Ce protocole décrit un processus de fabrication de réseaux de nanotubes lipidiques en utilisant la motilité de la kinésine glissante en conjonction avec des vésicules lipidiques unilamellaires géantes.
Article de méthode
Ce protocole décrit un processus de fabrication de réseaux de nanotubes lipidiques en utilisant la motilité de la kinésine glissante en conjonction avec des vésicules lipidiques unilamellaires géantes.
Les réseaux de nanotubes lipidiques (LNT) représentent un système modèle in vitro pour l’étude du transport moléculaire et de la biophysique des lipides en rapport avec les tubules lipidiques omniprésents présents dans les cellules eucaryotes. Cependant, les LNT in vivo sont des structures hautement non équilibrées qui nécessitent l’assemblage, la maintenance et la réorganisation de l’énergie chimique et des moteurs moléculaires. De plus, la composition des LNT in vivo est complexe, comprenant plusieurs espèces de lipides différentes. Les méthodes typiques d’extrusion des LNT sont à la fois chronophages et laborieuses, et nécessitent une pince optique, des microbilles et des micropipettes pour extraire de force des nanotubes de vésicules lipidiques géantes. Présenté ici est un protocole pour le test de motilité de glissement (GMA), dans lequel des réseaux LNT à grande échelle sont rapidement générés à partir de vésicules unilamellaires géantes (GUV) en utilisant la motilité de microtubule alimentée par la kinésine. En utilisant cette méthode, les réseaux LNT sont formés à partir d’un large éventail de formulations lipidiques qui imitent la complexité des LNT biologiques, ce qui les rend de plus en plus utiles pour les études in vitro de la biophysique des lipides et du transport associé à la membrane. De plus, cette méthode est capable de produire de manière fiable des réseaux LNT en peu de temps (<30 min) à l’aide d’équipements de laboratoire couramment utilisés. Les caractéristiques du réseau LNT telles que la longueur, la largeur et le partitionnement lipidique sont également accordables en modifiant la composition lipidique des GUV utilisés pour fabriquer les réseaux.
La fabrication de réseaux de nanotubes lipidiques (LNT) présente un intérêt croissant pour l’examen in vitro des structures lipidiques non équilibrées 1,2,3. Les cellules utilisent des tubules lipidiques pour le transport diffusif des protéines4 et des acides nucléiques5 ainsi que pour la communication de cellule à cellule 6,7. Le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi sont particulièrement intéressants, car ces organites liés à la membrane sont les principaux emplacements pour la synthèse des lipides et des protéines ainsi que pour le transport de ces biomolécules intégrales dans le cytoplasme d’une cellule 8,9. Les membranes de ces organites sont composées de plusieurs espèces lipidiques, y compris les sphingolipides, le cholestérol et les phospholipides10 qui aident finalement à définir leur fonctionnalité. Ainsi, pour répliquer et étudier plus étroitement ces organites, les LNT in vitro doivent être fabriqués à partir de vésicules avec des formulations lipidiques de plus en plus complexes11.
Les vésicules unilamellaires géantes (GUV) sont utilisées de manière omniprésente pour étudier le comportement de la membrane lipidique, car elles peuvent être synthétisées de manière fiable avec des formulations complexes comprenant le cholestérol, la phosphatidylcholine (PC), la phosphatidyléthanolamine (PE), la phosphatidylsérine (PS) et le phosphatidylinositol (PI)12,13. Décrit ici est une méthode pour fabriquer des LNT à partir de GUV avec différentes formulations lipidiques en utilisant le test de motilité de glissement (GMA), dans lequel les LNT sont extrudés en fonction du travail effectué par les moteurs de kinésine et les filaments de microtubules agissant sur les GUV. Dans ce système, les protéines motrices de la kinésine adsorbées à une surface propulsent des microtubules biotinylés, convertissant l’énergie chimique de l’hydrolyse de l’ATP en un travail utile (en particulier, l’extrusion de LNT à partir de vésicules biotinylées)11. Le réseau LNT qui en résulte fournit une plate-forme modèle pour étudier les effets des différences dans les phases lipidiques sur les changements dans la morphologie des LNT.
En bref, les protéines motrices de la kinésine sont introduites dans une chambre d’écoulement dans une solution contenant de la caséine, ce qui permet l’adsorption des moteurs sur la surface vitrée de la chambre. Ensuite, les microtubules biotinylés dans une solution contenant de l’ATP circulent à travers la chambre et sont autorisés à se lier aux moteurs de kinésine et à commencer la motilité. Une solution de streptavidine est ensuite introduite dans la chambre et laissée se lier de manière non covalente aux microtubules. Enfin, les GUV contenant un lipide biotinylé sont introduits dans la chambre et se lient aux microtubules recouverts de streptavidine, puis extrudent les LNT pour former des réseaux à grande échelle pendant 15 à 30 minutes. Cette méthode produit de grands réseaux LNT ramifiés en utilisant des équipements de laboratoire standard et des réactifs à faible coût11.
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1. Préparation de solutions de microtubules mères
ATTENTION : Des lunettes de sécurité, des gants et une blouse de laboratoire doivent toujours être portés tout au long du protocole.
2. Préparation de vésicules unilamellaires géantes (GUV)

3. Préparation des stocks et des réactifs des essais de motilité
4. Test de motilité de glisse (GMA)
5. Caractérisation du réseau LNT
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Les réseaux LNT (Figure 4) ont été fabriqués à l’aide du protocole décrit, qui utilise le travail effectué par le transport de kinésine de microtubules pour extruder des LNT à partir de GUV. En bref, les GUV ont été préparés à l’aide d’une réhydratation en gel d’agarose à l’aide d’une solution de saccharose, et les microtubules ont été polymérisés dans une solution GPEM et stabilisés dans BRB80T. Ensuite, des moteurs à kinésine ont été introduits dans une cellule d’écoulement formant une cou...
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Les réseaux LNT sont un outil utile pour les études in vitro des propriétés membranaires et du transport de biomolécules telles que les protéines transmembranaires. De plus, l’utilisation de formulations lipidiques complexes pour fabriquer des réseaux de LNT permet des études plus pertinentes sur le plan biologique. D’autres études de fabrication ont utilisé soit 1) des formulations lipidiques simples et des vésicules multilamellaires, soit 2) des techniques de motilité plus lourdes pour fabriquer des réseaux à partir de...
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Sandia National Laboratories est un laboratoire multi-missions géré et exploité par National Technology & Engineering Solutions de Sandia, LLC., une filiale en propriété exclusive de Honeywell International, Inc., pour la National Nuclear Security Administration du DOE des États-Unis sous contrat DE-NA-0003525. Ce document décrit des résultats techniques objectifs et des analyses. Les points de vue ou opinions subjectifs qui pourraient être exprimés dans le document ne représentent pas nécessairement les points de vue du département de l’Énergie des États-Unis ou du gouvernement des États-Unis.
Ce travail a été soutenu par le Département de l’énergie des États-Unis, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering (BES-MSE). La synthèse de la kinésine et la microscopie à fluorescence ont été réalisées dans le cadre d’un projet utilisateur (ZIM) au Center for Integrated Nanotechnologies, une installation d’utilisateurs du Bureau des utilisateurs du Bureau des sciences du Bureau des sciences du Département de la science des États-Unis ( DOE).
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Objectif à immersion dans l’huile à ouverture numérique 100x/1.4 Olympus | 1-U2B836 | Objectif à huile Olympus UPlanSApo 100x/1.40 corrigé à l’infini, filetage RMS Distance de travail 0,12 mm | |
| 3,0 Filtre ND | Filtre à densité neutre | Olympus | |
| AMP-PNP | Sigma-Aldrich | A2647 | (&beta ;,&gamma ;-imidoadenosine 5&prime ;-triphosphate) |
| ATP | Sigma-Aldrich | A7699 | Adénosine 5'-triphosphate disodium sel hydraté BioXtra |
| Brightline Pinkel DA/FI/TR/Cy5/Cy7-5X-A000 set de filtres | Semrock | LED-DA/FI/TR/Cy5/Cy7-5X-A-000 | BrightLine Pinkel, optimisé pour DAPI, FITC, TRITC, Cy5 & Cy7 et autres fluorophores similaires, éclairés par des sources lumineuses à base de LED |
| Caséine | Sigma-Aldrich | 22090 | Hydrolysat de caséine pour la microbiologie |
| Catalase | Sigma-Aldrich | C9322 | Catalase du foie bovin |
| Chloroforme | Sigma-Aldrich | 288306 | Chloroforme anhydre contient 0,5 à 1,0 % d’éthanol comme stabilisant |
| Cholestérol | Avanti | 700000P | cholestérol (laine ovine, >98 %) (poudre) |
| D-Glucose | Sigma-Aldrich | G7021 | D-(+)-Glucose en poudre, BioReagent, adapté à la culture cellulaire, adapté à la culture cellulaire d’insectes, adapté à la culture cellulaire végétale, &ge ; 99.5 % |
| DOPC | Avanti | 850375C | 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (sous forme de chloroforme) |
| DOPE-Biotine | Avanti | 870282C | 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-(biotinyle) (sel de sodium) |
| DPPC | Avanti | 850355P | 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (poudre) |
| DPPE-Biotine | Avanti | 870285P | 1,2-dipalmitoyl-sn-glycéro-3-phosphoéthanolamine-N-(biotinyle) (sel de sodium) |
| DTT | Sigma-Aldrich | 43816 | DL-Dithiothreitol solution 1 M |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | EGTA, Acide égtazique, Acide éthylène-bis(oxyéthylènenitrilo)tétraacétique, Éther de glycol Acide diamine tétraacétique |
| Glucose Oxydase | Sigma-Aldrich | G6125 | Glucose oxydase d’Aspergillus niger Type II, &ge ; 10 000 unités/g solide (sans oxygène ajouté) |
| Glycérol | Fisher | G33 | Glycérol (certifié ACS), Fisher Chemical |
| GTP | Sigma-Aldrich | G8877 | Guanosine 5&prime ;-triphosphate sel de sodium hydraté |
| IX-81 Microscope Olympus | Olympus | N/A | IX81 Microscope inversé d’Olympus |
| KOH | Sigma-Aldrich | 1050121000 | Potassium Hydroxyde |
| Chlorure | de magnésium Sigma-Aldrich | M1028 | 1.00 M solution de chlorure de magnésium |
| Orca Flash 4.0 Appareil photo numérique | Hamamatsu | C13440-20CU | ORCA-Flash 4.0 V3 Appareil photo numérique CMOS |
| Oregon Green-DHPE | Invitrogen | O12650 | Oregon Green 488 1,2-Dihexadecanoyl-sn-Glycero-3-Phosphoethanolamine |
| Paclitaxel | ThermoFisher | P3456 | Paclitaxel (équivalent taxol) - pour une utilisation en recherche uniquement |
| PIPES | Sigma-Aldrich | P6757 | Acide 1,4-Pipérazinediéténésulfonique, Pipérazine-1,4-bis(acide 2-éthanesulfonique), Pipérazine-N,N&prime ;-bis(Acide 2-éthanesulfonique) |
| Texas Red-DHPE | Invitrogen | T1395MP | Texas Red 1,2-Dihexadecanoyl-sn-Glycero-3-Phosphoethanolamine, Sel de triéthylammonium |
| Trolox | Sigma-Aldrich | 238813 | (± ;)-6-Hydroxy-2,5,7,8-tétraméthylchromane-2-carboxylique |
| Tubuline, Biotine | Cytosquelette | T333P | Protéine de tubuline (biotine) Cerveau porcin |
| Tubuline, Hy-Lite 488 | Cytosquelette | TL488M | Protéine de tubuline (fluorescent HiLyte 488) Cerveau porcin |
| Tubuline, | Cytosquelette | T240 | Protéine de tubuline Cerveau porcin |
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