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Nous avons décrit une méthode de recrutement localisé de protéines mOrange-Nano sur des membranes modèles, telles que la bicouche lipidique supportée et les vésicules unilamellaires géantes, en utilisant la protéine photocommutable disiLID8. Les aspects qui contribuent à la qualité du motif comprennent la qualité des protéines ainsi que la bonne qualité des SLB et des GUV.
Pour garantir une bonne qualité protéique après expression et purification, il est important d’évaluer d’abord les propriétés photocommutables du disiLID. Pour ce faire, l’absorption du cofacteur FMN doit être mesurée dans l’obscurité et après un éclairage à lumière bleue. On s’attend à ce que les spectres UV-Vis de disiLID montrent le triple pic caractéristique du cofacteur FMN dans l’obscurité, qui diminue considérablement à l’éclairage de la lumière bleue et se rétablit dans l’obscurité13. Ce comportement photocommutable est crucial pour obtenir un recrutement reproductible et réversible dans les étapes suivantes. Travailler avec une lumière rouge protectrice et exposer disiLID à un éclairage externe minimal pendant la préparation des échantillons augmente les performances des expériences.
Une autre étape critique, et peut-être la plus cruciale, est la formation de SLB appropriés. Les défauts dans les membranes et/ou la formation de SLB non homogènes (c’est-à-dire la présence de multicouches ou de SLB patchés) affecteront la qualité de la structuration des protéines. Par conséquent, pour les utilisateurs inexpérimentés, il est recommandé de reproduire le protocole en marquant les SUV avec des colorants membranaires, tels que DiD et DiO, afin de former des SLB marqués par fluorescence. De cette façon, les propriétés et la qualité des SLB peuvent être bien caractérisées avec la microscopie à fluorescence. Les mesures FRAP représentent une approche typique pour évaluer la qualité d’un SLB en évaluant la fluidité des membranes. Par ailleurs, dans le cas des SLB biotinylés tels que ceux décrits dans le présent protocole, des SAv marqués par fluorescence (par exemple, Atto 488-SAv) peuvent être utilisés pour visualiser et évaluer la qualité des SLB.
La première partie du protocole décrit la formation de motifs sur les SLB. Pour garantir un résultat optimal, il est important d’ajouter mOrange-Nano sur les SLB et de laisser l’échantillon incuber dans l’obscurité pendant 15 min. Lors de la photoactivation, la sélection du ROI n’est pas limitée à une taille spécifique. Cependant, l’intensité du laser et le temps d’exposition doivent être régulés afin de réduire le photoblanchiment indésirable des protéines fluorescentes.
Cette méthode n’est pas limitée aux protéines biotinylées, et d’autres approches peuvent être utilisées pour ancrer disiLID aux SLB. Par exemple, disiLID étiqueté His-tag peut être exprimé et ancré sur des SLB contenant du Ni-NTA. Cependant, il est crucial d’exprimer Nano et disiLID avec des marqueurs différents afin d’éviter le remplacement des protéines sur les SLB. Cette méthode permet également d’inverser l’ordre des protéines, fonctionnalisant ainsi les SLB avec Nano et recrutant des disiLID (ou des protéines fusionnées avec disiLID) lors d’un éclairage par lumière bleue.
Pour le contrôle dynamique de la localisation des protéines, la localisation réversible de la protéine dans la région sélectionnée devrait être possible de manière répétée. Pour y parvenir, la concentration de Nano (200 nM) dans la solution est un paramètre critique pour obtenir une réversibilité élevée.
Une autre préoccupation est le recrutement de Nano sur la surface GUV fonctionnalisée par disiLID. Comme dans le cas de la structuration des protéines sur les SLB, cette méthode peut être étendue à différentes stratégies de fonctionnalisation membranaire. Dans ce protocole, l’ensemble du GUV a été éclairé par une lumière bleue pour recruter mOrange-Nano sur toute la surface du GUV. Cependant, la sélection de petits ROIs localisés sur la membrane GUV devrait conduire à la localisation précise des protéines dans une zone plus restreinte.
Cette méthode ne présente qu’une limitation liée au choix du fluorophore utilisé pour l’imagerie du recrutement Nano au niveau de la membrane des SUV ou des GUVs. En particulier, les fluorophores avec un spectre d’excitation dans la gamme de la lumière bleue doivent être évités, car leur utilisation interférera avec la photoactivation de (dis)iLID. Par conséquent, le choix de fluorophores dans la gamme de la lumière verte ou rouge (par exemple, mOrange ou Cy5) est recommandé pour ce type d’expérience.
La conception disiLID offre un moyen simple et adaptable d’améliorer le recrutement local des protéines dans les membranes et élargit la gamme dynamique d’iLID et de Nano à partir de l’optogénétique4. Ces méthodes se concentrent sur le recrutement de Nano sur des membranes mimiques telles que les bicouches lipidiques et les GUV. Néanmoins, cette approche est extensible aux nombreux outils optogénétiques dans les cellules où (dis)iLID ou Nano sont liés à une membrane.