Nous décrivons un protocole de préparation de bicouches lipidiques supportées et sa caractérisation à l’aide de la microscopie à force atomique et de la spectroscopie de force.
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Nous décrivons un protocole de préparation de bicouches lipidiques supportées et sa caractérisation à l’aide de la microscopie à force atomique et de la spectroscopie de force.
La microscopie à force atomique (AFM) est une technique d’imagerie polyvalente à haute résolution qui permet de visualiser les membranes biologiques. Il a un grossissement suffisant pour examiner les sous-structures membranaires et même les molécules individuelles. L’AFM peut agir comme une sonde de force pour mesurer les interactions et les propriétés mécaniques des membranes. Les bicouches lipidiques supportées sont conventionnellement utilisées comme modèles membranaires dans les études AFM. Dans ce protocole, nous montrons comment préparer des bicouches supportées et caractériser leur structure et leurs propriétés mécaniques à l’aide de l’AFM. Il s’agit notamment de l’épaisseur de la bicouche et de la force de percée.
Les informations fournies par l’imagerie AFM et la spectroscopie de force aident à définir les propriétés mécaniques et chimiques des membranes. Ces propriétés jouent un rôle important dans les processus cellulaires tels que le maintien de l’hémostase cellulaire contre le stress environnemental, le rapprochement des protéines membranaires et la stabilisation des complexes protéiques.
Microscopie à force atomique (AFM) génère une image d'une surface par balayage sur une zone de l'échantillon en utilisant une console avec une pointe très fine 1. Le mouvement de la sonde en porte à faux de la topologie de surface de l'échantillon. AFM a été largement appliquée à des molécules biologiques - y compris les protéines, l'ADN et les membranes, en raison de sa polyvalence dans l'analyse des échantillons fixés dans l'air ou de l'état quasi-native dans un liquide 2-5.
Outre sa capacité d'imagerie à haute résolution dans l'ordre du nanomètre, le cantilever AFM agit comme un ressort pour sonder les forces d'interaction (d'adhérence et de répulsion) et les propriétés mécaniques de l'échantillon 5,6. Ceci est connu comme la spectroscopie de force. Dans ce mode, la sonde se rapproche de la première de l'échantillon et exerce une force sur elle, puis est rentré jusqu'à ce qu'il perd le contact avec l'échantillon (figure 1A). Les courbes montrent générés force en fonction de la distance du levier à la fois pour l'applicationle gardon et la rétraction. Plusieurs propriétés, y compris le module d'élasticité pour mesurer la rigidité d'un matériau, et les forces d'adhérence peuvent être obtenues.
Bicouches lipidiques supportées sont des membranes modèles biologiques situées sur le dessus d'un support solide - habituellement le mica, le verre borosilicate, silice fondue, ou de silicium 7 oxydé. Ils sont préparés en utilisant différentes techniques comme le dépôt de la vésicule, de méthode et de Langmuir-Blodgett spin-coating 8,9. Imagerie AFM a été utilisée pour suivre la formation de ces bicouches supportées 10, et sonder différentes structures formées par des membranes de différentes compositions 11 à 15.
Effectuer la spectroscopie de force sur les résultats bicouches pris en charge dans un pic dans la courbe d'approche. Ce pic indique la force nécessaire pour percer la bicouche, et est appelée force de percée. L'épaisseur de la double couche peut également être mesurée en utilisant la courbe de force 6. La force typique de percée de bicouchescomprise entre 1-50 nN 6. Ces propriétés dépendent de lipide emballage (liquide ou gel de phase) et la structure (longueur de chaîne acyle et le degré d'insaturation) et modifié par des agents de la membrane 16 actif. La théorie derrière la rupture a été expliqué 17 et d'autres paramètres expérimentaux tels que cantilever douceur, rayon de la pointe et de la vitesse d'approche affectent également la force de percée 15,16,18. la spectroscopie de force a été utilisé pour analyser les propriétés des différentes phases lipidiques 11,19, les changements de composition dépendant 12,20, ainsi que des effets d'autres biomolécules, telles que des peptides, sur la stabilité de la membrane 21.
Le plat d'orientation de bicouches supportées est avantageux pour combiner AFM avec d'autres méthodes telles que la résonance plasmonique de surface 22 et la microscopie à fluorescence 11,19 pour mieux caractériser la structure et les propriétés des membranes.
Ce proto vidéo détailléecol est destiné à préparer bicouches lipidiques supportées en utilisant le dépôt de la vésicule et les analyser avec l'AFM et spectroscopie de force. Bien que les vésicules de différentes tailles peuvent être utilisés pour préparer des bicouches, ce protocole se concentre sur les petites et grandes vésicules unilamellaires. Bicouches pris en charge cette phase séparer en liquide commandé (L o) et désordonnés (L) d phases liquides ont été caractérisées 11,15. La membrane est constituée de di-oléoyl-phosphatidylcholine (DOPC), la sphingomyéline (SM), et du cholestérol (Chol) à 2: 2: 1. Cette composition modèles les radeaux lipidiques, qui sont proposées à se comporter comme des plateformes importantes pour le trafic de protéines et de tri, la signalisation cellulaire et d'autres processus cellulaires 23,24.
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1. Préparation de bicouches lipidiques supportées (SLB) 11,12,21
2. microscopie à force atomique Mesures 11,12
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Bicouches lipidiques supportées composées de DOPC: SM: Chol (2: 2: 1) ont été imagées en AFM (Figure 2 AC). En raison de la composition des lipides, SM / Chol-riche et DOPC L o L d riches en phases ont été observés. Le profil de hauteur de l'imagerie AFM peut fournir des informations importantes sur la structure de la membrane. En regardant le profil de hauteur, l'épaisseur de la bicouche peut être mesurée en présence de défauts dans la membrane (figure 2B), ou la ...
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SLBS composés de DOPC: SM: Chol (2: 2: 1) ont été formés sur mica vésicule après adsorption et de la rupture induite par le chlorure de calcium. Cette composition lipidique séparé en L D et L o phases. La phase L o est enrichi en sphingomyéline et cholestérol est moins fluide et / plus visqueux (figure 1A) de la phase de 11 Ld. La séparation de la L o L d à partir de la phase se manifeste en tant que structures circulaires suré...
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Les auteurs déclarent qu'ils ont aucun intérêt financier concurrentes.
Ce travail a été soutenu par la Société Max Planck, le cancer Centre allemand de recherche, l'Université de Tübingen, et le Bundesministerium für Bildung und Forschung (accorder. Pas 0312040).
Nous remercions Eduard Hermann de nous aider à automatiser l'analyse des données de la courbe de la force et le Dr Jakob Suckale la lecture attentive de ce manuscrit.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1,2-dioléoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine | Avanti Polar Lipids, Inc. | 850375P | Se présente sous forme de poudre lyophilisée dans des flacons scellés. Dissoudre toute la poudre dans le chloroforme à l’ouverture. Stocker l’extra sous forme de films lipidiques séchés, sous atmosphère inerte, à -20 ; ° ;C. Visitez ici pour plus d’informations sur le stockage et la manipulation. |
| Sphingomyéline (cerveau, porcin) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 860062P | Se présente sous forme de poudre lyophilisée dans de grands récipients en plastique scellés. Dissoudre une pointe de spatule de poudre de poudre dans le chloroforme à l’ouverture. Stocker l’extra sous forme de films lipidiques séchés, sous atmosphère inerte, à -20 ; ° ;C. Visite ici pour plus d’informations sur le stockage et la manipulation. |
| Cholestérol | Avanti Polar Lipids, Inc. | 700000P | Se présente sous forme de poudre lyophilisée dans de grands récipients en plastique scellés. Dissoudre une pointe de spatule de poudre de poudre dans le chloroforme à l’ouverture. Stocker l’extra sous forme de films lipidiques séchés, sous atmosphère inerte, à -20 ; ° ;C. Visite ici pour plus d’informations sur le stockage et la manipulation. |
| Chlorure de sodium (NaCl), 99,8 % | Carl Roth GmbH + Co. KG | 9265.1 | |
| Chlorure de potassium (KCl), 88 % | Sigma | P9541 | |
| Hydrogénophosphate de sodium (Na2HPO4), >99 % | AppliChem GmbH | A1046 | |
| Dihydrogénphosphate de potassium (KH2PO4), 99 % | Carl Roth GmbH + Co. KG | 3904.1 | |
| Chlorure de calcium dihydraté (CaCl2), qualité biologie moléculaire | AppliChem GmbH | A4689 | |
| HEPES, qualité biologie moléculaire | AppliChem GmbH | A3724 | |
| Lamelle de verre, 24 ; x ; 60 ; mm, 1 ; mm d’épaisseur | Duran Group | 2355036 | |
| Punch and Die | Set Precision Brand Products, Inc | 40105 | |
| Adhésif optique | Norland Products, Inc. | NOA 88 | Adhésif liquide qui durcit lorsqu’il durcit sous une lumière UV de grande longueur d’onde. |
| [en-tête] | |||
| Mica bloque | NSC Mica Exports Ltd. | Il s’agit de morceaux de mica d’une superficie d’au moins 1 pouce carré et d’une épaisseur allant de 0,006 pouce à 0,016 pouce. Ils sont coupés à une taille spécifique par l’entreprise pour l’expédition. De petits disques de mica peuvent être perforés à partir des blocs de mica à l’aide du jeu de poinçons et de matrices. ; Manipulez toujours le mica avec des gants ou une pince à épiler. | |
| Équipement de laboratoire Foreur de graisse | Chemie AG | Extrudeuse de liposomes Glisseal N | |
| Avestin | LiposoFast-Basic | Comme alternative, on peut également consulter les offres de Northern Lipids, Inc. | |
| Ruban adhésif | 3M | Scotch(R) Magic (TM) Tape 810 (1 pouce) | |
| Sonicateur de bain | Bandelin Sonorex Digitec | DT-31 | Pas de chauffage, Fréquence : 35 kHz, Puissance de crête ultrasonique : 160 W, Puissance HF : 40 W. (Fiche technique) |
| Nitrure de silicium AFM Cantilever ; | Sondes AFM Bruker | DNP-10 | Chaque porte-à-faux a quatre pointes et leur rayon d’extrémité nominal est de 20 nm (avec un maximum possible de 60 nbsp ; nm). Sur la base des spécifications, nous utilisons la pointe D avec une fréquence de résonance de 18 kHz et une constante de ressort nominale de 0,06 N/m. |
| AFM | JPK | JPK Nanowizard II monté sur Zeiss Axiovert 200 | |
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