我々は、ポリエチレングリコール(PEG)を用いてガラス表面を不動態化するための方法を記載している。このプロトコルは、表面洗浄、表面機能化、およびPEGコーティングをカバーしています。私たちは、既存の方法に比べて不動態の優れた品質が得られ2回のラウンドでのPEG分子で表面を処理するための新たな戦略を、ご紹介します。
方法論記事
我々は、ポリエチレングリコール(PEG)を用いてガラス表面を不動態化するための方法を記載している。このプロトコルは、表面洗浄、表面機能化、およびPEGコーティングをカバーしています。私たちは、既存の方法に比べて不動態の優れた品質が得られ2回のラウンドでのPEG分子で表面を処理するための新たな戦略を、ご紹介します。
単一分子蛍光分光法は、ナノスケールでの生物学的現象の広い範囲を理解する上で器械であることが証明された。この技術は生物科学にもたらすことができるものの重要な例は、タンパク質 - タンパク質及びタンパク質 - 核酸相互作用メカニズムの洞察である。タンパク質の相互作用は、単一分子レベルでプローブされる場合、タンパク質またはそれらの基質は、しばしば長期の観察を可能にするガラス表面上に固定化される。この固定化スキームは、望ましくない表面アーティファクトを導入することができる。したがって、それが不活性にするガラス表面を不動態化することが不可欠である。ポリエチレングリコール(PEG)を用いた表面コーティングは、非特異的にガラス表面と相互作用するタンパク質を防止する上で高いパフォーマンスを得るために際立っている。しかしながら、ポリマーコーティング手順は、表面には表面処理を必要とする一連の厳しい要件から生じる合併症のために、困難である手順の最後に任意の蛍光分子を含まない。ここでは、ステップ·バイ·ステップの手順で堅牢なプロトコルを提供する。これは、ピラニアエッチング、アミン基を有する表面官能化、および最終的にPEGのコーティングを含む表面洗浄を覆っている。 PEG層の高密度化を得るために、我々は、著しく不動態化の品質を向上させる二回にわたってPEG分子で表面を処理する新たな戦略を紹介する。誰もが高品質な表面パッシベーションを達成できるように、私たちは、代表的な結果だけでなく、それぞれの重要なステップのための実践的なアドバイスを提供します。
単一分子タンパク質の研究を行う際には、実験は、任意の表面に誘導されるタンパク質の機能不全又は変性1,2から自由になるように表面パッシベーションの高品質を達成するために不可欠である。例えば、ウシ血清アルブミンなどの界面活性剤で処理されたガラス表面は、一般に単一分子核酸試験3のために使用されているが、その不動態化の程度は、タンパク質の研究のために十分に高くない。ポリマー(ポリエチレングリコール、PEG)でコーティングされたガラス表面は、パッシベーション性能4-6に優れている。これにより、それは、単一分子蛍光研究7月10日に導入されて以来、単一分子タンパク質研究のための普遍的に使用されるようになった。ポリマーコーティング手順は、複数の表面処理7,11,12を必要とする。したがって、詳細な指示なしで全体の手順に従うことは困難である。多くの場合、表面保護の程度は、どのプロトコルIに依存して変化するSが続いた。ここでは、単一分子、タンパク質研究の主要なボトルネックの1が削除され、ステップ·バイ·ステップの手順、堅牢なプロトコルを提示する。概要については図1を参照してください。
1。準備とクリーニングをスライドさせて
マイクロ流体チャンバは、石英スライドとカバーガラスで構成されている。プリズム型全反射蛍光(TIRF)顕微鏡法では、石英スライドの表面が撮像される。したがって、十分にH 2 O、アセトン、KOH、およびピラニア溶液を使用して石英スライドをきれいにすることが重要である。 Thが、多段階の洗浄は、単一分子蛍光測定を妨害表面に蛍光性有機分子を排除している。さらに、ピラニアエッチングは、ヒドロキシル基を生成することにより石英表面を親水性にする。遊離ヒドロキシル基は、工程3におけるアミノ-シラン化反応のために必須である。
2。カバースリップのクリーニング
マイクロ流体室は石英スライドとカバーのリップで構成されている。プリズム型TIRF顕微鏡を用いる場合には、カバースリップの表面が画像化されていない。したがって、唯一のH 2 O及びKOHでカバーガラスを清掃するのに十分である。ケースでカバーガラス(例えば客観型全反射顕微鏡を介して)画像化される必要がある、それはピラニア溶液(ステップ1.7)でカバースリップを治療することをお勧めします。カバースリップ表面のPEG化は、高品質ではない場合、それはタンパク質のためのシンクとして作用し得ることに留意されたいタンパク質濃度の変動を生じさせるdは。
スライドとカバーガラスの3。アミノ - シラン化
アミノ-シラン化化学を介してアミン基と石英スライドとカバースリップの表面を官能化する。メタノールはアミノ-シラン化反応の触媒としての溶媒と酢酸として使用される。
ポリマー(1回戦)を使用する4。表面パッシベーション
NHS-エステル、ポリエチレングリコール(PEG)を結合することによって石英スライドとカバースリップのアミン被覆表面を不動態化する。この反応物を一晩、pH8.5のPEG溶液の飽和濃度を用いて行われる。
5。長期保存
-20ºCでPEG化スライドや、N 2中のカバースリップを保存する
ポリマー(2回戦)の使用6。表面パッシベーション
PEG層の密度の高いをすると、表面上の任意の残りのアミン基をクエンチするPEG化の追加のラウンド。ショートNHS-エステルPEG分子(333ダルトン)の使用は、既存のPEG層に浸透するのに有効であり得る。これはRECです右側のスライドを使用する前に、PEG化のこの第二ラウンドを行う奨。
7。マイクロ流体チャンバーの組み立て
PEG化された石英スライドとカバースリップのペアを使用してマイクロ流体チャンバを組み立てる。両面粘着テープがスペーサーとして使用される。室はそのように、エポキシ接着剤で密封しているlutionsは石英スライドの穴を通って導入されています。
8。リサイクルをスライドさせます
石英スライドをリサイクルする。使用済みのスライドをカバーグラスや、両面粘着性のテープを外すことによってリサイクルされています。
マイクロ流体チャンバアセンブリ後(ステップ7.1 - 7.6)ステップ7.7を行う前に、それがPEG化された表面の品質管理を行うことが推奨される。
表面不動態化が正常に行われた場合には、10未満が非特異的に撮像面積当たりのタンパク質が吸着される(25ミリメートル×25ミリメートル)1〜10nMの蛍光標識されたタンパク質は( 左図3a)チャンバーに添加されたときに観察した。
洗浄または反応ステップのいずれかが正しく行われていない場合には、非特異的の数が有意に増加するタンパク質を吸着させ、CCD画面は蛍光信号によって飽和されてもよい。ピラニアエッチングがスキップされる場合、観察された非特異的吸着の100倍の量が存在する(図3a;中間残さコンペア)。二PEG化ステップがスキップされると、約3時間がありましたsaの非特異的吸着が観察さ多量の( 図3b)。 PEG化の程度が低い(数ヶ月間、室温で保存例えば APTES)が満了化学物質が(データは示していない)が使用される場合に観察される。かなりの時間、それがPEG化されてから通過した場合に、その表面の質もドロップダウンし( 図3a、右と左を比較してください)。
当社の認知する限り、それはPEG化の2回は、単一分子の研究のために導入されたのは今回が初めてである。 PEG化の2回は、PEG層形成( 図3b)の最高の品質を保証します。二重PEG化の優れた性質が顕著に( 動画1Bと一緒に映画1aと比較)映画の中で示されている。これらの映画では、溶液中の蛍光分子からのバックグラウンド信号は、二重PEG化だったときに非常に弱いことが観察されているタンパク質は二重にPEG化層により、より効果的に反発されていることを示している、使用。この2段階のプロセスを強くお勧めしますが、あなたの実験は、最適でない不動態に許容される場合は、2番目のPEG化ステップは省略されることがあります。

図1:表面処理の回路図(a)の顕微鏡スライドをアセトン、KOH、およびピラニア溶液で洗浄される。これは、NHS-エステルPEGでAPTESおよびPEG化で官能化されている。必要に応じて、(b)は、カバースリップをピラニア溶液でKOH、並びに洗浄する。これは、NHS-エステルPEGでAPTESおよびPEG化で官能化されている。
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図2:マイクロ流体室(A)のシングルチャネル室。顕微鏡のスライドには、掘削穴が2つあります。これは、両面粘着テープの2スライスを使用してカバーガラスで組み立てられる。 (b)は、3チャンネルチャンバ。顕微鏡スライドは、掘削6穴があります。これは、両面粘着テープの4つのスライスを使用してカバーガラスで組み立てられる。

図3:溶液中の色素標識タンパク質で撮影したCCD画像 。 (a)は、CCDイメージが溶液中で10nMのCy3標識labeld担当して60X対物レンズを用いたプリズム型全反射蛍光顕微鏡によって撮影した。 (左)表面は、この資料に記載されているプロトコールに従って調製した。 (中央)表面はPREPAたこの資料に記載されているプロトコールに従って、赤が、ピラニアエッチングはスキップされました。 (右)表面は、この資料に記載されているプロトコールに従って調製し、窒素下-20℃で3ヶ月間保存した。 (b)は、溶液中で10 nMのCy3でlabeld担当で撮影したCCD画像。 (左)表面は、この資料に記載されているプロトコールに従って調製した。 (右)表面は、この資料に記載されているプロトコールに従って製造したが、PEG化の第二ラウンドはスキップされました。スケールバー=5μmである。
映画1:溶液中の色素標識タンパク質で撮影したCCDの映画 。 CCDムービーは、溶液中で10nMのCy3標識labeld担当して60X対物レンズを用いたプリズム型全反射蛍光顕微鏡によって撮影した。時間分解能は100ミリ秒である。 (a)は、表面がこの資料に記載されているプロトコールに従って調製した。 (b)は、表面がこの資料に記載されているプロトコールに従って調製したが、PEGylの第二ラウンドATIONはスキップされました。 こちらをクリックして動画1Aを表示およびこちらをクリックして動画1Bを表示する。
このプロトコルの中の重要なステップ
これは、アミノ - シラン化反応の前に表面を親水性にすることが不可欠である。これは、ガラス/石英表面上の遊離ヒドロキシル基を生成するピラニアエッチングによって達成された。表面の親水性は徐々にダウンしたので、それが長期間にわたって、H 2 Oまたは空気のいずれかにさらさピラニアエッチングされた表面を維持しないことをお勧めします。
NHS-エステルPEG分子が反応性である。それは、-20ºCで一定分量を行い、窒素下でそれらを格納することをお勧めします室温でAPTES化学物質の貯蔵寿命が短い。これは、毎月新しいものと交換することをお勧めします。
このプロトコルの改変
何か実用的な理由でピラニアエッチングを使用できない場合には、長時間のKOHを用いてエッチング( 例えば Overnight)、ヒドロキシル基を露出させるであろう。この代替アプローチの落とし穴は、スライドが深刻な傷が原因、数リサイクルの後に使用できなくなることである。
これは、しばしば蛍光性有機材料7を除去するのに有効であるプロパントーチを使用して、ガラス/石英表面を焼くために実施される。それはピラニアエッチングに冗長であるため、この手順は、このプロトコルには含まれていませんでした。この手順は、潜在的にヒドロキシル基の酸化につながることに注意してください。表面はKOHまたはピラニア溶液を用いてエッチングした後そのため、この手順が行われるべきではない。
7未満のpHを有する緩衝液は、単一分子イメージングのために使用される場合、PEGのコンフォメーションは、不動態化の程度を減少させる「ブラシ」と「マッシュルーム」から変化する。 7.0より低いpHが使用される場合、したがって、それはさらにジスクシンイミジル酒石酸を用いて表面を不動態化することが推奨される 7。
展望
この作品は、高品質な表面パッシベーションを達成するための堅牢なプロトコルを提供してきました。このプロトコルは、タンパク質14、ならびに細胞抽出物および免疫沈降物15内でのタンパク質複合体に関与している単一分子蛍光研究のために有用であろう。これは、広くそのような力分光法とトルク分光16のような他の単一分子技術に使用される。また、表面17に吸着するから細胞を予防するために有用であろう。
この作品では提供されたプロトコルは、多段階の手順については、要求している。脂質-PEG 8およびポリリジン、PEG 9を用いた表面パッシベーションは、別のアプローチとして使用できます。日時は、それは実装が容易である任意の化学反応を必要としない。しかしながら、不動態化の程度は、化学MODIFを介して達成されるほど高くはない表面のication。
我々は、開示することは何もありません。
SDC、ACH、そしてCJは、欧州研究評議会を通じて補助金(ERC-STG-2012から309509)を起動した状態でのサポートされていました。 J.-MNは、韓国国立研究財団(NRF)(2011から0018198)によってサポートされていました。パイオニア研究センタープログラム(2012-009586)韓国NRFを通して科学省、ICT、および将来の計画(MSIP)によって資金を供給。この作品は、グローバルフロンティアプロジェクト(H-GUARD_2013-M3A6B2078947)、韓国のMSIPによって資金を供給BioNanoヘルスガードセンターによってサポートされていました。 YKLとJ.-HHはソウル市、韓国のソウル科学フェローシッププログラムによってサポートされていました。ラベルされたRepタンパク質は、博士スアミョンからの寛大な贈り物だった。
4。ポリマーを使用した表面不動態化(第1ラウンド)5。表面不動態化(第2ラウンド)6。マイクロ流体チャンバーの組み立て
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1.スライドの準備とクリーニング | |||
| アセトン | Sigma | 32201 | 1 L |
| カバースリップ | VWR | 631-0136 631-0144 631-0147 | 24 x 32 mm2, 22 x 40 mm2, 24 x 50 mm2 (No.1½、長方形) |
| ダイヤモンドドリルビット | MTN-Giethoorn、オランダ | LA-0564-00DB | 3/4 mm |
| Duranスライド | ホルダーLGS、オランダ | 213170003 | |
| ガラス染色皿 | フィッシャーサイエンティフィック | 300101 | |
| H2O2 | ブーム | 6233905 | 1 L、過酸化水素30%. 開封したボトルは4°Cで保存する必要があります。 |
| H2SO4 | ブーム | 80900627.9010 | 硫酸 95-98% |
| KOH | シグマ | 30603 | 水酸化カリウム |
| メタノール | シグマ | 32213 | 1 L |
| ソニケーター | ブランソン | 卓上超音波洗浄機、3510 | |
| クォーツ | スライド Finkenbeiner | 1" x 3", 1mm thick | |
| 2.カバースリップクリーニング | |||
| >Duranスライド | ホルダーLGS、オランダ | 213170003 | |
| KOH | シグマ | 30603 | 水酸化カリウム |
| ソニケーター | ブランソン | 卓上超音波洗浄機、3510 | |
| 3。スライドとカバーガラスのアミノシラン化 | |||
| >酢酸 | シグマ | 320099-500ML | 酢酸、氷河 |
| APTES | シグマ-アルドリッチ | 281778-100ML | 3-アミノプロピルトリメトキシシラン. 室温で N2.月に一度交換してください。 |
| フラスコ(200ml) | VWR | フラスコ(200ml) | パイレックスフラスコ. アミノシラン化専用のフラスコを1つ用意してください。 |
| メタノール | シグマ | 32213 | 1 L |
| ソニケーター | ブランソン | 卓上超音波洗浄機、3510< | |
| Biotin-mPEG | Laysan Bio | Bio Biotin-PEG-SVA-5000-100mg | Biotin-PEG-SVA, MW 5,000 Da. -20°Cで1-2mg(スライド10枚分)のアリコートを保存;N2の下のC。 |
| mPEG | Laysan Bio | MPEG-SVA-5000-1g | mPEG-スクシンイミジル吉草酸エステル (SVA)、MW 5,000 Da. -20 > で 80 mg (スライド 10 枚分) のアリコートを保管します。N2の下のC。 |
| 重炭酸ナトリウム | シグマ | S6014-500G | |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D8418-100ML | ジメチルスルホキシドBioReagent、分子生物学用、≥99.9% |
| DST | Pierce | 20589 | 酒酸ジスクシンイミジル |
| MS4-PEG | Pierce | 22341 | Short NHS-ester PEG, MW 333 Da. 100 mg MS4-PEG を 1.1 ml DMSO に溶解します。ストア20&マイクロ;-20°Cのlアリコート。 |
| 重炭酸ナトリウム | シグマ | S6014-500G | |
| ダブル粘着テープ | スコッチ | 10 mm 幅 | |
| エポキシ | Thorlabs | G14250 | Devcon 5 分エポキシ |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S9888-1 KG | 塩化ナトリウム |
| ニュートラアビジン | ピアス | 31000 | 免疫純粋ニュートラアビジン ビオチン結合タンパク質. H2O の 5 mg/ml のストック4°Cで。 |
| ストレプトアビジン | Invitrogen | S-888 | H2O または T50 で 4 >C で 5 mg/ml をストック。 |
| トリズマベース | Sigma-Aldrich | T1503-1 KG | トリス |
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