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Abbiamo descritto un metodo per il reclutamento localizzato di proteine mOrange-Nano su membrane modello, come il doppio strato lipidico supportato e le vescicole unilamellari giganti utilizzando la proteina fotocommutabile disiLID8. Gli aspetti che contribuiscono alla qualità del pattern includono la qualità delle proteine e la buona qualità di SLB e GUV.
Per garantire una buona qualità delle proteine dopo l'espressione e la purificazione, è importante valutare prima le proprietà fotocommutabili di disiLID. A tal fine, l'assorbimento del cofattore FMN deve essere misurato al buio e dopo l'illuminazione a luce blu. Si prevede che gli spettri UV-Vis di disiLID mostrino il caratteristico triplo picco del cofattore FMN al buio, che diminuisce significativamente con l'illuminazione della luce blu e si riprende al buio13. Questo comportamento fotocommutabile è fondamentale per ottenere un reclutamento riproducibile e reversibile nelle fasi successive. Lavorare con la luce rossa protettiva ed esporre disiLID a un'illuminazione esterna minima durante la preparazione dei campioni aumenta le prestazioni degli esperimenti.
Un altro passaggio critico, e forse il più cruciale, è la formazione di SLB adeguati. Difetti nelle membrane e/o la formazione di SLB disomogenei (cioè la presenza di SLB multistrato o patched) influenzeranno la qualità del patterning proteico. Pertanto, per gli utenti inesperti, si consiglia di riprodurre il protocollo etichettando i SUV con alcuni coloranti a membrana, come DiD e DiO, in modo da formare SLB marcati in fluorescenza. In questo modo, le proprietà e la qualità degli SLB possono essere ben caratterizzate con la microscopia a fluorescenza. Le misure FRAP rappresentano un approccio tipico per valutare la qualità di un SLB valutando la fluidità delle membrane. In alternativa, nel caso di SLB biotinilati come quelli descritti in questo protocollo, è possibile utilizzare SAv marcati in fluorescenza (ad esempio, Atto 488-SAv) per visualizzare e valutare la qualità degli SLB.
La prima parte del protocollo descrive la formazione di pattern sugli SLB. Per garantire un risultato ottimale, è importante aggiungere mOrange-Nano sugli SLB e lasciare incubare il campione al buio per 15 minuti. Durante la fotoattivazione, la selezione del ROI non è limitata a una dimensione specifica. Tuttavia, l'intensità del laser e il tempo di esposizione devono essere regolati per ridurre il fotosbiancamento indesiderato delle proteine fluorescenti.
Questo metodo non è limitato alle proteine biotinilate e altri approcci possono essere utilizzati per ancorare disiLID agli SLB. Ad esempio, disiLID con tag His-taged può essere espresso e ancorato su SLB contenenti Ni-NTA. Tuttavia, è fondamentale esprimere Nano e disiLID con tag diversi per evitare la sostituzione delle proteine sugli SLB. Questo metodo consente anche la possibilità di invertire l'ordine delle proteine, funzionalizzando così gli SLB con Nano e reclutando disiLID (o proteine fuse con disiLID) dopo l'illuminazione a luce blu.
Per il controllo dinamico della localizzazione delle proteine, la localizzazione reversibile della proteina nella regione selezionata dovrebbe essere possibile ripetutamente. Per raggiungere questo obiettivo, la concentrazione di Nano (200 nM) nella soluzione è un parametro critico per ottenere un'elevata reversibilità.
Un'altra preoccupazione è il reclutamento di Nano sulla superficie GUV funzionalizzata con disiLID. Come nel caso del patterning proteico su SLB, questo metodo può essere esteso a diverse strategie di funzionalizzazione della membrana. In questo protocollo, l'intero GUV è stato illuminato con luce blu per reclutare mOrange-Nano sull'intera superficie GUV. Tuttavia, la selezione di piccole ROI localizzate sulla membrana GUV dovrebbe portare alla localizzazione precisa delle proteine in un'area più ristretta.
Questo metodo presenta solo una limitazione relativa alla scelta del fluoroforo impiegato per l'imaging del reclutamento dei Nano sulla membrana dei SUV o dei GUV. In particolare, i fluorofori con uno spettro di eccitazione nell'intervallo della luce blu devono essere evitati, poiché il loro utilizzo interferirà con la fotoattivazione di (dis)iLID. Pertanto, per questo tipo di esperimento si consiglia la scelta di fluorofori nell'intervallo della luce verde o rossa (ad esempio, mOrange o Cy5).
Il design disiLID offre un modo semplice e adattabile per migliorare il reclutamento locale delle proteine nelle membrane e amplia la gamma dinamica di iLID e Nano dall'optogenetica4. Questi metodi si concentrano sul reclutamento di Nano su membrane mimiche come i doppi strati lipidici e i GUV. Tuttavia, questo approccio è estendibile ai numerosi strumenti optogenetici nelle cellule in cui (dis)iLID o Nano sono legati a una membrana.