳米孔生物芯片 。A) 设计硅绝缘体(SOI)晶片由反应离子刻蚀结构。大约1150个人的芯片是由具有相同属性和质量。B)每个芯片包含250,000纳米孔径个人微腔每片晶圆制造。比例尺:200微米C)每个腔是通过多光谱荧光读出寻址。一个不透明的顶层块从缓冲储荧光信号,使得生物芯片倒置荧光显微镜。D)的原子力显微镜兼容(AFM)成像揭示均匀排列孔开口和3.6纳米的氧化硅层的表面粗糙度(N = 40)最优的囊泡融合。比例尺:5微米E)扫描电子麦克风roscopy(SEM)图像示出了通过纳米孔允许访问在硅芯片内的飞升腔的横截面。这个数字是从21重复使用许可。 请点击此处查看本图的放大版本。
使用免费软件,以保证最终用户不受限制的访问进行所有的数据分析。时间序列使用免费的图像处理软件和一个自定义生成曲线分析软件,使批量处理和曲线的多种荧光渠道和数千家大型数据集的简单分析相关性。
在这个协议中使用的模型蛋白是大电导(元富)通道蛋白从大肠杆菌产生的机械敏感性通道大肠杆菌 。它用作一个阀以释放在自然界渗透压休克,但在设计合理SYNT这样一种方式被修改hetic官能可共价地附连到信道收缩侧。通过信道被触发以打开共价结合活化剂(MTSET)的电荷斥力,产生的纳米阀。像离子,水,小分子蛋白,但也小的荧光小分子可以通过渠道渗透。这里,该蛋白质作为模型来演示系统来检测蛋白介导的转运的能力。
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1.大单层脂质体的制备(的LUV)
2.蛋白质重组
3.活动分析
使用纳米粒子跟踪的LUV的4粒度分布测试
5.芯片座准备
6.检测制剂
注意:纳米孔的芯片粘接到盖玻璃和由8良好粘性滑动分离具有的权益,该多个芯片可以在单一实验运行来解决,与芯片完全被彼此分开。
7.实验设置
8.数据分析
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孔横跨膜可以很容易地在一个自组装方式的纳米结构化芯片表面上产生。然而,潜在的过程仍然细腻许多参数,如脂质体大小,脂质体人口,层数,脂质和盐的浓度和化学表面特性的单分散性的影响。大多数这些参数已经仔细表征和在上述协议标准化。其他参数应但是每一个新的准备过程中进行检查,以确保成功的实验。这些脂质体大小分布和人口分散度(图 2 的A)。为了达到最佳的孔隙跨越膜的形成和避免脂质体侵入到空腔空间脂质体大小以及细孔径以上是必要的。此外,单分散脂质体制剂已被证明,得到在膜最好的结果扩展和副食上。具有要检查的每一个制备的另一个关键步骤是复原后的蛋白质的活性。使用用于与MSCLģ22℃重构脂质体荧光脱猝灭测定中,通道开口可通过荧光光谱进行监控,从而脂质体窝藏活性MSCLģ22℃蛋白(图 2 <...
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这里提出的技术允许膜蛋白转运的一个高度并行分析。重构膜蛋白系统可以直接应用到生物芯片,使得理论上每膜转运的适应或信道成为可能。运输分析仅由建立的荧光读出系统的任通过直接荧光变化(荧光团的易位或荧光标记的底物)或间接荧光变化(pH敏感染料,次级酶反应)的限制。后者,但是还没有建立。
上的单个蛋白质水平膜通道或转运的功能特性是该技术的主要焦点。在使用自动显微镜组合,蛋白质效应建立的筛选应用也是可能的。该测定法设置允许的最多8个芯片的并行记录,与每个芯片上的多个检测点的。因为芯片的完全分离的,它是真正的平行,允许多个实验重复包括控制在一个单一实验运行,一旦条件已经成立。
设置实验中的关键步骤是真正单层囊泡的制备中,所选择的蛋白质的活性重组,芯片表面和悬浮脂质双层朝向在测定中使用的基板的保持能力上扩频脂蛋白体的效率。
而单层囊泡的制剂的基本重要性该测定,以避免建立悬浮脂质双层形成期间在芯片表面上的多层膜薄片,它是相当容易的通过在制备过程中超声处理的脂质体,以确保囊泡unilame...
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提交人声明没有竞争的经济利益。
我们感谢 Barbara Windschiegl 在建立 SOP 方面的帮助;Dennis Remme 在 NanoCalcFX 软件方面的工作,以及 Alina Kollmannsperger、Markus Braner 和 Milan Gerovac 对手稿的有用建议。DFG 和联邦教育与研究部向 R.T. 提供的德国-以色列项目合作 (DIP),以及联邦经济和技术部 (ZIM R&D 项目) 向 R.T. 和 Nanospot GmbH 提供的支持了这项工作。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 试剂 | |||
| [2-(三甲基铵)乙基] 甲烷乙硫磺酸盐 | 多伦多研究化学公司 | T792900 | MTSET;经水水解。以干燥的等分试样保存在 -80 °C 下。在缓冲液中溶解后立即使用(30 分钟)。 |
| 1 ml 气密注射器 | Hamilton | #1001 | |
| 10 ml 圆瓶 | Schott Duran | ||
| 2.7 mm 玻璃珠 | Roth | N032.1 | |
| 2-丙醇 | Roth | 9866.5 | |
| 30 cm Luer-Lock 延长管 | Sarstedt | 744304 | |
| 丙酮 | Roth | 5025.5 | |
| 生物珠 SM-2吸附剂 | Bio-Rad | 152-3920 | 在首次使用前需要激活 |
| CaCl2 Dihydrat | Roth | HN04.3 | |
| 钙黄绿素 | Sigma | C0875 | 在 -20 ° 避光储存;C |
| 氯仿试剂级 | VWR 化学品 | 22711324 | |
| DOPEATTO390 | ATTO-TEC | AD 390-165 | 在 -20 ° 下避光存放;C |
| 乙醇无水 | Sigma-Aldrich | 32205 | |
| Injekt 一次性注射器 | Braun | 460 60 51V | |
| Injekt-F 一次性注射器 | Braun | 91 66 017V | |
| Keck 夹 | Schott | KC29 | |
| L-&α;-磷脂酰胆碱,20%(大豆) | Avanti 极性脂质 | 5416016 | -20 &°g 的惰性气体下储存;C |
| NaCl 每年 99.5% | Roth | 3957.2 | |
| 纳米孔 E100 晶圆/芯片 | Micromotive(美因茨/德国) | 可根据要求提供 | |
| Nucleopore 径迹蚀刻膜 0.4 µm | Whatman | 800282 | |
| 俄勒冈绿葡聚糖 488 (70 kDa) | life Technologies | D-7173 | 在 -20 ° 处存放;C |
| oy647 | Luminartis (Münster/德国) | OY-647-T-1mg | 在 -20 ° 避光处储存;C |
| Rotilabo 注射器过滤,未灭菌,孔径 0.22 µm | Roth | P 818.1 | |
| Sephadex G-50 | Sigma-Aldrich | G5080 | 色谱柱材料,用于尺寸排阻色谱 |
| 硅橡胶MDX4-4210 | 道康宁 | 固化剂,用于将芯片固定在盖玻片支架上 | |
| 粘性-滑动 8 孔 | ibidi | 80828 | 多孔室,用于安装到载玻片上(芯片支架) |
| 三通旋塞阀 蓝色 | Sarstedt | 744410001 | |
| Tris Pufferan 99.9% 超高质量 | Roth | 5429.2 | |
| Triton-X 100 | Roth | 6683.1 | |
| Whatman 0.2 µm 纤维素硝酸盐膜过滤器 | Roth | NH69.1 | |
| 名称 | 公司 | ><>目录号 | 评论 |
| >设备 | |||
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| 隔膜泵 | Vaccubrand | 15430 | |
| Nanosight 纳米粒子追踪显微镜 | Malvern / Nanosight | LM 14C | |
| NyONE 显微镜 | Synentec | 可根据要求提供 | |
| 泵控制 | Vaccubrand | CVC 2II | |
| 超声波浴 Sonorex RK100H | Brandelin 电子 | 31200001107477 | |
| 真空泵 RC5 | Vaccubrand | 1805400204 | |
| 水浴 W13 | Haake | 002-9910 | |
| 等离子清洁器 PDC-37G | Harrick 等离子清洁 | PDC-37G | |
| 名称 | >Company | 目录号 | 评论 |
| Software | |||
| ImageJ | 开源 | http://imagej.nih.gov/ij/ | 科学图像处理软件 |
| NanoCalcFX | 免费软件 | http://sourceforge.net/projects/nanocalc/ | 用于大量传输动力学数据集的数据分析/评估软件 |
| NTA 2.3 分析软件 | Nanosight | 用于纳米粒子跟踪的数据采集和分析软件显微镜 | |
| NTA 2.3 Temperature Comms | Nanosight | 温度控制软件,用于纳米粒子跟踪显微镜 |
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