1. Protein-Aufreinigung
- Zelllyse und Proteinextraktion
- Bereiten Sie einen 1,5-fachen Extraktionspuffer basierend auf Tabelle 1 vor. Filtern und bei 4 °C lagern.
- Beginnen Sie mit dem Auftauen der Zellpellets auf Eis. Während die Pellets auftauen, ergänzen Sie 100 ml Extraktionspuffer mit 1,2 mM Dithiothreitol (DTT), 5 μg/ml Leupeptin, 0,5 μM Phenylmethylsulfonylfluorid (PMSF) und zwei Proteasehemmer-Tabletten. Bleiben Sie auf Eis.
- Sobald das Pellet aufgetaut ist, fügen Sie 1 ml des supplementierten Extraktionspuffers pro 10 ml Zellkultur hinzu. Wenn die Zellpellets beispielsweise aus 500 mL Zellkultur gebildet wurden, fügen Sie dem Pellet 50 mL supplementierten Extraktionspuffer hinzu.
- Beschallen Sie die Zellpellets, während Sie sie auf Eis halten. Für jedes Pellet sind die folgenden Bedingungen zu verwenden: 5 s EIN, 5 s AUS, Dauer 5 min, Leistung 4-5.
- Das gesamte homogenisierte Lysat wird in ein Becherglas gegeben und ATP (0,1 M Stammlösung; pH 7,0) so zugegeben, dass die Endkonzentration von ATP 1 mM beträgt. 15 min in einem kalten Raum rühren. Das ATP dissoziiert aktives Myosin vom Aktin, so dass es im folgenden Zentrifugationsschritt getrennt werden kann. Es ist daher wichtig, sofort mit dem nächsten Schritt fortzufahren, um die Möglichkeit eines ATP-Abbaus und einer erneuten Bindung an Aktin zu minimieren.
- Die Lysate werden bei 48.000 x g für 1 h bei 4 °C zentrifugiert. Während dies geschieht, beginnen Sie mit dem Waschen von 1-5 ml einer 50%igen Aufschlämmung Anti-FLAG-Affinitätsharz (für ein Pellet aus 1 l Zellen) mit 100 ml phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) gemäß den Anweisungen des Herstellers. Waschen Sie beispielsweise für 5 ml Harz 10 ml einer 50%igen Aufschlämmung. Im letzten Waschschritt resuspendieren Sie das Harz mit 1-5 mL PBS mit genügend Volumen, um eine 50%ige Aufschlämmung zu erzeugen.
- Nach der Lysatzentrifugation den Überstand mit der gewaschenen Harzaufschlämmung vermischen und 1-4 h schonend im Kühlraum schaukeln. Während der Wartezeit die in Tabelle 1 beschriebenen Puffer herstellen und auf Eis legen.
- FLAG Affinitätsreinigungspräparat
- Die Lösung wird in Schritt 1.7 bei 500 x g 5 min bei 4 °C zentrifugiert. Das Harz wird am Boden der Tube verpackt. Entfernen Sie den Überstand, ohne das Harz zu stören.
- Resuspendieren Sie das Harz in 50 mL Puffer A, wie in Tabelle 1 beschrieben, und zentrifugieren Sie es bei 500 x g für 5 min bei 4 °C. Entfernen Sie den Überstand, ohne das Harz zu stören.
- Resuspendieren Sie das Harz in 50 mL Puffer B, wie in Tabelle 1 beschrieben, und zentrifugieren Sie es 5 Minuten lang bei 4 °C bei 500 x g. Wiederholen Sie diesen Schritt noch einmal und resuspendieren Sie das Harz in 20 mL Puffer B. Mischen Sie dann das Harz und den Puffer gründlich, indem Sie das Röhrchen etwa 10 Mal vorsichtig von Hand umdrehen.
- Proteinelution und -konzentration
- Stellen Sie 30 ml Elutionspuffer her, wie in Tabelle 1 beschrieben, und lassen Sie ihn auf Eis abkühlen.
- Stellen Sie die Elutionssäule in einem kalten Raum auf. Gießen Sie die Harzaufschlämmung vorsichtig in die Säule. Waschen Sie die Säule mit 1-2 Säulenvolumina Puffer B, während sich das Harz auf den Boden packt, um sicherzustellen, dass das Harz nicht austrocknet.
- Lassen Sie 1 mL des Elutionspuffers durch das Harz fließen und sammeln Sie den Durchfluss in einem 1,5 mL Röhrchen. Wiederholen Sie den Vorgang, bis 12,1 ml-Fraktionen gesammelt sind.
- Führen Sie an dieser Stelle einen groben Bradford-Test an den Fraktionen durch, um qualitativ zu bestimmen, welche Fraktionen am stärksten konzentriert sind. Pipettieren Sie in einer Reihe einer 96-Well-Platte 60 μl 1x Bradford-Reagenz. Mischen Sie beim Sammeln der Fraktionen 20 μl jeder Fraktion pro Vertiefung. Eine dunklere blaue Färbung zeigt die konzentrierteren Fraktionen an.
- Sammeln Sie das verbleibende Protein in einem 50-ml-Röhrchen, indem Sie den restlichen Elutionspuffer vorsichtig durch die Säule pipettieren, um das verbleibende Myosin, das an das Harz im Säulendurchfluss gebunden ist, freizusetzen. Dieser Flow-Through wird im nächsten Schritt konzentriert. Stellen Sie sicher, dass das Harz dann für die Wiederverwendung regeneriert und gemäß den Anweisungen des Herstellers gelagert wird.
- Bündeln Sie die drei am stärksten konzentrierten Fraktionen und konzentrieren Sie den Durchfluss im 50-ml-Röhrchen sowie die restlichen 1-ml-Fraktionen mit einem 100.000-MWCO-Konzentrationsröhrchen. Laden Sie die gepoolte Probe auf das Konzentrationsröhrchen und zentrifugieren Sie sie bei 750 x g für 15 min bei 4 °C und wiederholen Sie den Vorgang, bis das gesamte eluierte Protein auf ein Endvolumen von ca. 0,5 bis 1 ml konzentriert ist
Anmerkung: Diese Porengröße ermöglicht die Retention der Myosinmoleküle, die Massen haben, die ein Vielfaches des Molekulargewichtsgrenzwerts betragen. Die Leichtketten bleiben während dieses Konzentrationszeitraums fest an die motorischen Domänen gebunden, was durch die Durchführung einer SDS-PAGE-Gelelektrophorese am Endprodukt nachgewiesen wurde.
- Dialyse und Schockfrosten
- Stellen Sie 2 l Dialysepuffer her, wie in Tabelle 1 beschrieben. Laden Sie die Probe in einen Dialysebeutel oder eine Dialysekammer und dialysieren Sie sie über Nacht im Kühlraum.
Anmerkung: Im Fall von M5a-HMM ist das Protein nach der Nachtdialyse ausreichend rein für die Verwendung in nachfolgenden Assays. Bei Bedarf können weitere Reinigungsschritte wie Gelfiltration oder Ionenaustauschchromatographie durchgeführt werden.
- Rückgewinnung von Myosin nach der Dialyse
- Bei M5a-HMM ist die gesamte Probe vorsichtig aus der Dialysekammer zu entnehmen und 15 Minuten lang bei 4 °C bei 49.000 x g zu zentrifugieren, falls unerwünschte Aggregate vorhanden sind. Nimm den Überstand.
- Konzentrationsbestimmung und Schockfrosten
- Um die Konzentration des Produkts zu bestimmen, messen Sie die Extinktion mit einem Spektralphotometer bei den Wellenlängen 260, 280, 290 und 320 nm. Berechnen Sie die Konzentration in mg/ml (cmg/ml) mit Gleichung 1, wobei A280 die Absorption bei 280 nm und A320 die Absorption bei 320 nm darstellt. Die resultierende Konzentration in mg/ml kann mit Gleichung 2 in μM von Myosinmolekülen umgerechnet werden, wobei M das Molekulargewicht des gesamten Proteins (einschließlich der schweren Ketten, leichten Ketten, Fluorophore und aller Tags) ist.
cmg/ml = (A280 - A320) / ε (1)
μM Moleküle = 1000cmg/mL/M (2)
Anmerkung: Wenn eine Verdünnung notwendig ist, dann muss diese in einem Puffer mit hoher Ionenstärke erfolgen. Der Extinktionskoeffizient (ε) kann bestimmt werden, indem die Aminosäuresequenz des Proteins in ein Programm wie ExPASy importiert wird. Die typische Ausbeute für das M5a-HMM beträgt etwa 0,5-1 ml 1-5 mg/ml Protein. Der Extinktionskoeffizient für das in dieser Arbeit verwendete M5a-HMM betrug 0,671.
- Lagern Sie das gereinigte Myosin auf eine der beiden Arten. Aliquotieren Sie zwischen 10 und 20 μl in ein dünnwandiges Röhrchen, z. B. ein Polymerisationskettenreaktionsröhrchen, und geben Sie das Röhrchen zum Schockfrosten in einen Behälter mit flüssigem Stickstoff. Alternativ können Sie zwischen 20 und 25 μl Myosin direkt in flüssigen Stickstoff pipettieren und die gefrorenen Proteinkügelchen in sterilen Kryoröhrchen aufbewahren. In beiden Fällen können die resultierenden Röhrchen in -80 °C oder in flüssigem Stickstoff für die zukünftige Verwendung gelagert werden.
Anmerkung: Da der unten beschriebene Motilitätsassay sehr geringe Mengen an Protein benötigt, ist die Lagerung in kleinen Aliquoten, wie beschrieben, wirtschaftlich.
2. Einzelmolekül-TIRF-Assay
- Vorbereitung des Deckglases
- Das Stammpulver wird in 10 mg Aliquots (in 1,5 mL Röhrchen) Methoxy-Peg-Silan (mPEG) und 10 mg Aliquots Biotin-Peg-Silan (bPEG) aufgeteilt. Bei -20 °C in einem verschlossenen, feuchtigkeitsfreien Behälter lagern und innerhalb von 6 Monaten verbrauchen.
- Legen Sie acht quadratische Deckgläser mit einer Dicke von 22 mm Nr. 1,5 H (hohe Präzision) auf ein Gestell und waschen Sie es mit 2-5 ml 200-prozentigem Ethanol, gefolgt von 2-5 ml destilliertem Wasser. Wiederholen Sie diesen Waschschritt und beenden Sie ihn mit Wasser. Anschließend die Deckgläser mit einer Luftleitung oder N2 vollständig trocknen und 3 min lang mit Argon plasmareinigen.
- Legen Sie die sauberen Deckgläser auf Filterpapier (90 mm) in eine Gewebekulturschale (100 x 20 mm) und inkubieren Sie sie in einem 70 °C heißen Ofen, während Sie die folgenden Schritte durchführen
HINWEIS: Die Plasmareinigung kann durch andere chemische Reinigungsmethoden ersetzt werden.
- Bereiten Sie eine 80%ige Ethanollösung mit dH2O vor und stellen Sie den pH-Wert mit HCl auf 2,0 ein. Geben Sie 1 ml davon zu einem 10 mg Aliquot von mPEG und 1 ml zu einem 10 mg Aliquot von bPEG. Wirbel zum Auflösen, was nicht länger als 30 s dauern sollte.
- Nehmen Sie 100 μl der bPEG-Lösung und fügen Sie 900 μl 80%iges Ethanol (pH 2,0) hinzu. Diese Lösung ist 1 mg/ml bPEG. Stellen Sie dann eine Lösung aus beiden PEGs wie folgt her und mischen Sie sie gründlich.
- 200 μl 10 mg/mL mPEG (Endkonzentration: 2 mg/mL).
- 10 μl des 1 mg/ml bPEG (Endkonzentration: 10 μg/ml).
- 790 μl der 80%igen Ethanollösung (pH 2,0).
- Nehmen Sie die Deckgläser aus dem Ofen. Geben Sie vorsichtig 100 μl der PEG-Lösung auf die Mitte jedes Deckglases und stellen Sie sicher, dass nur die Oberseite nass ist. Dann die Slips wieder in den Ofen schieben und 20 bis 30 Minuten inkubieren.
- Wenn die Deckgläser anfangen, löchrig auszusehen und kleine Kreise auf der Oberfläche zu erkennen, nehmen Sie sie aus dem Ofen.
- Waschen Sie jeden Deckbezug mit 100 % Ethanol, trocknen Sie ihn mit einem Luftschlauch und stellen Sie ihn wieder in den Ofen. Inkubieren Sie nur so lange, wie es zum Erstellen von Kammern in Schritt 2 erforderlich ist.
- Vorbereitung der Kammer
- Reinigen Sie einen Objektträger, der für die Herstellung der Kammer verwendet werden soll. Schneiden Sie zwei Stücke doppelseitiges Klebeband mit einer Länge von ca. 2 cm ab.
- Legen Sie ein Stück in die Mitte der langen Kante des Objektträgers. Stellen Sie sicher, dass die Kante des Klebebandes mit der Kante der Folie ausgerichtet ist. Legen Sie das zweite Stück Klebeband etwa 2 mm unter das erste Stück Klebeband, so dass beide parallel und ausgerichtet sind.
- Nehmen Sie eines der funktionalisierten Deckgläser aus dem Ofen (erstellt in 2.1). Kleben Sie das Deckglas vorsichtig so auf das Klebeband, dass die mit PEG beschichtete Seite nach unten zeigt und direkten Kontakt mit dem Klebeband hat, wie in Abbildung 1 gezeigt. Drücken Sie mit einer Pipettenspitze vorsichtig auf die Schnittstelle zwischen Objektträger und Klebeband, um sicherzustellen, dass das Deckglas richtig auf dem Objektträger haftet.
- Schneide das überschüssige Klebeband, das über der Rutsche hängt, mit einer Rasierklinge ab. Diese Kammern können sofort verwendet oder paarweise in ein 50-ml-Röhrchen gegeben und für die zukünftige Verwendung in einem -80 °C-Gefrierschrank gelagert werden. Es ist wichtig, es sofort zu lagern, da sich die Oberfläche sonst verschlechtert.
- Durchführung des Myosin 5a TIRF-Mikroskopie-Assays
- Bereiten Sie die Lösungen für den in Tabelle 2 beschriebenen Myosin-5a-Motilitätstest vor und bewahren Sie sie auf Eis auf.
- Waschen Sie die Kammer mit 10 μl 50 mM MB mit 1 mM DTT.
- Fluss in 10 μL des 1 mg/mL BSA in 50 mM MB mit 1 mM DTT. Wiederholen Sie diese Wäsche noch zwei weitere Male und warten Sie 1 Minute nach der dritten Wäsche. Verwende die Ecke eines Seidenpapiers oder Filterpapiers, um die Lösung durch den Kanal zu leiten.
- Waschen Sie mit 10 μL von 50 mM MB mit 1 mM DTT. Wiederholen Sie diese Wäsche noch zwei weitere Male.
- 10 μl der NeutrAvidin-Lösung in 50 mM MB mit 1 mM DTT einfließen lassen und 1 min warten.
- Waschen Sie mit 10 μL von 50 mM MB mit 1 mM DTT. Wiederholen Sie diese Wäsche noch zwei weitere Male.
- 10 μl biotinyliertes Rhodamin-Aktin (bRh-Aktin) mit 1 mM DTT in 50 mM MB einfließen lassen und 1 min warten. Verwenden Sie für diesen Schritt eine Pipettenspitze mit großer Bohrung und vermeiden Sie das Auf- und Abpipettieren, um das Scheren der fluoreszierenden Aktinfilamente zu minimieren und sicherzustellen, dass lange Aktinfilamente an der Oberfläche befestigt werden können (20-30 μm oder länger). Eine effektive Alternative ist das Schneiden des Konus einer Standard-Pipettenspitze (mit einer Öffnung von ≈1-1,5 mm).
- Waschen Sie mit 10 μL von 50 mM MB mit 1 mM DTT. Wiederholen Sie diese Wäsche noch zwei weitere Male.
- 30 μl Final Buffer mit 10 nM Myosin 5a zugeben, dann sofort auf das TIRF-Mikroskop laden und aufzeichnen, nachdem der optimale Fokus für die TIRF-Bildgebungsmodalität gefunden wurde. Belichtungszeiten zwischen 100-200 ms sind bei 1,4 mW Laserleistung für das Aktin- und GFP-markierte Myosin geeignet. Eine geeignete Erfassungszeit für die Geschwindigkeitsanalyse beträgt 3 min.
Tabelle 1: Puffer, die bei der Proteinreinigung verwendet werden.
| Name des Puffers | Zusammensetzung | Verwendete Schritte | Kommentare |
| M5a Extraktionspuffer | 0,3 M NaCl | 1.1 | Auf Eis bleiben. |
| 15 mM MOPS, pH 7,2 |
| 15 mM MgCl2 |
| 1,5 Mio. EGTA |
| 4,5 mM NaN3 |
| Puffer A | 0,5 M NaCl | 2.2 | Bleiben Sie auf Eis. |
| 10 mM MOPS, pH 7,2 |
| 0,1 Mio. EGTA |
| 3 mM NaN3 |
| 1 mM ATP |
| 1 mM DVB-T |
| 5 mM MgCl2 |
| Puffer B | 0,5 M NaCl | 2.3 | Auf Eis bleiben. |
| 10 mM MOPS, pH 7,2 |
| 0,1 Mio. EGTA |
| 3 mM NaN3 |
| 1 mM DVB-T |
| Elutionspuffer | 0,5 M NaCl | 3.1 | Bleiben Sie auf Eis. |
| 0,5 mg/ml FLAG-Peptid |
| 10 mM MOPS, pH 7,2 |
| 0,1 Mio. EGTA |
| 3 mM NaN3 |
| pH-Wert 7,2 |
| M5a Dialyse-Puffer | 500 mM KCl | 4.1 | Verwenden Sie kaltes dH2O, um es auf Lautstärke zu bringen. |
| 10 mM MgCl2 |
| 10 mM MOPS, pH 7,2 |
| 0,1 Mio. EGTA |
| 1 mM DVB-T |
Tabelle 2: Puffer, die im TIRF-Assay verwendet werden.
| Name des Puffers | Zusammensetzung | Verwendete Schritte | Kommentare | |
| 4X Motilitätspuffer (4X MB) | 80 mM MOPS, pH 7,2 | | Filter vakuumieren und bei 4°C lagern | |
| 20 mM MgCl2 | |
| 0,4 Mio. EGTA | |
| pH-Wert 7,4 | |
| 50 mM Salt Motilitätspuffer (50 mM MB) | 25% v/v 4X MB | | Filter vakuumieren und bei 4°C lagern | |
| 50 mM KCl | |
| Anhebung auf Lautstärke mit dH2O | |
| 150 mM Salz-Motilitätspuffer (150 mM MB) | | | Vakuumfilter und Lagerung bei 4°C | |
| Myosin | | Siehe "Final Buffer" Rezept | Bleiben Sie auf Eis. | |
| 2 mg/ml NeutrAvidin | 2 mg/ml NeutrAvidin | 3.5 | Bleiben Sie auf Eis. | |
| 1 mM DVB-T | |
| Verdünnen in 50 mM MB | |
| 1 mg/ml Rinderserumalbumin (BSA) | 1 mg/ml BSA | 3.3 | Bleiben Sie auf Eis. | |
| 1 mM DVB-T | |
| Verdünnen in 50 mM MB | |
| >200 nM Rhodamin-Phalloidin, biotinyliertes F-Aktin (bRh-Aktin) | 200 nM Rhodamin-Phalloidin, biotinyliertes F-Aktin | 3.7 | Vermeiden Sie Scherungen, indem Sie nicht vortexen oder auf und ab pipettieren. Zum Mischen vorsichtig invertieren. | |
| 1 mM DVB-T | |
| Verdünnen in 50 mM MB | |
| MB mit DVB-T | 50 mM DVB-T | 3.2, 3.4, 3.6, 3.8 | Bleib auf Eis. | |
| Verdünnen in 50 mM MB | |
| Endpuffer | 50 mM KCl | 3,9 | Fügen Sie die Glukose, die Glukoseoxidase und die Katalase unmittelbar vor der Durchführung des Experiments hinzu. Bleiben Sie auf Eis. | |
| 20 mM MOPS, pH 7,2 | |
| 5 mM MgCl2 | |
| 0,1 Mio. EGTA | |
| 1 mM ATP | |
| 50 mM DVB-T | |
| 1 μM Calmodulin | |
| 2,5 mg/ml Glukose | |
| 100 μg/ml Glukoseoxidase | |
| 40 μg/ml Katalase | |
| 10 nM Myosin | |