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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Descriviamo un test basato sulla fluorescenza per misurare lo scrambling dei fosfolipidi in grandi liposomi unilamellari ricostituiti con opsina.
Scramblases traslocano fosfolipidi attraverso il doppio strato di membrana bidirezionale in modo ATP-indipendente. Il primo scramblase per essere identificati e biochimicamente verificato è stato opsin, la apoprotein della rodopsina fotorecettori. Rhodopsin è un recettore accoppiato alla proteina G localizzato in rod fotorecettori membrane a disco della retina dove è responsabile per la percezione della luce. Attività scramblase di Rhodopsin non dipende dal suo ligando 11- cis -retinal, cioè, il opsin apoprotein è anche attivo come scramblase. Sebbene fosfolipidi costitutiva e regolato scrambling svolgono un ruolo importante nella fisiologia cellulare, solo pochi scramblases fosfolipidi sono stati identificati finora oltre opsin. Qui si descrive un saggio di fluorescenza a base di attività di scramblase opsin. Opsina viene ricostituito in grandi liposomi unilamellari composti di fosfatidilcolina, phosphatidylglycerol e una quantità traccia di fluorescenza NBD marcato PC (1-palmitoyl-2- {6- [7-nitro-2-1,3-benzoxadiazole-4-il) ammino] esanoile} - sn -glycero-3-phosphocholine). attività Scramblase è determinata misurando la misura in cui le molecole NBD-PC situati nel foglietto interno della vescicola sono in grado di accedere al foglietto esterno dove la loro fluorescenza viene eliminata chimicamente da un agente riducente che non può attraversare la membrana. I metodi che descriviamo hanno applicabilità generale e può essere utilizzato per identificare e caratterizzare le attività scramblase di altre proteine di membrana.
La rodopsina fotorecettore, un G protein-coupled receptor prototipo (recensito ad esempio in riferimento 1), è il primo scramblasi essere identificati e biochimicamente verificato 2,3. Scramblases sono trasportatori fosfolipidi che aumentano il tasso intrinsecamente lento movimento transbilayer fosfolipide a fisiologicamente livelli appropriati in un bidirezionale, modalità ATP-indipendenti 4-6. Esempi di loro azioni possono essere trovati nel reticolo endoplasmatico e batterica membrana citoplasmatica dove è necessaria scrambling costitutivo per l'omeostasi di membrana e la crescita, così come per una varietà di percorsi di glicosilazione 5. Scrambling fosfolipide regolamentata è necessaria per esporre fosfatidilserina (PS) sulla superficie delle cellule apoptotiche dove agisce come un "mangia-me" -signal per macrofagi 7 e fornisce una superficie procoagulante sulle piastrine attivate per catalizzare la produzione di fattore proteicos necessaria per la coagulazione del sangue. In membrane disco fotorecettori, l'attività scrambling di rodopsina è stato suggerito di contrastare lo squilibrio fosfolipidi tra i due volantini membrana del doppio strato che viene generato dalla ATP-dipendente, lipidi unidirezionale flippase ABCA4 4,8,9 10-12.
Nonostante l'importanza fisiologica di scramblases, la loro identità è rimasta inafferrabile fino rodopsina è stato segnalato come un scramblase nei dischi dei fotorecettori 2, i membri della famiglia di proteine TMEM16 sono stati identificati come Ca 2+ scramblases -dipendenti necessari per l'esposizione di PS a livello della membrana plasmatica (recensione in riferimento 13), e la proteina batterica FTSW stato proposto come scramblase richiesto un lipide II per la sintesi del peptidoglicano 14. Queste scoperte sono state basate sulla ricostituzione delle proteine purificate in liposomi e dimostrazione di attività scramblase nelle proteoliposomi risultanti mediante la metodologia describcato qui. Altri potenziali scramblases 15-21 - Le proteine MurJ e AMJ implicati nella biosintesi peptidoglicano, WzxE e proteine correlate implicati in rimescolando precursori O-antigene, le proteine MPRF bisogno di traslocare phosphatidylglycerol aminoacylated attraverso la membrana citoplasmatica batterica, e membri della famiglia Xkr8 che sono stati proposti esporre PS sulla superficie delle cellule apoptotiche - restano da testare biochimicamente. Questo mette in evidenza l'importanza di un saggio robusto per identificare e caratterizzare l'attività scramblase.
Qui, descriviamo la ricostituzione di opsin purificata, la apoprotein della rodopsina fotorecettore, in grandi vescicole unilamellari (luvs), e la successiva analisi dell'attività scramblase nelle proteoliposomi risultante utilizzando un saggio basato sulla fluorescenza. Ci sono diversi protocolli ben descritto in letteratura per l'espressione eterologa e purificazione di opsin, quindi non ci saràdescriverlo in questo protocollo; usiamo i protocolli descritti nelle Goren et al. 3, che i rendimenti FLAG-tag, opsina termostabile a circa 100 ng / ml a 0,1% (w / v) dodecylmaltoside (DDM).
Ricostituzione si ottiene trattando luvs con detersivo sufficiente in modo che si gonfiano, ma non si sciolgono. In queste condizioni, una proteina di membrana - fornita in forma di micelle proteina-detergente - integrerà nei liposomi e diventare ricostituito nella membrana del liposoma alla rimozione del detersivo, causando proteoliposomi. Per ricostituire opsin (ottenuto come proteina purificata nello 0,1% (w / v) DDM), luvs sono preparati da una miscela di POPC (1-palmitoil-2-oleoyl- sn -glycero-3-phosphocholine) e POPG (1- palmitoil-2-oleoyl- SN -glycero-3- [fosfo-rac- (1-glicerolo)]) e satura di DDM prima di aggiungere opsina e NBD-PC. Il detergente viene poi rimosso mediante trattamento del campione con perle di polistirene.
lass = "jove_content"> Il principio alla base del saggio basato sulla fluorescenza è mostrato nella Figura 1B. Luvs sono simmetricamente ricostituiti con una quantità traccia di NBD-PC o un altro giornalista di fosfolipidi fluorescente NBD marcato (Figura 1A). In aggiunta ditionito, un non fluorescente dianione membrana impermeant, molecole NBD-PC nel foglietto esterno delle luvs sono resi come nitro-gruppo di NBD è ridotta ad un ammino-gruppo non fluorescente. Poiché né molecole NBD-PC né ditionito sono in grado di attraversare la membrana sulla scala temporale dell'esperimento (<10 min), questo si traduce in una riduzione del 50% del segnale fluorescente. Tuttavia, se i liposomi sono ricostituiti con una scramblase, molecole NBD-PC nel foglietto interno possono rimescolare rapidamente all'esterno dove vengono ridotti. Ciò comporta la perdita totale della fluorescenza nel caso ideale (Figura 1C).
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. Figura 1: Rappresentazione schematica del saggio di attività scramblase Il saggio utilizza una fluorescenza NBD marcato reporter di lipidi; NBD-PC è mostrato (A). Le grandi vescicole unilamellari sono ricostituiti con una quantità traccia di NBD-PC. Ricostituzione produce vescicole simmetriche, con NBD-PC distribuito equamente negli opuscoli esterne ed interne. Ditionito (S 2 O 4 2-) riduce chimicamente il nitro-gruppo di NBD ad un ammino-gruppo non fluorescente. Trattamento di liposomi privi di proteine con ditionito (B, top) causa una riduzione del 50% della fluorescenza poiché solo le molecole NBD-PC nel foglietto esterno vengono ridotti: ditionito è caricato negativamente e non possono attraversare la membrana per reagire con molecole NBD-PC nel foglietto interno. Trattamento dithionite di proteoliposomi opsin contenenti (B, in basso), vale a dire, proteoliposomi scramblase-attiva, si traduce in perdita di 100% di fluorescence come opsina facilita il movimento di NBD-PC tra l'interno e il foglietto esterno. (C) mostra le tracce di fluorescenza idealizzate ottenuti sul trattamento liposomi senza proteine e proteoliposomi opsin contenenti con ditionito. Il tasso di perdita di fluorescenza è la stessa in entrambi i casi che indicano che la riduzione chimica dei NBD da ditionito è limitante, e che scrambling avviene ad una velocità uguale o superiore alla velocità della reazione chimica. Tracce ottenuti da un esperimento reale sono mostrati in figura 3. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
I metodi che descriviamo possono essere utilizzati per ricostituire e saggiare altre proteine purificate, nonché miscele di proteine di membrana ottenute, ad esempio, estraendo microsomi con detergente 22.
1. Preparazione di liposomi e proteoliposomi
2. Scramblase Activity Assay
NOTA: L'intensità di fluorescenza di liposomi o proteoliposomi diluiti con tampone A è monitorata nel tempo dopo l'aggiunta di ditionito in uno spettrometro a fluorescenza. Per ottenere un'intensità partire stabile, la fluorescenza viene registrato per almeno 50 secondi (o fino a quando si ottiene un segnale stabile) prima di aggiungere ditionito ad un campione costantemente agitata e viene poi seguito per almeno 500 secondi dopo l'aggiunta ditionito.
3.Analisi dei dati
Descriviamo la ricostituzione di opsin in luvs per caratterizzare la propria attività scramblase usando un test basato sulla fluorescenza. Analizziamo i risultati di porre un limite inferiore del tasso di fosfolipidi opsin mediata scomposizione e per determinare lo stato oligomerico in cui opsin ricostituisce funzionalmente nelle vescicole.
Per identificare le condizioni ottimali di ricostituzione, è necessario determinare empiricamente la quantità di detersivo che deve essere utilizzato per gonfiare i luvs modo che siano ricettivi all'inserimento proteine. Tale esperimento è illustrata in Figura 2A. Aliquote di POPC: luvs POPG sono trattati con diverse quantità di DDM per 3 ore e l'assorbanza del campione è misurata a 540 nm, una misura di torbidità e quindi di dimensioni vescicole. La densità ottica misurata a 540 nm (OD 540) grafico mostra che le vescicole gonfiano come DDM Conczione è aumentato da 4-6 mm, raggiungere un punto di saturazione a circa 7 mM prima di iniziare a solubilizzare (corrispondente alla perdita di torbidità e OD 540 segnale) come DDM è ulteriormente aumentata. NBD-PC è aggiunto dopo il trattamento detergente e campioni sono ulteriormente incubati per un'ora prima di essere trattati con perle di polistirene per rimuovere detergente. La distribuzione transbilayer di NBD-PC è determinata misurando la perdita di fluorescenza dopo l'aggiunta ditionito alle vescicole (come descritto sopra). Così, NBD-PC inserisce nel foglietto esterno di vescicole in assenza di detersivo, indicata dalla sua completa accessibilità ditionito. Per vescicole trattati con> 2 mM DDM, NBD-PC è in grado di distribuire simmetricamente in entrambi i volantini modo che una volta DDM è stato rimosso il 50% del NBD-PC è protetto da ditionito.
La figura 2B mostra un esperimento di destabilizzazione-ricostituzione simile (ridisegnato da riferimento 2 </ Sup>), questa volta il tracciamento della ricostituzione del opsin. In questo esperimento si può notare che il 7 mM DDM è necessario per la ricostituzione opsin tale che NBD-PC diventa quantitativamente (> 80%) accessibili a ditionito come risultato di opsin mediata scrambling.

Figura 2:. Ricostituzione NBD-PC e opsin in vescicole detergenti-destabilizzato (A) Aliquote delle vescicole sono trattati con un intervallo di concentrazioni detergenti (0-9 mM) mescolando end-over-end per 3 ore a temperatura ambiente . Al termine del periodo di incubazione l'assorbanza dei campioni a 540 nm viene misurata (linea nera). NBD-PC (sciolti in 0,1% w / v DDM) viene quindi aggiunta e il campione viene incubato per un ulteriore 1 ora a temperatura ambiente prima che il detergente viene rimosso mediante trattamento perle di polistirene. I liposomi risultanti vengono analizzati dal fluor saggio riduzione escent (linea rossa) per determinare la misura in cui NBD-PC è simmetricamente ricostituito. (B) Come in (A), ma in questo esperimento vescicole formate da fosfolipidi uova (egg PC / uovo fosfatico, 9: 1 mol / mol) sono stati destabilizzato con DDM e opsin stato aggiunto insieme con NBD-PC, con un conseguente riduzione di fluorescenza di circa 80% dopo la proteina è efficacemente ricostituito e in grado di facilitare scrambling di NBD-PC (modificato dal riferimento 2). Sebbene NBD-PC è simmetricamente ricostituita a 2 mM DDM, le condizioni ideali per la ricostituzione opsin stati scelti attorno al picco di OD 540 assorbanza, cioè il punto in cui le vescicole erano altamente gonfio a causa di detersivo intercalato ma non ancora solubilizzato (indicato dal freccia). Per POPC / POPG (9: 1 mol / mol) vescicole, una concentrazione DDM di 8 mm è risultato essere ottimale sia per NBD-PC e opsin ricostituzione./54635/54635fig2large.jpg "Target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
La misura della riduzione di fluorescenza aumenta con la quantità di opsin usato per la ricostituzione. La figura 3A mostra tracce di fluorescenza ottenuti sull'aggiunta di ditionito di NBD-PC contenente liposomi privi di proteine (traccia nera) e proteoliposomi ricostituiti con opsin a proteine diverso da rapporti di fosfolipidi (PPR, in unità di mg di proteina per mmol fosfolipidi, tracce di rosso); le tracce sono state normalizzate in modo che tutti hanno la stessa fluorescenza iniziale (F i) il valore per facilitare la visualizzazione. adatta monoesponenziale delle tracce indicano molto simili costanti di tempo, che vanno dal 20-25 sec; come il tasso di riduzione NBD-PC ditionito mediata in liposomi privi di proteine è la stessa nelle proteoliposomi, è solo possibile inserire una stima più bassa sul tasso di opsin mediata scrambling (vedi text per maggiori dettagli). La Figura 3B mostra i dati analizzati ottenuti dai test di riduzione di fluorescenza da cedere appezzamenti di p (≥1) scramblase (la probabilità di una vescicola avente almeno un scramblase) rispetto al PPR misurata sperimentalmente (relative al PPR * come discusso sopra). Il confronto del fit monoesponenziale dei risultati sperimentali in ipotetici attacchi corrispondenti a opsin essere ricostituita come uno spettacolo di monomero, dimero o tetramero che opsin ricostituisce funzionalmente come un dimero.

Figura 3:. Attività Scramblase di opsin tracce (A) fluorescenza corrispondenti a ditionito trattamento delle vescicole ricostituite con NBD-PC e opsin importi compresi tra 0-4,95 mg, indicato con il cuneo. La quantità più bassa di opsin ricostituito corrisponde ad un regime di collocamento di 0,21 mg / mmol lasecondo importo più alto di 0,43 mg / mmol e la più alta quantità di 1,3 mg / mmol, o 10 opsine per vescicola in media. Ditionito stato aggiunto al momento indicato (freccia) e NBD fluorescenza è stata monitorata per altri 400 sec. La misura massima della riduzione di fluorescenza visto in questo esperimento è stato dell'85% mentre la media nel corso di molti esperimenti è 82,5%. (B) la dipendenza delle proteine di scrambling. I dati provenienti da esperimenti simili a pannello A sono stati analizzati utilizzando statistica di Poisson per generare un grafico della probabilità di vescicole aventi almeno un scramblase (p ≥1 scramblase) contro la proteina rapporto fosfolipidi (PPR) delle vescicole (proteina è stata quantificata post- ricostituzione mediante analisi Western Blot 3 e fosfolipidi è stato determinato misurando il fosfato inorganico rilasciato per idrolisi acida). La linea rossa rappresenta una misura mono-esponenziale per i dati; le linee grigie tratteggiate rappresentano adatta mono-esponenziale per la ricostituzione di opsin in 170 nm di diametro vesicles come monomeri, dimeri preformate o tetrameri preformati. Come l'asse x rappresenta il PPR misurata sperimentalmente (piuttosto che PPR * (vedi testo principale)), le costanti fit corrispondono a PPR, piuttosto che PPR * valori, come discusso nel testo principale. Cliccate qui per vedere una versione più grande questa figura.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Descriviamo un test basato sulla fluorescenza per misurare lo scrambling dei fosfolipidi in grandi liposomi unilamellari ricostituiti con opsina.
Questo studio è stato supportato dalla Velux Stiftung (A.K.M.), dalla sovvenzione NIH EY024207 (A.K.M.) e dal progetto J3686 (B.P.) del Fondo austriaco per la scienza (FWF).
| 1-palmitoil-2-oleoyl-sn-glicero-3-fosfocolina | Avanti Polar Lipids | 850457C | POPC |
| 1-Palmitoil-2-oleyl-sn-glicero-3-fosfo-rac-(1-glicerolo) (sale sodico | )Avanti Polar Lipids | 840457C | POPG |
| 1-palmitoil-2-{6-[7-nitro-2-1,3-benzossadiazol-4-il)ammino]esanoil}-sn-glicero-3-fosfocolina | Avanti Polar Lipids | 810130C | NBD-PC |
| 4-(2-idrossietil)-1-piperazineetansolfofonico | acido VWR Scientific | EM-5330 | HEPES |
| NaCl Sigma | S7653-1KG | NaCl | |
| Dodecyl-β-D-maltoside | Anatrace | D310 5 GM | DDM |
| Fluorimetro cuvette | sigma | C0918-100EA | cuvette |
| Spettrofluorimetro | Photon Technology International, Inc. | fluorimetro | |
| Idrosolfito di sodio grado tecnico, 85% | Sigma | 157953-5G | ditionite |
| GraphPad Prism 5 software | Prism | ||
| Tris Base | VWR | JTX171-3 | Tris |
| LIPEX 10 ml estrusore | Lipidi settentrionali, Inc. | Estrusore | |
| Whatman, Disco di drenaggio, PE, 25 mm | Sigma | 28156-243 | Supporto disco |
| Whatman Nuclepore Track-Etched membrane, 0,4 & micro; m, diametro 25 mm | Sigma | WHA110607 | membrana 400 nm |
| Membrane Whatman Nucleopore Track-Etched, 0,2 & micro; m, diametro 25 mm | Sigma | WHA110606 | membrana 200 nm |
| fosfato di sodio | Sigma | S3264-500G | |
| Provette per colture VWR, monouso, vetro borosilicato, 13 x 100 mm | VWR Scientific | 47729-572 | provette in vetro |
| Acido perclorico | Sigma | 30755-500ML | |
| Molibdato di ammonio Tetraidrato | Sigma | A-7302 | Molibdato di ammonio |
| (+)-L-ascorbato di sodio | Sigma | A7631-25G | ascorbato di sodio |
| Bio-Beads SM2 adsorbenti | Bio Rad | 1523920 | perle di polistirene |
| Microprovette da 2,0 ml trasparenti | VWR Scientific | 10011-742 | Provette |
| ricostituzione Tubo in vetro per ricostituzione | VWR Scientific | 53283-800 | Provette per ricostituzione |
| in vetro Zetasizer | Malvern | Dls |