Questo protocollo descrive la purificazione e la marcatura covalente della reflectina A1, nonché un saggio di diluizione FRET per caratterizzare lo scambio dinamico della proteina reflectina tra assemblaggi proteici in funzione dell'età.
Articolo metodologico
Questo protocollo descrive la purificazione e la marcatura covalente della reflectina A1, nonché un saggio di diluizione FRET per caratterizzare lo scambio dinamico della proteina reflectina tra assemblaggi proteici in funzione dell'età.
In qualità di driver molecolare per l'iridescenza sintonizzabile nei cefalopodi, il comportamento della fase sintonizzabile della proteina reflectina A1 continua ad essere al centro dell'ingegneria dei biomateriali. La modulazione della concentrazione salina e della densità di carica netta della proteina della reflectina A1 spinge la proteina a formare assemblaggi dinamici come intermedi per la separazione di fase liquido-liquido. Gli assemblaggi di reflectina, sebbene limitati nelle dimensioni dall'entità della neutralizzazione di carica della repulsione cationica della proteina, sono inizialmente in scambio dinamico con monomeri o oligomeri della soluzione circostante. È stato utilizzato un nuovo saggio di diluizione per il trasferimento di energia per risonanza di fluorescenza (FRET), in combinazione con la diffusione dinamica della luce (DLS) e i saggi di concentrazione proteica, per caratterizzare il flusso bidirezionale di proteine tra gli assemblaggi di reflectina A1 e una fase diluita in funzione dell'età di assemblaggio. Questo saggio di diluizione FRET distingue tra flusso unidirezionale e bidirezionale di proteine all'interno e all'esterno di assemblaggi proteici e, pertanto, può essere applicato durante la formazione dell'assemblaggio. La differenziazione tra assemblaggi proteici dinamici e cineticamente arrestati è fondamentale per comprenderne le origini biofisiche e questo nuovo saggio di diluizione FRET può essere adattato per integrare le indagini biofisiche di altri assemblaggi proteici.
L'iridescenza sintonizzabile nei calamari loliginidi è mediata dalle proteine della reflectina nelle cellule iridocitarie 1,2,3. Gli iridociti contengono invaginazioni di membrana estese e regolari che formano pile di lamelle di Bragg dense di proteine, che riflettono la luce in modo dipendente dall'angolo e dalla lunghezza d'onda 1,4,5,6. Una cascata di segnali innescata dall'acetilcolina culmina nella fosforilazione delle proteine cationiche della reflectina 1,2,7, riducendo la repulsione elettrostatica intra- e inter-proteica e guidando la condensazione delle reflectine nelle lamelle di Bragg da particelle di raggio idrodinamico 10-50 nm a un condensato liquido denso 3,8,9. La reflectina A1 in vitro forma assemblaggi con raggio di 10+ nm stabili le cui dimensioni sono precisamente regolate dalla densità di carica netta delle proteine 10,11,12, e questo comportamento colloidale sintonizzabile ha suscitato molto interesse bioingegneristico nella progettazione di materiali biofotonici sintonizzabili a base di reflectina 13,14,15,16,17,18. E' stato recentemente dimostrato che NaCl guida l'assemblaggio della reflectina A1 e la LLPS (Liquid-Liquid phase separation) aumentando entropicamente il contributo energetico dell'effetto idrofobico e schermando le cariche repulsive dei linker cationici alternati19.
Per i condensati simili a liquidi densi di proteine, lo scambio dinamico tra la fase densa e la fase diluita può essere facilmente analizzato utilizzando FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching) a goccioline intere20; È necessario un saggio analogo per assemblaggi di proteine su scala nanometrica. Recenti segnalazioni di assemblaggi proteici fisiologicamente rilevanti come intermedi di LLPS 19,21,22 hanno suggerito la necessità di metodi equivalenti per interrogare la dinamica dell'assemblaggio e lo scambio dinamico tra gli assemblaggi e la coesistente fase diluita. I cluster proteici possono includere colloidi simili al vetro cineticamente arrestati prodotti dalla decomposizione spinodale arrestata, assemblaggi di equilibrio dinamico che scambiano monomeri o oligomeri dalla fase diluita e cluster metastabili 23,24,25,26,27. Le dinamiche di assemblaggio delle proteine dipendenti dall'età sono quindi fondamentali per comprendere i processi fisici che guidano la formazione di assemblaggi proteici nel contesto di un comportamento di fase più complesso.
Per caratterizzare la dinamica dei cluster proteici metastabili21, sono stati utilizzati approcci basati su FRET che analizzano l'interazione tra assemblaggi di proteina marcata con fluoroforo donatore e assemblaggi di proteina marcata con fluoroforo accettore. Dopo aver mescolato questi cluster, l'emergere di FRET dimostra lo scambio e il trasporto di proteine nei cluster21. Tuttavia, per alcune proteine, come la reflectina A1, i cluster si formano e crescono continuamente per tutta la durata dell'esperimento19. Per tali proteine, è necessario un approccio che deconvolusca il trasporto unidirezionale delle proteine in cluster, come potrebbe verificarsi durante la formazione continua di cluster dinamicamente arrestati, e il trasporto bidirezionale delle proteine tra gli assemblaggi.
Un approccio di diluizione FRET realizza questo tramite diluizione con fluoroforo (Figura 1), in cui una diminuzione di FRET significa trasporto bidirezionale di proteine tra assemblaggi. Sono stati preparati assemblaggi proteici di proteina reflectina che contenevano quantità uguali di proteina marcata con accettore-fluoroforo o donatore-fluoroforo. Questi assemblaggi di reflectina co-marcati sono stati diluiti con una soluzione contenente assemblaggi di reflectina non marcati e lo scambio dinamico di proteine tra gli assemblaggi è stato analizzato in funzione dell'età di assemblaggio. Questo metodo distingue la formazione continua di cluster proteici cineticamente arrestati dai cluster dinamici, inclusi ma non limitati a cluster metastabili, cluster che crescono a causa della maturazione di Ostwald o processi di ingrossamento simili, cluster che crescono per fusione e cluster che non sono intermedi per LLPS. Non distingue solo tra questi diversi meccanismi di scambio dinamico, che richiede metodi ortogonali come la diffusione dinamica della luce, l'analisi di tracciamento delle nanoparticelle (NTA) e i saggi di Bradford19,21. Questo protocollo descrive i metodi per la purificazione della reflectina A1 wild-type e del singolo mutante contenente cisteina A1-C232S, la marcatura covalente di A1-C232S e l'analisi di diluizione FRET.
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I reagenti e le attrezzature utilizzate sono elencati nella Tabella dei Materiali.
1. Purificazione delle proteine ed etichettatura covalente
2. Serie temporali FRET
3. Analisi dei dati
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Dopo aver diluito gli assemblaggi di reflectina A1 contenenti sia la proteina marcata con fluoroforo donatore che la proteina marcata con fluoroforo accettore con assemblaggi di reflectina A1 non marcata, è stata osservata una diminuzione iniziale dell'emissione di FRET a 588 nm rispetto agli assemblaggi non diluiti (Figura 2A). Il FRET per gli assemblaggi con età minima 0 era simile al controllo positivo e il FRET per gli assemblaggi con età minima 1620 (il tempo tra la formazione dell'asse...
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Un punto comune di perdita di proteine durante la purificazione è la risospensione incompleta dei pellet dei corpi di inclusione per tutte le fasi del protocollo di purificazione dei corpi di inclusione e la risospensione finale dei corpi di inclusione purificati in acido acetico 8 M urea 5% v/v. La risolubilizzazione dei corpi inclusi può richiedere fino a 24 ore di agitazione vigorosa con una piccola ancoretta magnetica in una provetta conica da 40 mL. Per evitare una significativa per...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
La ricerca è stata sostenuta dall'Institute for Collaborative Biotechnologies attraverso le sovvenzioni W911NF-19-2-0026 e W911NF-23-1-0330 dell'Ufficio di ricerca dell'esercito degli Stati Uniti. Il contenuto delle informazioni non riflette necessariamente la posizione o la politica del governo e non si deve dedurre alcuna approvazione ufficiale.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 10 μ Micropipetta con capacità L | |||
| 2 μ Micropipetta con capacità L | |||
| 2-[(5-fluoresceinil)amminocarbonil]etilmetantiosolfonato | Santa Cruz Biotecnologie | SC-216155 | CAS 351330-42-2 |
| 20 μ Micropipetta con capacità L | |||
| 200 μ Micropipetta con capacità L | |||
| acido 3-(N-Morpholino)propansolfonico, acido 4-morfolinapropansolfonico | Sigma-Aldrich | Codice: M1254 | CAS 1132-61-2 |
| Acido acetico | Sigma-Aldrich | Codice: A6283 | CAS 64-19-7 |
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich | 34851-1L | CAS 75-05-8 |
| Agar in polvere | Carolina Biologica | 842133 | CAS 9002-18-0 |
| Alluminio | |||
| Filtro ultracentrifugo Amicón, 10 kDa MWCO | Millipore Sigma | UFC501008 | Capacità 0,5 ml |
| Filtro ultracentrifugo Amicón, 10 kDa MWCO | Millipore Sigma | UFC901008 | 15 ml di capacità |
| bilancia analitica | |||
| Benzonase | Millipore-Sigma | 70664-3 | CAS 9025-65-4 |
| Reagente per l'estrazione delle proteine BugBuster | Millipore Sigma | 70584-3 | |
| Spettrometro a fluorescenza Cary Eclipse | Cary-Eclissi | ||
| Cary Eclipse Software | |||
| Provette da centrifuga Corning da 50 ml | Millipore-Sigma | CLS430829 | |
| Siringhe monouso, Luer-Lok 10 mL | Cole-Parmer | UX-12915-02 | |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D8418 | CAS 67-68-5 |
| Ghiaccio secco | |||
| Sistema FPLC a doppia pompa | |||
| Sistema HPLC a doppia pompa | |||
| Etanolo | Millipore Sigma | EX0280-3 | CAS 64-17-5 |
| Rotore centrifugo da pavimento capacità 500 ml | |||
| Centrifuga da pavimento | |||
| Congelatore, -80 gradi C | |||
| Cappa aspirante | |||
| cloridrato di guanidina | Termo Scientifico | AAA135430B | 50-01-1 |
| Colonna per cromatografia a scambio cationico HiTrap SP HP | Citiva | 17115101 | |
| Acido cloridrico | Sigma-Aldrich | 258148-25ML | CAS 7647-01-0 |
| Incubatrice | |||
| Isopropil β-D-1-tiogalattopiranoside | Sigma-Aldrich | I6758-1G | |
| Kanamicina solfato | Sigma-Aldrich | K1637 | CAS 25389-94-0 |
| Liofilizzante | |||
| Lisozima | Termo Scientifico | 90082 | |
| Ancoretta magnetica | |||
| Piastra di agitazione magnetica | |||
| Elettrodo micro pH S7 | Metler Toledo | 51343160 | |
| Microcentrifuga con controllo della temperatura | |||
| Filtro per siringa Millex PVDF | Millipore | SLGVR33RS | 0,22 μ m, 33mm diam. |
| Filtro Milli-Q Millipak | Millipore Sigma | MPGP002A1 | |
| Sistema di purificazione dell'acqua ultrapura Milli-Q | Millipore Sigma | ||
| NaCl | Termo Scientifico | AA12314A9 | CAS 7647-14-5 |
| Flaconi da centrifuga Nalgene, stile 3120 | Millipore-Sigma | B1283-4EA | Per la pellettatura dei batteri |
| Laboratorio orbitale agitatore con incubatore | |||
| PC | |||
| Piastre di Petri | Sigma-Aldrich | P5731-500EA | |
| Plasmide PJ411 | DNA 2.0 | ||
| Proteina LoBind Tubi conici | Eppendorf | EP30108302 | Capacità 5 ml |
| Proteina LoBind Provette per microcentrifuga | Eppendorf | EP022431102 | Capacità 0,5 ml |
| Pallone di Erlenmeyer con deflettore in Pyrex 1.000 ml | Millipore-Sigma | CLS44501 | Per l'incubazione di colture batteriche |
| Bicchieri Pyrex Griffin 2.000 mL | Millipore-Sigma | CLS10002L | Per tutte le preparazioni di tamponi e soluzioni |
| Flaconi rotondi in Pyrex 1.000 ml | Millipore-Sigma | CLS13951L | Per la conservazione di tutti i tamponi e la preparazione della soluzione, utilizzare con i filtri per palloni sottovuoto |
| Qiaprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | |
| Frigorifero | |||
| Rosetta 2 (DE3) Cellule Competenti | Novagen | 71397-3 | |
| Cassette per dialisi Slide-a-lyzer 10K MWCO | Termo Scientifico | PI66383 | Capacità 0,5 ml |
| Acetato di sodio triidrato | Sigma-Aldrich | S8625 | CAS 6131-90-4 |
| Idrossido di sodio | Sigma-Aldrich | Codice: 567530-250GM | CAS 1310-73-2 |
| Filtro per bottiglie sottovuoto Steritop | Millipore Sigma | S2GPT05RE | 0,22 μ m filtro sterile |
| Sub-microcuvetta, capacità 50 uL | Cellule di Starna | 16.40F-Q-10/Z15 | |
| sulforrodamina metanotiosolfonato | Santa Cruz Biotecnologie | SC-220172 | CAS 386229-71-6 |
| Acido trifluoroacetico | Sigma-Aldrich | Codice 106232-25G | CAS 407-25-0 |
| Triptone | Spettro chimico | T1333 | |
| Urea | Termo Scientifico | AAA123600E | CAS 57-13-6 |
| Spettrometro UV-VIS | |||
| Estratto di lievito | Gibco | 211929 |
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