Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.

Artículo de método

In vitro Reconstitución del citoesqueleto de actina dentro de vesículas unilamelares gigantes

4.1K visualizaciones

⸱

DOI:

10.3791/64026

⸱

25 de agosto de 2022

En este artículo

Resumen

En este manuscrito, demostramos las técnicas experimentales para encapsular el citoesqueleto de actina F en vesículas lipídicas unilamelares gigantes (también llamadas liposomas), y el método para formar una capa de actina F que imita la corteza en la valva interna de la membrana liposómica.

Resumen

El citoesqueleto de actina, la principal maquinaria mecánica en la célula, media numerosas actividades celulares físicas esenciales, incluyendo la deformación, división, migración y adhesión celular. Sin embargo, el estudio de la dinámica y la estructura de la red de actina in vivo se complica por la regulación bioquímica y genética dentro de las células vivas. Para construir un modelo mínimo desprovisto de regulación bioquímica intracelular, la actina se encapsula dentro de vesículas unilamelares gigantes (GUV, también llamadas liposomas). Los liposomas biomiméticos son del tamaño de una célula y facilitan una visión cuantitativa de las propiedades mecánicas y dinámicas de la red del citoesqueleto, abriendo una ruta viable para la biología sintética ascendente. Para generar liposomas para encapsulación, se utiliza el método de emulsión invertida (también conocido como método de transferencia de emulsión), que es una de las técnicas más exitosas para encapsular soluciones complejas en liposomas para preparar varios sistemas que imitan células. Con este método, se agrega una mezcla de proteínas de interés al tampón interno, que luego se emulsiona en una solución de aceite mineral que contiene fosfolípidos para formar gotas de lípidos monocapa. Los liposomas deseados se generan a partir de gotas lipídicas monocapa que cruzan una interfaz lípido/aceite-agua. Este método permite la encapsulación de polímeros de actina concentrados en los liposomas con los componentes lipídicos deseados, allanando el camino para la reconstitución in vitro de una red de citoesqueleto bioimitador.

Introducción

El citoesqueleto de actina juega un papel fundamental en la construcción de la arquitectura intracelular de la célula mediante la coordinación de la contractilidad a nivel molecular y la generación de fuerza 1,2,3. Como resultado, media numerosas actividades celulares esenciales, incluyendo la deformación celular4,5, división6, migración 7,8 y adhesión9. La reconstitución in vitro de las redes de actina ....

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Protocolo

1. Preparación de tampones y soluciones proteicas

  1. Prepare el tampón acuoso de no polimerización interna (INP) en un volumen total de 5 mL mezclando 0.1 mM CaCl 2, 10 mM HEPES (pH 7.5), 1 mM DTT, 0.5 mM Dabco, 320 mM sacarosa y0.2 mM ATP.
  2. Prepare la mezcla de proteínas (PM) agregando proteínas al tampón INP a 4 °C con las siguientes concentraciones: 11.2 μM de actina G no fluorescente, actina marcada fluorescente de 2.8 μM y Arp2/3 de 0.24 μM (Tabla de materiales). Para formar una capa de actina F, agregue 100 nM gelsolin, 4 μM de cofilina y 2.2 μM VCA-His a la PM. Como experimento de control, reemplace P....

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Resultados

La preparación de liposomas basada en la técnica de emulsión invertida se ilustra gráfica y esquemáticamente en la Figura 1.

Primero, se prepararon liposomas vacíos (desnudos) (~ 5-50 μm de diámetro) que estaban compuestos de fosfolípidos (EPC) y lípidos fluorescentes (DHPE). Un tinte fluorescente brillante de color rojo lejano se encapsuló dentro de liposomas desnudos como un experimento de control. Si una monocapa lipídica se ha formado con éxito en el periféric.......

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Discusión

Varios pasos clave determinan el éxito de un alto rendimiento de liposomas durante el proceso de preparación. Para disolver completamente la película lipídica en el aceite, la muestra debe ser sonicada hasta que la película lipídica en el fondo del vial de vidrio desaparezca por completo. Después de la sonicación, la mezcla de lípidos y aceite debe almacenarse durante la noche a temperatura ambiente en condiciones oscuras para que las moléculas lipídicas se dispersen más29. La mezcla puede conserv.......

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Divulgaciones

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Agradecimientos

Reconocemos la financiación de ARO MURI W911NF-14-1-0403 a M.P.M., los Institutos Nacionales de Salud (NIH) R01 1R01GM126256 a M.P.M., los Institutos Nacionales de Salud (NIH) U54 CA209992, NIH RO1 GM126256, NIH U54 CA209992, Universidad de Michigan / Genentech, SUBK00016255 y Human Frontiers Science Program (HFSP) número de subvención RGY0073/2018 a M.P.M. Cualquier opinión, hallazgo, conclusión o recomendación expresada en este material son las de los autores y no reflejan necesariamente los puntos de vista de la ARO, NIH o HFSP. S.C. reconoce conversaciones fructíferas con V. Yadav, C. Muresan y S. Amiri.

....

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
1,2-dioleoil-sn-glicero-3-{[n(5-amino-1-carboxipentil)ácido iminodiacético]succinil} sal de níquel (DOGS-NTA-Ni) Avanti Polar Lipids Inc.231615773Lípido de níquel
1,4-diazabicitciclo[2.2.2]octanoSigmaD27802-25GDABCO
Proteína de actina (>99% pura): músculo esquelético de conejoCitoesqueleto, IncAKL99-DG-actina no fluorescente
Proteína de actina (rodamina): músculo esquelético de conejoCitoesqueleto, IncAR05actina marcada con fluorescencia
Adenosina 5′-trifosfato hidrato de sal disódicaSigmaA2383-10GColorante ATP
Alexa Fluor 647Colorante fluorescenteThermoFisher
Andor iQ3Andor Technologiespara microscopio confocal
Arp2/3 Protein Complex: Porcino BrainCytoskeleton, IncRP01P-AArp 2/3
Cloruro de calcio dihidratadoSigma10035048CaCl2
Chamlide Chambers (4 pocillos para cubreobjetos redondos de 12 mm)Cámara de incubaciónQuorum Technologies
Proteína Cofilina: Citoesqueleto recombinante humano, IncCF01-CCofilin
(63 veces; objetivo de inmersión en aceite)Andor TechnologiesLEICA DMi8
D-(+)-GLUCOSA BIOXTRASigmaG7528glucosa
DithiothreitolDOT Scientific DSD11000-10DTT
Proteína de gelsolina: Homo Sapiens Citoesqueleto Recombinante, IncHPG6gelsolina
Hamilton 1750 Jeringa hermética al gas, 500 y micro; L, aguja cementada, 22 G, punta cónica de 2"Cole-ParmerUX-07940-53jeringa de vidrio
HEPESAmericanBio7365-45-9
ImageJ/Fijihttps://imagej.net/tutorials/
L-alfa-fosfatidilcolinaAvanti Polar Lipids Inc.97281442EPC
Cloruro de magnesioSigma7786303MgCl2
Aceite mineral, Bioreactivo, para biología molecular, aceite ligeroSigma8042475aceite mineral
N-WASP fragmento WWA (aa400– 501, VCA-His)VCA-His se purifica utilizando el protocolo de laboratorio. El protocolo se puede proporcionar a petición razonable
Oregon Green 488 1,2-Dihexadecanoyl-sn-Glycero-3-Phosphoethanolamine (Oregon Green 488 DHPE)Thermo FisherO12650DHPE
Cloruro de potasioSigma7447407KCl
SacarosaSigma57-50-1sacarosa
β-Caseína de leche bovinaSigmaC6905-250MG
Software de control y adquisición de de Microscopio Confocal

Referencias

  1. Murrell, M., Oakes, P. W., Lenz, M., Gardel, M. L. Forcing cells into shape: the mechanics of actomyosin contractility. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 16 (8), 486-498 (2015).
  2. Stricker, J., Falzone, T., Gardel, M. L. Mechanics of the F-actin cytoskeleton. Jour....

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Reimpresiones y permisos

Etiquetas

Método de emulsión invertidaencapsulación de liposomasreconstitución del citoesqueletomicroscopía confocaldinámica de la red de actinacomplejo ARP2/3marcaje fluorescentemodelo de célula sintética