本方案利用琼脂糖溶胀技术,作为一种强大且具有广泛适用性的方法,将整合膜蛋白(IMPs)包封入巨型单层脂质囊泡(GUVs)中。文中以人源5-羟色胺1A受体蛋白(5-HT1AR)的重建为例,该蛋白属于药理学上重要的G蛋白偶联受体类别之一。
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本方案利用琼脂糖溶胀技术,作为一种强大且具有广泛适用性的方法,将整合膜蛋白(IMPs)包封入巨型单层脂质囊泡(GUVs)中。文中以人源5-羟色胺1A受体蛋白(5-HT1AR)的重建为例,该蛋白属于药理学上重要的G蛋白偶联受体类别之一。
由于质膜的复杂性以及活细胞中影响蛋白质行为的多种因素,对整合膜蛋白的结构与功能进行稳健的体外研究一直存在挑战。巨大单层囊泡(GUVs)是一种仿生性强且高度可调的体外模型系统,可用于研究蛋白质-膜相互作用,并以精确、刺激依赖的方式探测蛋白质行为。在本实验方案中,我们介绍了一种经济高效的方法,用于制备稳定整合人源5-羟色胺1A受体(5-HT1AR)的GUVs。我们采用改良的水凝胶溶胀法制备GUVs:将脂质膜沉积在琼脂糖与5-HT1AR的混合物表面,随后对整个系统进行水化,从而形成膜中正确取向且具有功能性的5-HT1AR整合的囊泡。这些GUVs随后可通过显微镜技术用于研究蛋白质-膜相互作用及定位行为。最终,该方案有助于加深对整合膜蛋白功能的理解,提供深刻的生理学洞察。
合成模型膜是研究生物膜基本性质和功能的有力工具。巨大单层囊泡(GUVs)是研究多种质膜性质的最重要平台之一,可被设计用于模拟不同的生理条件1,2,3,4,5,6,7,8。已有充分证据表明,质膜及其组织结构在多种细胞过程中发挥关键作用,例如信号转导、黏附、内吞作用和物质运输9,10,11,12,13,14,15。
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1. 蛋白质标记
2. 膜整合5-HT1A的GUVs
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测定蛋白质浓度,并计算染料与蛋白质的摩尔比,结果为1:1。通过共聚焦显微镜观察GUVs,我们确认了囊泡的成功形成及蛋白质的有效整合。脂质以0.4 mol%的ATTO 488-DPPE进行标记,蛋白质则通过罗丹明NHS酯对伯胺的共价修饰进行标记。图2a和图2b分别显示了在同一囊泡中ATTO 488通道和罗丹明通道下的含蛋白质囊泡。所有显微图像均经过暗电流和视场均匀性校正。图2c和图2d显示了未整合蛋白质的阴性对照GUV。图3a和图3b显示了一个整合了蛋白质的GUV,并给出了同一囊泡在两个通道中沿白色虚线的线强度分布图。线强度分布图展示了图像中沿所画白线方向各像素强度的二维图谱,其中x轴表示沿该线的距离,y轴表示像素强度。使用ImageJ软件绘制指定线段的强度分布曲线。
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我们已确定两个对整个实验方案成功至关重要的步骤: 等离子体处理与脂质沉积 盖玻片的等离子清洗至关重要 确保琼脂糖水凝胶对玻璃盖玻片具有充分的覆盖和良好的黏附性。等离子清洗可实现两个目的: 首先,去除玻璃表面的有机物残留;其次,活化盖玻片表面,随着玻璃表面亲水性增强,其润湿性得以提高62,63. 等离子清洗后触碰盖玻片表面会使超洁净表面失活并受到污染,应严格避免。我们建议仅触碰其最边缘和底面 在进行琼脂糖封片步骤时,操作盖玻片应避免触碰盖玻片的表面。 第二个关键步骤是将脂质沉积到干燥的水凝胶表面。该方法采用逐滴添加的方式进行脂质沉积, 需要使用气相色谱(GC)针头和气流,每次沉积数微升脂质溶液,从而精确控制所添加脂质的量及其在水凝胶表面的成膜位置。 该方法的缺点 是 若操作不慎, 它 可能导致少数情况 选择 脂质较厚的区域 薄膜,导.......
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作者声明无利益冲突。
感谢 Matthew Blosser 提供的宝贵讨论和建议。本工作由美国海军研究办公室(N00014-16-1-2382)和美国国家科学基金会(PHY-1915017)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱(DOPC) | Avanti Polar Lipids, Alabaster, AL | 850375C-25mg | |
| TI-Eclipse 倒置显微镜 | Nikon, Melville, NY | Eclipse Ti | |
| 1,2-二棕榈酰基-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱(DPPC) | Avanti Polar Lipids, Alabaster, AL | 850355C-25mg | |
| 13/16″ 内径,1″ 外径硅胶O型圈 | Sterling Seal & Supply, Neptune, IN | 5-003-8770 | |
| 16位级联II 512电子倍增电荷耦合器件相机 | Photometrics, Huntington Beach, CA | Cascade II 512 | |
| 1-棕榈酰基-2-油酰基-甘油-3-磷脂酰胆碱(POPC) | Avanti Polar Lipids, Alabaster, AL | 850457C-25mg | |
| 488 nm波长50 mW固态激光器,发射滤光片中心波长525 nm;561 nm波长激光器,发射滤光片中心波长595 nm | Coherent, Santa Clara, CA | 488/561-50-LS | |
| 5-HT1AR膜片段 | Perkin Elmer, Waltham, MA | RBHS1AM400UA | |
| ATTO-488标记的1,2-二棕榈酰基-sn-甘油-3-磷脂酰乙醇胺(DPPE) | ATTO-TEC, Siegen, Germany | AD 488-155 | |
| 台式等离子清洗仪 | Harrick Plasma, Ithaca, NY | PDC-32G | |
| 牛血清白蛋白(BSA) | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | A9418 | |
| 氯仿(CHCl3) | Millipore Sigma, Burlington, MA | CX1055 | |
| 胆固醇(Chol) | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | C8667-5G | |
| Corning 96孔平底透明板 | Corning, Corning, NY | 3904 | |
| Elmasonic E系列E15H超声波清洗仪 | Elma, Singen, Germany | [主网站已不再销售] | |
| 葡萄糖 | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | G7528 | |
| 甲醇(MeOH) | Millipore Sigma, Burlington, MA | MX0485 | |
| NanoDrop ND-1000 | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | ND-1000 | |
| NHS-罗丹明 | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 46406 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS)(10倍浓缩PBS) | Corning, Corning, NY | 21-040 | |
| 旋转盘CSUX共聚焦显微镜头 | Yokogawa, Tokyo, Japan | CSU-X1 | |
| 标准25 mm 1号玻璃盖玻片 | ChemGlass, Vineland, NJ | CLS-1760 | |
| 蔗糖 | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | S7903 | |
| Sykes-Moore反应室 | Bellco, Vineland, NJ | 1943-11111 | |
| 超低熔点琼脂糖 | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | A5030 | |
| VWR模拟加热块 | VWR International, Radnor, PA | [主网站已不再销售] | |
| VWR试管旋转仪 | VWR International, Radnor, PA | 10136-084 | |
| Zeba Spin脱盐柱,7K分子量截留,0.5 mL | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 89882 |
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