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Hemos descrito un método para el reclutamiento localizado de proteínas mOrange-Nano en membranas modelo, como la bicapa lipídica soportada y las vesículas unilamelares gigantes mediante el uso de la proteína fotoconmutable disiLID8. Los aspectos que contribuyen a la calidad del patrón incluyen la calidad de las proteínas, así como la buena calidad de los SLB y GUV.
Para garantizar una buena calidad de la proteína después de la expresión y la purificación, es importante evaluar primero las propiedades fotoconmutables de disiLID. Para ello, hay que medir la absorción del cofactor FMN en la oscuridad y después de la iluminación con luz azul. Se espera que los espectros UV-Vis de disiLID muestren el característico triple pico del cofactor FMN en la oscuridad, que disminuye significativamente con la iluminación de luz azul y se recupera en la oscuridad13. Este comportamiento fotoconmutable es crucial para obtener un reclutamiento reproducible y reversible en los siguientes pasos. Trabajar con luz roja protectora y exponer disiLID a una iluminación externa mínima durante la preparación de las muestras aumenta el rendimiento de los experimentos.
Otro paso crítico, y quizás el más crucial, es la formación de SLB adecuados. Los defectos en las membranas y/o la formación de SLB no homogéneos (es decir, la presencia de multicapas o SLB parcheados) afectarán la calidad del patrón de proteínas. Por lo tanto, para los usuarios inexpertos, se recomienda reproducir el protocolo marcando los SUV con algunos tintes de membrana, como DiD y DiO, para formar SLB marcados con fluorescencia. De esta manera, las propiedades y la calidad de los SLB se pueden caracterizar bien con microscopía de fluorescencia. Las mediciones de FRAP representan un enfoque típico para evaluar la calidad de un SLB mediante la evaluación de la fluidez de las membranas. Alternativamente, en el caso de los SLB biotinilados como los descritos en este protocolo, se puede utilizar SAv marcado con fluorescencia (por ejemplo, Atto 488-SAv) para visualizar y evaluar la calidad de los SLB.
La primera parte del protocolo describe la formación de patrones en los SLB. Para garantizar un resultado óptimo, es importante añadir mOrange-Nano a los SLB y dejar que la muestra se incube en la oscuridad durante 15 minutos. Durante la fotoactivación, la selección del ROI no se restringe a un tamaño específico. Sin embargo, la intensidad del láser y el tiempo de exposición deben regularse para reducir el fotoblanqueo no deseado de las proteínas fluorescentes.
Este método no se limita a las proteínas biotiniladas, y se pueden utilizar otros enfoques para anclar disiLID a los SLB. Por ejemplo, el disiLID marcado con His puede expresarse y anclarse en SLB que contienen Ni-NTA. Sin embargo, es crucial expresar Nano y disiLID con etiquetas diferentes para evitar el reemplazo de las proteínas en los SLB. Este método también permite la posibilidad de invertir el orden de las proteínas, funcionalizando así las SLB con Nano y reclutando disiLID (o proteínas fusionadas con disiLID) tras la iluminación con luz azul.
Para el control dinámico de la localización de proteínas, la localización reversible de la proteína en la región seleccionada debería ser posible repetidamente. Para lograr esto, la concentración de Nano (200 nM) en la solución es un parámetro crítico para obtener una alta reversibilidad.
Otra preocupación es el reclutamiento de Nano en la superficie GUV funcionalizada con disiLID. Al igual que en el caso del patrón de proteínas en SLBs, este método puede extenderse a diferentes estrategias de funcionalización de membranas. En este protocolo, todo el GUV se iluminó con luz azul para reclutar mOrange-Nano en toda la superficie del GUV. Sin embargo, la selección de pequeños ROIs localizados en la membrana GUV debería conducir a la localización precisa de proteínas en un área más restringida.
Este método presenta solo una limitación relacionada con la elección del fluoróforo empleado para la obtención de imágenes del Nano reclutamiento en la membrana de los SUV o GUV. En particular, deben evitarse los fluoróforos con un espectro de excitación en el rango de luz azul, ya que su uso interferirá con la fotoactivación de (dis)iLID. Por lo tanto, se recomienda la elección de fluoróforos en el rango de luz verde o roja (por ejemplo, mOrange o Cy5) para este tipo de experimento.
El diseño de disiLID ofrece una forma sencilla y adaptable de mejorar el reclutamiento de proteínas locales a las membranas y amplía el rango dinámico de iLID y Nano de la optogenética4. Estos métodos se centran en el reclutamiento de Nano en membranas mímicas como bicapas lipídicas y GUV. Sin embargo, este enfoque es extensible a las numerosas herramientas optogenéticas en las células donde (dis)iLID o Nano están unidos a una membrana.