Descriviamo un protocollo per la preparazione di doppi strati lipidici supportati e la sua caratterizzazione utilizzando la microscopia a forza atomica e la spettroscopia a forza.
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Descriviamo un protocollo per la preparazione di doppi strati lipidici supportati e la sua caratterizzazione utilizzando la microscopia a forza atomica e la spettroscopia a forza.
La microscopia a forza atomica (AFM) è una tecnica di imaging versatile e ad alta risoluzione che consente la visualizzazione delle membrane biologiche. Ha un ingrandimento sufficiente per esaminare le sottostrutture della membrana e persino le singole molecole. L'AFM può fungere da sonda di forza per misurare le interazioni e le proprietà meccaniche delle membrane. I doppi strati lipidici supportati sono convenzionalmente utilizzati come modelli di membrana negli studi AFM. In questo protocollo, dimostriamo come preparare i doppi strati supportati e caratterizzare la loro struttura e le proprietà meccaniche utilizzando l'AFM. Questi includono lo spessore del doppio strato e la forza di sfondamento.
Le informazioni fornite dall'imaging AFM e dalla spettroscopia di forza aiutano a definire le proprietà meccaniche e chimiche delle membrane. Queste proprietà svolgono un ruolo importante nei processi cellulari come il mantenimento dell'emostasi cellulare dallo stress ambientale, l'unione delle proteine di membrana e la stabilizzazione dei complessi proteici.
Atomic Force Microscopy (AFM) genera un'immagine di una superficie di scansione attraverso l'area del campione utilizzando una mensola con una punta molto affilata 1. Il movimento del cantilever sonda la topologia superficiale del campione. AFM è stato ampiamente applicato alle molecole biologiche - come proteine, DNA e membrane, grazie alla sua versatilità nell'analisi campioni fissati in aria o stato quasi native nel liquido 2-5.
Oltre alla sua capacità di imaging ad alta risoluzione in nanometri, il cantilever AFM agisce come una molla per sondare forze di interazione (adesione e repulsione) e le proprietà meccaniche del campione di 5,6. Questo è noto come spettroscopia di forza. In questa modalità, la prima sonda si avvicina al campione e esercita una forza su di esso, allora viene retratto fino perde contatto con il campione (Figura 1A). Le curve generate mostrano forza in funzione della distanza del cantilever sia per l'applicazionescarafaggio e retrazione. Diversi proprietà incluso il modulo elastico per misurare la rigidità di un materiale, e le forze di adesione possono essere derivati.
Bistrati lipidici supportati sono membrane biologiche modello situata sulla sommità di un supporto solido - solitamente mica, vetro borosilicato, silice fusa, o ossidato silicio 7. Sono preparati utilizzando varie tecniche come vescicole deposizione, metodo Langmuir-Blodgett e spin-coating 8,9. L'imaging AFM è stato utilizzato per seguire la formazione di questi bistrati supportati 10, e sonda diverse strutture formate da membrane di diverse composizioni 11-15.
Esecuzione di spettroscopia di forza su bistrati risultati supportati in un picco nella curva approccio. Questo picco indica la forza necessaria per perforare il doppio strato, e si chiama forza rivoluzionaria. Lo spessore doppio strato può essere misurata utilizzando la curva della forza 6. La forza innovativa tipica di bistratirange compreso tra 1-50 nN 6. Queste proprietà dipendono imballaggio lipidi (liquido o gel fase) e la struttura (acil lunghezza della catena e il grado di insaturazione) e modificata da agenti membrana attiva 16. La teoria dietro la rottura è stato spiegato il 17 ed altri parametri sperimentali come cantilever morbidezza, il raggio e la velocità di punta approccio influenzare anche la forza rivoluzionaria 15,16,18. Spettroscopia di forza è stato utilizzato per analizzare le proprietà di diverse fasi lipidiche 11,19, composizione-dipendente cambiamenti 12,20, così come gli effetti di altre biomolecole, quali peptidi, sulla stabilità della membrana 21.
L'orientamento piatta di bistrati supportati è vantaggioso per combinare AFM con altri metodi come la risonanza plasmonica superficiale 22 e microscopia a fluorescenza 11,19 per meglio caratterizzare struttura e le proprietà delle membrane.
Questo video proto dettagliatacol lo scopo di preparare i doppi strati lipidici supportati con vescicole deposizione e analizzarli con AFM e spettroscopia di forza. Mentre vescicole di varie dimensioni possono essere usati per preparare bistrati, questo protocollo si concentra sulle piccole e grandi vescicole unilamellari. Bistrati supportati quella fase separano in liquido ordinato (L o) e disordinati (L d) fasi liquide sono state caratterizzate 11,15. La membrana è composta di-oleoyl-fosfatidilcolina (DOPC), sfingomielina (SM) e colesterolo (Chol) a 2: 2: 1 ratio. Questi modelli di composizione delle zattere lipidiche, che sono proposti a comportarsi come piattaforme importanti per il traffico di proteine e di smistamento, segnalazione cellulare e altri processi cellulari 23,24.
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1. Preparazione di doppi strati lipidici supportati (SLB) 11,12,21
2. Forza Atomica Microscopia Misure 11,12
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Doppi strati lipidici supportati composto da DOPC: SM: Chol (2: 2: 1) sono state visualizzate con AFM (Figura 2 AC). A causa della composizione lipidica, sono stati osservati SM / Chol-ricchi L DOPC ricchi fasi L d oe. Il profilo altezza da immagini AFM può fornire importanti informazioni sulla struttura della membrana. Osservando il profilo altezza, lo spessore doppio strato può essere misurato in presenza di difetti nella membrana (Figura 2B), ovvero la differenza di altezz...
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SLB composti DOPC: SM: Chol (2: 2: 1) sono formati sulla mica dopo vescicole adsorbimento e rottura indotta da cloruro di calcio. Questa composizione lipidica separato in L d e L o fasi. La fase L o si arricchisce in sfingomielina e colesterolo ed è meno fluido / più viscoso (Figura 1A) che l'L d di fase 11. La separazione di L o di fase L d manifesta come strutture circolari elevata sopra la circostante (Figura 1B, C)....
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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla Max Planck Society, il tedesco Cancer Research Center, l'Università di Tubinga, e il Bundesministerium für Bildung und Forschung (concessione n. 0.312.040).
Ringraziamo Eduard Hermann per averci aiutato ad automatizzare l'analisi dei dati curva forza e il Dr. Jakob Suckale un'attenta lettura di questo manoscritto.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfocolina | Avanti Polar Lipids, Inc. | 850375P | Viene fornito sotto forma di polvere liofilizzata in fiale sigillate. Sciogliere tutta la polvere in cloroformio al momento dell'apertura. Conservare in eccesso sotto forma di film lipidici essiccati, in atmosfera inerte, a -20 °C. Visita qui per ulteriori informazioni sullo stoccaggio e la movimentazione. |
| Sfingomielina (cervello, suino) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 860062P | Viene fornito sotto forma di polvere liofilizzata in grandi contenitori di plastica sigillati. Sciogliere una punta di spatola di polvere in polvere nel cloroformio al momento dell'apertura. Conservare in eccesso sotto forma di film lipidici essiccati, in atmosfera inerte, a -20 °C. Visita qui per ulteriori informazioni sullo stoccaggio e la movimentazione. |
| Colesterolo | Avanti Polar Lipids, Inc. | 700000P | Viene fornito come polvere liofilizzata in grandi contenitori di plastica sigillati. Sciogliere una punta di spatola di polvere in polvere nel cloroformio al momento dell'apertura. Conservare in eccesso sotto forma di film lipidici essiccati, in atmosfera inerte, a -20 °C. Visita qui per ulteriori informazioni sullo stoccaggio e la movimentazione. |
| Cloruro di sodio (NaCl), 99,8% | Carl Roth GmbH + Co. KG | 9265.1 | |
| Cloruro di potassio (KCl), 88% | Sigma | P9541 | |
| Idrogenofosfato di sodio (Na2HPO4), >99% | AppliChem GmbH | A1046 | |
| Diidrogenofosfato di potassio (KH2PO4), 99% | Carl Roth GmbH + Co. KG | 3904.1 | |
| Cloruro di calcio diidrato (CaCl2), grado di biologia molecolare | AppliChem GmbH | A4689 | |
| HEPES, grado di biologia molecolare | AppliChem GmbH | A3724 | |
| Vetrino coprioggetti, 24 x 60 mm, 1 mm di spessore | Duran Group | 2355036 | |
| punzone e matrice Set | di marca di precisione, Inc | 40105 | |
| Adesivo ottico | Norland Products, Inc. | NOA 88 | Adesivo liquido che si indurisce quando viene polimerizzato sotto la luce UV a lunga lunghezza d'onda. |
| [header] | |||
| Mica blocca | NSC Mica Exports Ltd. | Si tratta di pezzi di mica di almeno 1 pollice quadrato di area e spessore che varia da 0,006 pollici a 0,016 pollici. Vengono tagliati a una dimensione specifica dall'azienda per la spedizione. Piccoli dischi di mica possono essere perforati dai blocchi di mica utilizzando il set di punzoni e matrici. Maneggiare sempre la mica con guanti o pinzette. | |
| Attrezzature da laboratorio Grasso | Piralide Chemie AG | Glisseal N | |
| Estrusore di liposomi | Avestin | LiposoFast-Basic | In alternativa si possono anche guardare le offerte di Northern Lipids, Inc. |
| Nastro adesivo | 3M | Scotch(R) Magic (TM) Tape 810 (1 pollice) | |
| Sonicatore da bagno | Bandelin Sonorex Digitec | DT-31 | Nessun riscaldamento, Frequenza: 35 kHz, Uscita di picco ultrasonica: 160 W, Potenza HF: 40 W. (Scheda tecnica) |
| Nitruro di silicio AFM Cantilever | Sonde Bruker AFM | DNP-10 | Ogni cantilever ha quattro punte e il loro raggio nominale della punta è di 20 nm (con un massimo possibile a 60 nm). In base alle specifiche, utilizziamo la punta D con frequenza di risonanza di 18 kHz e costante nominale della molla di 0,06 N/m. |
| AFM | JPK | JPK Nanowizard II montato su Zeiss Axiovert 200 | |
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