כאשר לומדים את העקרונות הפיסיקליים ששולטים במערכות חיים, גישות מלמטה למעלה תאפשר לשלוט בניסויי הרכב מערכת ופרמטרים נוספים שאינם מניפולציות בקלות במערכות מבוססות תאים 1. לתהליכים מבוססי קרום, Giant Unilamellar שלפוחית (GUVs, קוטר ~ 1-100 מיקרומטר) הוכיחו להיות מערכת biomimetic מאוד שימושית 2-7 כפי שהם מתאימים לבחינה מיקרוסקופית ומיקרומניפולציה 8-10. אמנם יש פרוטוקולים רבים ושונים כדי לייצר GUVs, רוב מתחלקים לשתי קטגוריות - תחליב המבוסס גישות 11,12 וטכניקות המבוססות על rehydrating סרט שומנים 13-16. בשיטות המבוססת על אמולסיה, העלונים הפנימיים וחיצוניים של קרומי הבוס הם התאספו ברצף מmonolayers שומנים בממשקים מים / שמן. גישה זו היא אידיאלית עבור מתמצת חלבונים מסיסים בבGUVs, וגיבוש GUVs עם הרכב שומנים עלון א-סימטרי. עם זאת, GUVs נוצר מתחליבים יכול לשמור עקבות של ממס שמשנות את התכונות מכאניות של הקרום 17, והגישה היא לא במיוחד מתאימה היטב לכינון מחדש חלבון טרנס-קרום.
שיטות להחזרת נוזלי סרט מסתמכות על העובדה שהייבוש (התייבשות) גורם תערובות שומנים רבות כדי ליצור ערימה רבת-שבשבת של ממברנות. אם זה ערימה ממוקמת אז במגע עם חיץ המימי, קרומים בערימה יעברו תזרים בנפרד ממס כביניהם ועל פני השטח של הערימה, קרומי אדם יכולים לנתק כדי ליצור GUVs 13,18 (כמו גם גן חיות אמיתית של אובייקטי lipidic אחרים). עם זאת, גם ליצירות חיץ ושומנים בדם אופטימליות, יש בשיטה זו קלסית "נפיחות ספונטנית" תשואה נמוכה יחסית של GUVs ללא פגם. שיטה נפוצה אחת כדי להגביר את התשואה של GUVs ללא פגם היא "electroformation221 ;, שבו שדה זרם חילופין (AC) מיושם בהחזרת נוזלי סרט. בעוד המנגנון נותר הבין היטב, "electroformation" יכול לתת תשואות בוס מרהיבות (> 90% בנסיבות חיוביות) למאגרי ריכוז נמוך מלח (<5 מ"מ) 14,19, ואפילו יכול לעבוד במאגרים פיסיולוגיים (~ 100 מ"מ) באמצעות תדירות גבוהה יותר (500 הרץ לעומת 10 הרץ) שדה AC ואלקטרודות פלטינה 15. גישה חלופית כדי להגביר את התשואה של GUVs ללא פגם היא "בסיוע ג 'נפיחות", שבו פתרון השומנים מופקד על מצע ג'ל פולימרים ולא פסיבי מצעים (למשל, זכוכית, PTFE) המשמשים ב" נפיחות ספונטנית קלסית ". כאשר סרט השומנים / ג'ל התוצאה הוא rehydrated, GUVs יכול במהירות ליצור אפילו למאגרים פיסיולוגיים 16,20.
כל השיטות הללו יכולים לייצר GUVs שומנים בדם היחיד שיכול לשמש כדי לחקור תופעות קרום הקשורים כגוןאינטראקציה בין חלבונים וקרומים מסיסים. עם זאת, כדי לשלב חלבון טרנס-קרום לGUVs, יש צורך בשינויים משמעותיים כדי להבטיח כי החלבון נשאר במצב תפקודי לאורך כל הליך הכינון מחדש. בעוד פתרונות של שומנים בממסים אורגניים (למשל, כלורופורם, cyclohexane) הם אידיאליים להפקת סרטי שומנים, חלבונים טרנס-קרום הם בדרך כלל יציבים רק כאשר תחום טרנס-הקרום הידרופובי שלהם מוטבע בbilayer שומנים בדם, או מוקף בmicelle חומרי ניקוי ( לדוגמא, במהלך טיהור חלבונים). לפיכך, החומר המוצא לכינון מחדש הוא בדרך כלל קרומי ילידים, חלבון מטוהר בתמיסת ניקוי, או שלפוחית המכיל חלבון unilamellar קטנה (proteo-רכבי שטח) ו / או שלפוחית רבת-שבשבת (proteo-MLVs) שהוקמו על ידי הסרת חומר ניקוי ב נוכחות של שומנים. רוב השיטות לשלב חלבונים בממברנה אלה לGUVs נחלקות לשלוש קטגוריות.
Insertio הישירn: החלבון חוצה הממברנה התלויה בחומר הניקוי מעורבב עם שומנים בדם בלבד, GUVs מראש יצר, בלשון המעטה חומר ניקוי solubilized, וחומרי הניקוי ולאחר מכן להסיר באמצעות biobeads 21. בעוד פשוט מבחינה מושגית, שיטה זו דורשת שליטה מדויקת של ריכוז חומר הניקוי, כגבוה מדי ריכוז חומר ניקוי יכול לפזר את GUVs בעוד נמוך מדי יכול לגרום לריכוז החלבון להתפתח או מצטבר.
בוס / Proteo-SUV Fusion: חלבון בproteo-רכבי שטח בשילוב עם, שומנים רק GUVs מראש יצר והיתוך הוא הקל עם פפטידים מיוחדים fusogenic 22 או חומר ניקוי 21. בדרך כלל היקף ההיתוך מוגבל מוביל לGUVs עם צפיפות חלבון נמוכה.
התייבשות / Rehydration: סרט המכיל שומני חלבון נוצר על ידי התייבשות חלקית של proteo-SUV (או proteo-MLV) פתרון וGUVs לאחר מכן גדל כמו לסרט שומנים טהור. האתגר הברור הוא להגן על החלבון במהלך dehydrati החלקיבשלב 23, אבל השיטה שמש בהצלחה כדי לשקם חלבונים טרנס-קרום כגון Bacteriorhodopsin, סידן-ATPase, integrin וVDAC לGUVs 7,23 - 25.
מאמר זה מתאר פרוטוקולי התייבשות / התייבשות לעשות GUVs המכיל את ערוץ המתח מגודרת אשלגן, KvAP, מpernix החיידקים הקדום, Aeropyrum היפר-thermophilic. יש KvAP רמה גבוהה של הומולוגיה לערוצי אשלגן תלויים מתח אוקריוטים 26 ומבנה הגבישי ידוע 27 , מה שהופך את מודל טוב ללימוד המנגנון של gating מתח. הייצור של proteo-רכבי השטח שתואר בפירוט בעבר ואינו חלק ממדריך זה 26,28,29. חשוב לציין, proteo-רכבי שטח KvAP לא צריך להיות מיוצרים עבור כל הכנת בוס, כפי שהם יכולים להיות מאוחסנים בaliquots הקטן (למשל, 10 μl) ב -80 מעלות צלזיוס למשך פרקי זמן ארוכים (> 1 שנה). Electroformationאו נפיחות בסיוע ג 'לאחר מכן ניתן להשתמש כדי לגדול GUVs מproteo-רכבי השטח KvAP (או proteo-MLVs).
השלבים העיקריים לפרוטוקול electroformation הם באיור 1. טיפות של תמיסה של רכבי שטח המכילים החלבון מופקדות על חוטי פלטינה (שמוצגים באיור 2). התייבשות חלקית של ההשעיה SUV מובילה להיווצרות של סרט חלבון שומנים באמצעות השילוב של רכבי שטח. במהלך התייבשות, שדה AC מוחל על אלקטרודות לסייע לשכבות השומנים לdelaminate ויוצר GUVs. שדה 10 הרץ עובד היטב בעת שימוש "דל מלח" (<5 מ"מ) חיץ להחזרת נוזלים 28 וGUVs להימשך מספר שעות כדי לגדול. בניגוד לכך, מאגרים פיסיולוגיים (המכילים ~ 100 מ"מ מלח) לעבוד היטב עם מתח נמוך יותר, 500 הרץ שדה AC אך דורש ממושך (~ 12 שעות) נפיחות תקופה של 15. שיטה זו מבוססת על פרוטוקול קודם, באמצעות איטו מחליק 24, אבל משתמשת בהמשך קאמרי מותאם אישיתaining שני חוטי פלטינה כפי שמוצג באיור 2 (ראה דיון לפרטים עיצוב והצעות לפשוטים יותר, מאולתר תאים).
איור 3 ממחיש את שיטת נפיחות בסיוע ג '. הפרוטוקול עובד היטב עם מאגרים עם ריכוזי מלח פיסיולוגיים, הוא מהיר, ומייצר GUVs עם הפצת חלבון הומוגני יותר. עם זאת, התשואה של GUVs המבודד, כנראה פגם-חופשי (כלומר, קרום הבוס הוא אחידה באורך-קשקשים אופטיים ואינו מצרף כל עצמים) הוא נמוך יותר, על אף שהוא מספק מספר מספיק לתיקון מהדק וניסויים מיקרו-מניפולציה . שיטה זו מבוססת על פרוטוקול שימוש בג'ל agarose לייצר GUVs שומנים בדם רק 16 ודורש ציוד ייחודי פחות מאשר שיטת electroformation.
האפיון של GUVs עם מיקרוסקופ פלואורסצנטי מתואר, כמו גם הליכים באמצעות הגדרת תיקון מהדק סטנדרטית ללמדוד את פעילות KvAP ב" מבפנים החוצה "נכרת תיקוני קרום.
GUVs המכיל חלבון גידול יכול להיות קשה יותר מGUVs שומנים בדם בלבד. בפרט, תשואת הבוס הסופית יכולה לסמוך ברגישות על איך בדיוק פתרון SUV מופקד ומיובש כדי ליצור ערימת הקרום. למישהו ללא כל ניסיון קודם עם GUVs, זה עשוי להיות מועיל לראשון לגדול GUVs שומנים בדם רק לאחר פרוטוקול קונבנציונלי 15,16 בי סרט הקרום נוצר על ידי הפקדת שומנים מממס אורגני. ברגע שהפרוטוקול הקונבנציונלי עובד היטב, בתצהיר SUV והתייבשות חלקית אז יכולים להיות שולטים באמצעות רכבי שטח שומנים בדם בלבד, שהם גם מאוד מועילים כאשר התאמת הפרוטוקול להרכב שומנים בדם חדש. כאשר GUVs לגדול באופן מהימן מרכבי שטח שומנים בדם בלבד, אז זה רק צעד קטן להפקת GUVs המכיל חלבון מproteo-רכבי שטח.