אנו מציגים פרוטוקול לחקירה במבחנה של משאבות בזרימת מPseudomonas aeruginosa. פרוטוקול זה מאפשר לדור של שיפוע פרוטון חזק, הפיך, ומתכונן בתוך קרום יפוזום ולכן צריך להיות מותאם לכל חלבון קרום אנרגיה על ידי כוח protomotive.
מאמר שיטה
אנו מציגים פרוטוקול לחקירה במבחנה של משאבות בזרימת מPseudomonas aeruginosa. פרוטוקול זה מאפשר לדור של שיפוע פרוטון חזק, הפיך, ומתכונן בתוך קרום יפוזום ולכן צריך להיות מותאם לכל חלבון קרום אנרגיה על ידי כוח protomotive.
קיים צורך מדעי המתעוררים לכלים אמינים לניטור תחבורת חלבון קרום. אנו מציגים מתודולוגיה שהובילה לכינון מחדש של משאבות בזרימת מaeruginosa Pseudomonas חיידקים גראם שליליים בסביבת biomimetic המאפשר חקירה מדויקת של פעילותם של תחבורה. שלושה תנאים מוקדמים מתקיימים: מידור בסביבה lipidic, שימוש במדד רלוונטי להובלה, ודור של שיפוע פרוטון. טרנספורטר חלבון הקרום מחדש ליפוזומים יחד עם bacteriorhodopsin, משאבת פרוטון אור הופעל שיוצרת שיפוע פרוטון שהוא חזק, כמו גם הפיך ומתכונן. הפעילות של החלבון היא להסיק מוריאציות ה-pH המתרחשות בתוך יפוזום, באמצעות pyranin, בדיקה ניאון pH תלוי. אנו מתארים הליך צעד אחר צעד שבו טיהור חלבוני קרום, היווצרות יפוזום, הכינון מחדש חלבון, ותחבורהnalysis מטופלות. למרות שהם תוכננו במיוחד עבור טרנספורטר RND, השיטות המתוארות עלולות להיות מותאמות לשימוש עם כל טרנספורטר חלבון קרום אחר אנרגיה על ידי שיפוע פרוטון.
חלבוני קרום נפרד מייצגים עד 30% מהגנים המקודדים בגנום אוקריוטים. הם חולקים בתפקידים מרכזיים כגון שמירה על שער (קולטנים), הובלת חומרים מזינים, יונים או תרכובות רעילים (מובילים) או שמירה של החדירות פני bilayers קרום (ערוצים) בין כל תאי החיים 1. בזרימת משאבות יש להם תפקיד מרכזי בהתנגדות נגד טיפול אנטיביוטי 2. בחיידקים גראם השליליים, Pseudomonas aeruginosa, אשר מוגנו על ידי קרום חיצוני, מובילי זרימה מאורגנים כמערכות משולשת שבו MexB, המשאבה בזרימת הממוקמת בקרום הפנימי, עובדת בשיתוף עם Mexa, חלבון periplasmic, וOprM, ערוץ קרום חיצוני. חלבון הקרום הפנימי cytoplasmic פועל כמשאבת אנרגיה תלויה עם סגוליות מצע רחבות. חלבון הקרום החיצוני פועל כPorin ואילו שליש נמצא בשטח periplasmic והוא חשב על מנת לייצב את המכלול השלם 3. בחלק הבא, אנו מתמקדים בעיצוב של assay פונקציונלי להרכבת Mexa MexB.
מידע מבני נצבר במשך 5 השנים האחרונות הודות לנחישות רנטגן של AcrB החלבון הומולוגי מEscherichia coli 4-7. למרות שזה ברור שחשוב לבני זוג מידע כזה עם נתונים דינמיים והקינטית, עיצוב assay פונקציונלי לטרנספורטר הזה הוא אתגר אמיתי 8. ואכן, חלבוני הקרום חייבים להישמר בסביבה קרומית ותא סגור חייב להישמר לתחבורת וקטורים של מצע להיות מושגת.
הכינון מחדש של חלבונים בממברנה לproteoliposomes כבר הציג בהרחבה וביקורת (ראה ריגו ו9 לוי). פרוטוקולים כגון לאפשר הניטור של פעילות חלבונים בממברנה, למשל על ידי ביצוע מצעים פני קרום יפוזום. במקרה זה נובעות ממגבלותvailability של מצעי titratable (ניאון, רדיואקטיבי, וכו '.) ומן העובדה כי לעתים קרובות מאוד מצעים אלה הם הידרופובי ויש נטייה לחצות קרומים ללא קשר לנוכחות של טרנספורטר. כחלופה, אפשר לעקוב וריאציות ספקטרוסקופיות של צבע דיווח רגיש לשינויים כימיים המתרחשים כתוצאה מהובלה. כאמור לעיל, פרוטונים להמריץ תחבורה באמצעות MexB. לפיכך, אפשרות רלוונטית היא לפקח וריאציות ספקטרוסקופיות של צבע דיווח pH רגיש לעקוב וריאציות pH כתוצאה מהובלת מצע מונחה פרוטון. הבחירה של צבע פלואורסצנטי תמנע תופעות artifactual בשל האופי ההידרופובי של המצע.
קושי נוסף הוא הדור של שיפוע פרוטון. ניתן למצוא כמה פרוטוקולים בספרות. ביניהם, השימוש בטכניקת valinomycin הוא נפוץ אך שהראינו שזה מייגע לבצע 10-11. יתר על כן הואלא לשחזור וזה לא הפיך. אנחנו נקטו השימוש בbacteriorhodopsin (BR), משאבת פרוטון אור הופעל מsalinarium Halobacter, archaeon halophilic הימי גראם שלילי לחייב אירובי. חלבון זה coreconstituted ליפוזומים עם MexB ו, על תאורה, BR משאבות פרוטונים בתוך ליפוזומים ולכן יוצר ΔpH (חומצי בפנים) נדרש על ידי החלבון להעביר את המצע 12-13.
1. ייצור חלבון וטיהור
2. הכנת Proteoliposomes
3. מדידת הקרינה
Assay מורכב מניטור הקרינה pyranine כפונקציה של זמן, בעוד שיפוע פרוטון שנוצר. לצורך כך, דגימות נתון לחלופין לתאורה (ומכאן שאיבת פרוטון על ידי BR מופעל) ולאחר מכן פלואורסצנטי מדידה באמצעות העירור ופליטת אורכי גל של pyranine (λ לשעבר = 455 ננומטר וλ em = 509 ננומטר).
איור 1 מציג שליטה שהושגה עם נציג assay, בהעדר Mexa / MexB, שאימת כי שיפוע הפרוטון שנוצר על ידי BR הוא הפיך. לאחר מחזור אחד של החמצה, proteoliposomes נשמרים בחושך במשך 45 דקות על מנת שBR להפסיק שאיבת פרוטונים (פרוטונים מפוזר באיטיות ובאופן פסיבי על פני bilayers השומנים הבאים מפל הריכוזים שלהם). לאחר זמן התאוששות זו, הפעלה של BR היא אפשרית, פשוט על ידי המאיר אותה ההשעיה שוב.
איור 2מתאים למדידת הובלה בפועל. בקרה שלילית עם ליפוזומים בחינם חלבון מראה כי, כצפוי, את ה-pH היא קבועה על תאורה (2A דמויות ו2B, עיגולים כתומים). עם זאת, proteoliposomes מכיל BR בקרומים שלהם אין משאבת פרוטון, ובכך ה-pH בתוך ירידות יפוזום ושיפוע יציב בנוי (2A דמויות ו2B, ריבועים סגולים). משולשים אפורים ויהלומים אדומים (איור 2 א) לייצג את ה-pH בתוך proteoliposomes מכיל BR וMexB, בנוכחות או בהעדר Hoechst 33342, בהתאמה. אנו צופים פעילות מצע עצמאי שבו שיפוע הפרוטון מתפזר באופן חלקי בלבד על ידי נגד תחבורת MexB. אנו מייחסים את תצפית זו לפעילות בסיס של MexB.
על מנת לבחון את ההשפעה של Mexa על פעילות MexB, Mexa התווסף לכינון מחדש, תחילה בהיעדר כל מצע ( איור 2 ב, יהלומים כחולים). שוב, שיפוע הפרוטון שנוצר על ידי BR מתפזר באופן חלקי בלבד. מדידת ההובלה בפועל הוא הבין באותו המדגם. לפני כן, שיפוע הפרוטון יש reinitialized והמצע יש להוסיף בהשעיה על מנת להגיע לאתר הקישור שלו בחלבון. למטרה זו ההשעיה מודגרות בחושך בנוכחות המצע 45 דקות. עם תאורה שלאחר מכן, ניתן לראות כי שיפוע הפרוטון שנוצר על ידי BR כעת התפוגג לחלוטין על ידי MexAB (תרשים 2B, משולש ירוק), כתוצאה מתחבורת מצע על ידי המשאבה.

. איור 1 הפיכות של שיפוע הפרוטון נבנה על ידי תאורת BR: Pyranine fluorescence של proteoliposomes BR נמדד כפונקציה של זמן. מ0-15 דק ', BR משאבות פרוטונים כתוצאה מהפעלת אור. מ15-60 דקות, proteoliposomes מודגרת בחושך; בתקופה זו, באופן פסיבי פרוטונים לנוע מחוץ ליפוזומים עד pH intravesicular וpH extravesicular שווים. מ60-75 דק ', BR הוא עדיין פונקציונלי ומשאבות פרוטונים על תאורה.

. איור 2 התחבורה assay: הקרינה pyranine, שהומרה לוריאציות pH המתאימות, כפונקציה של זמן pH) בתוך ליפוזומים שליטה (עיגולים כתומים); pH בתוך proteoliposomes מכיל BR בקרום (ריבועים סגולים); pH בפנים. של proteoliposomes מכיל BR, וMexB בקרום ללא Hoechst 33,342 (ד האדוםiamonds); pH בתוך proteoliposomes מכיל BR וMexB בקרום עם Hoechst 33,342 (משולשים אפורים) B-pH) בתוך ליפוזומים שליטה (עיגולים כתומים);. pH בתוך proteoliposomes מכיל BR בקרום (ריבועים סגולים); pH בתוך של proteoliposomes מכיל BR, MexB וMexa בקרום ללא Hoechst 33,342 (יהלומים כחולים); pH בתוך proteoliposomes מכיל BR, MexB וMexa בקרום עם Hoechst 33,342 (משולשים ירוק).
אנו מתארים הליך הכינון מחדש מיועד למנסה לאמוד תחבורת חלבון קרום. הוקם פעם, הליך הכינון מחדש החלבון מוביל למדידות, כי הם מאוד לשחזור. עם זאת, התנאים המדויקים עבור בנייה מחדש של החלבונים משתנים מחלבון אחד למשנו. טיפול הרבה חייב להילקח באופטימיזציה של הפרמטרים הבאים: א) איכות הטיהור (טוהר והעדר החומר מצטבר); ii) יעילות של צעד solubilizing חומר הניקוי (במידת האפשר, חומרי ניקוי CMC נמוכים צריכים להיות מועדף משום שהם קלים יותר לקבל להיפטר מ); iii) desorption של חומרי הניקוי (זה למשל ניתן לשלב את השימוש בחרוזי פוליסטירן בצעד דיאליזה אבל זה עלול להשפיע על שיעור desorption, פרמטר קריטי לפעילות הבאה של החלבון, ראה נ"צ [ 9]); ד) הכינון מחדש שומנים (האופי הכימי של השומנים בדם, השומנים בדם ליחס חלבון, הנוכחות של amphiph נוסףIles הם פרמטרים קריטיים שחייבים להיות מגוון ומותאם). בטמפרטורה בנוסף וזמן דגירה משפיע על כל הנושאים הללו.
בקרת איכות היא אפוא קדמונית בכל שלב של הליך הכינון מחדש. מנקודת מבט זו, פיזור אור הוא טכניקה מאוד נוחה כי זה מהיר, הורסות, וזה רק דורש 20 μl של מדגם בריכוז בטווח מייקרו. ברגע שproteoliposomes נוצרים, שיפוע סוכרוז גם הוא לעזר רב משום שהיא פותחת את הדרך לאימות שיטתית של הכינון מחדש: איכותי (הוא החלבון אכן משובץ לתוך קרום יפוזום), כמו גם כמותית (כמה חלבון ביפוזום אחד). זה האחרון יהיה לטפל על ידי בדיוק מדידת החלבון וריכוזי שומנים בדם.
assay שלנו אינו מסתמך על טיטרציה של המצע עצמו וזה נמנע משיקולים שלא בנוח בנוגע לדיפוזיה פסיבית artifactual האפשרי של המולקולה בשל מחיצות הידרופובי בקרום. Assay מנצל מאפיינים של pyranine כמו בדיקה אמינה וכמותי לשינויי pH הניטור. התוצאות שלנו הן בהסכם עם תוצאות שהושגו בהליך אחר שבו היווצרות שיפוע הפרוטון בוצעה באמצעות valinomycin 10, אבל זה מאפשר שיפוע חזק יותר ולשעתק 11. בנוסף, שיפוע הפרוטון יכול להיות מכוון בדיוק, פשוט על ידי שינוי הריכוז של החיץ (לפרטים נוספים ראה Verchere et al. 12).
בהליך מדידת שליטה מתבצעת ראשונה בהיעדרו של מצע (זה נותן גישה לפעילות הפסיבית של החלבון). פעילות טרנספורטר חלבון קרום בפועל לאחר מכן נמדדת לאחר המצע כבר הוסיף באותו קובט. זה באמת נכס, כי הניסוי יכול להיחשב כתוצאה אמיתית, שאינה דו משמעית, הנגרם מצע.
אף אוזן גרון "> הפרוטוקול יכול להיות מותאם לתפוקה גבוהה בינונית (למשל מדידות 96 בארות) אוטומציה כי מאיר את המדגם מעורר את התגובה. האוטומציה ועמות יהיו מורכבות בהכנת קבוצה גדולה של proteoliposome, ומחלק aliquots ב96 בארות צלחת. מצעים (וגם מעכבים אפשריים) אז היו ניתן להוסיף ולאחר הדגירה בחושך במשך 45 דקות הצלחת תהיה נתון למחזורי מדידת הקרינה התאורה / pyranine על קורא microplate.לקבלת מידע נוסף על הפרוטוקול, קוראים מוזמנים לקרוא Verchere et al. 12,13
אין מה לחשוף.
מחקר זה נתמך על ידי Nationale de la משוכלל ונדיר סוכנות הידיעות (פרויקט ANR-2010-BLAN-1535) ועל ידי מענק מהאזור איל דה פרנס (DIM-Malinf 110058).
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| DOPC (1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) | Avanti Polar Lipids | 850375C | |
| כולסטרול | סיגמא אולדריץ' | C8667 | |
| Hoechst 33342 | Sigma Aldrich | B2261 | |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | 93427 | |
| Valinomycin | Invitrogen | V-1644 | |
| פירנין (8- הידרוקסיפירן-1,3,6-חומצה טריסולפונית) | Invitrogen | H-348 | |
| DDM (n-Dodecyl-β-D-maltopyranoside) | Affymetrix | D310LA | |
| (מכבש, מזרקים אטומים לגז של המילטון) | Avanti Polar Lipids | 610000 | |
| Biobeads SM-2 סופחים | Bio-Rad | 152-3920 | |
| Econo-Pac כרומטוגרפיה עמודה ריקה | Biorad | 732-1010 | |
| עמודי התפלה | Bio-Rad | 54805 | |
| מכשיר לפיזור אור דינמי | Wyatt Technology | DynaPro NanoStar | |
| פלואורומטר JASCO FP-6200 | JASCO | 6816-J002A |