このプロトコルではケージ プロテインキナーゼ A (PKA)、細胞信号伝達 bioeffector ナノ粒子表面に固定化した細胞質に microinjected、アップ コンバートされる紫外線近赤外線 (NIR) 照射からによって活性化を誘導します。細胞質の下流圧力繊維崩壊。
方法論記事
このプロトコルではケージ プロテインキナーゼ A (PKA)、細胞信号伝達 bioeffector ナノ粒子表面に固定化した細胞質に microinjected、アップ コンバートされる紫外線近赤外線 (NIR) 照射からによって活性化を誘導します。細胞質の下流圧力繊維崩壊。
アップコン バージョン ナノ粒子 (UCNP)-仲介された光はリモート コントロール bioeffectors はるかに少ない光毒性とより深いティッシュの浸透への新しいアプローチ。ただし、市場で既存のインストルメンテーションは容易にアップコン バージョンのアプリケーションとの互換性ではありません。したがって、市販の計測器を変更することは本研究のために不可欠です。この稿では、まず従来の蛍光の蛍光顕微鏡光子アップコン バージョン実験の互換性のために変更を示します。その後、近赤外線 (NIR) の合成について述べる-トリガー ケージ蛋白質キナーゼの触媒サブユニット (PKA) UCNP 複合体に固定化しました。マイクロインジェクションおよび近赤外光プロシージャのパラメーターも報告されています。ケージの PKA UCNP REF52 線維芽細胞に microinjected が、した後従来の UV 照射によりかなり優秀で、近赤外照射は効率的に細胞 PKA シグナル伝達経路をトリガーします。さらに、正と負の制御実験は、ストレスファイバーの崩壊につながる PKA 誘導経路が特に近赤外照射によってトリガーされることを確認します。したがって、蛋白質変更 UCNP の使用は、リモート光変調細胞実験、紫外線への直接露出を回避する必要がありますを制御する革新的なアプローチを提供します。
センサー (PKA ケージ蛋白質など) をすることができます化学修飾されたタンパク質は細胞の生化学的なプロセス1,2 を非侵襲的操作する化学生物学の新たな分野として開発されています。、3。タンパク質をケージ使用光刺激はこれらの活性化と優れた時空間解像度を提供します。ただし、紫外線は、望ましくない形態学的変化、アポトーシスおよび細胞4,5への DNA 損傷を引き起こす可能性が。それ故に、photocaging グループの設計の最近の動向は、深部組織浸透6,7を増大させるため、同様の光毒性を軽減する長波長または 2 光子励起による電子スピンダイナミクスの有効化に焦点を当てます。私たちは適切な uncaging 神経波長 (すなわちチャンネル) を選択できるようにする選択的に波長が長く対応ケージのグループは bioeffectors 2 つをアクティブにしますより多くのケージ グループは、現在7。これらの便利な機能を与え、細胞活動8を制御するための反応のメカニズムを調査に至る生物学研究光化学的方法論で非常に重要な上流作業は、赤色光 photocaging の新しいグループを開発します。しかし、2 光子ケージ グループは縮合芳香環構造のためあまりにも疎水性通常、可視光ケージ グループは通常有機金属、芳香族配位子を。この疎水性/芳香族プロパティは適していません、bioeffector は蛋白質や酵素、酵素/タンパク質の活性化サイトを変化し、たとえ抱合と光分解はまだ2 の化学のレベルで動作、機能の損失が発生するとき ,9。
UCNPs は、近赤外励起光を UV に変換効果的なトランスデューサーです。UCNPs のこのユニークで魅力的なプロパティは、課題に対応する現実的な解像度 photoactivation に関連付けられているし、小分子、葉酸10シスプラチン誘導体11 の制御放出をトリガーに提供しています。、DNA/siRNA12、共重合体膜小胞13、および中空粒子14。ただし、我々 の知識の限り、酵素やタンパク質の UCNP シスト photoactivation 未テストところ。シリカ コーティングと化学修飾されたケージの酵素複合体から成るタンパク質/酵素コンストラクトの NIR トリガー活性化を実行する求められる私達を使って赤い光や近赤外光活性酵素の成功例がないので希土類をドープした UCNP の15。本研究では、UCNP は、ケージの PKA の形で急速に反応シグナル伝達キナーゼと共役だった。PKA は、グリコーゲン合成と細胞質16環状アデノシン リン酸 (キャンプ) 調節することによる外部からの刺激に応答する細胞骨格の調節をコントロールします。近赤外照射後の細胞実験で時空のマナーで酵素活性化の可能性を検討した.この光の UCNP 支援プラットフォーム NIR を使用して酵素 photoactivate する新しい方法であるし、従来 UV 照射2,4による細胞から不要な信号伝達応答を回避できます。
若し大 bioeffectors に非常に困難だ(例えば、蛋白質) 細胞の活動を制御する細胞膜を挟んだ。粒子を固定化したタンパク質は細胞質にエンドサイトーシスを介して若しやすくもありますが、エンドサイトーシスを破損やエンドソームわなに掛ける事とそれに伴うライソゾームの分解2,4を介して低下可能性があります。ケージのタンパク質が膜後まだ機能している場合でも転量が細胞応答2,17をトリガーするため十分ではないです。対照的に、マイクロインジェクションは細胞の細胞質に大規模な bioeffectors を提供する直接および定量的アプローチです。また、UCNP 固定化 bioeffector は、アクティブにするアップ コンバートされる光を必要とします。したがって、光学機器用はさらに変更を計測、可視化、およびアップコン バージョン光を利用する必要があります。この作品は、近赤外光用マイクロインジェクションと次の必須の分光法と顕微鏡の変更を使用してセルにケージ PKA UCNP 複合体の配信詳細に表示されます。
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注: プロトコル記述 photoactivation のアップコン バージョン アシストの詳細な計測修正、合成手順を生成するケージ PKA UCNP、シリカ被覆 UCNP の透過型電子顕微鏡 (TEM)やケージの PKA UCNP サンプル、UV ・近赤外の光分解セットアップ、セル準備、PKA UCNP マイクロインジェクション、photoactivation 研究、REF52 細胞のストレスの繊維染色します
。1 蛍光アップコン バージョン スペクトル測定装置の
2。顕微鏡のセットアップ
注: 次のセットアップは、2 層光パス搭載顕微鏡。ユーザーが近赤外レーザー、ハロゲン ランプは同じポートを共有する背面ポートの励起光源スイッチをインストールしようとすると場合、は、サンプルの発熱を低減するためのものですので、背面のポートにコリメータは大幅 NIR がブロックされます。ユーザーは、難しい選択を行う必要があります: コリメータをおいて、アップコン バージョンの非常に低い効率に苦しむ、コリメータを削除や励起、落射蛍光の光の強度を犠牲します
。注: 変更された蛍光、アップコン バージョン発光と近赤外光分解モードおよび実験装置と UV 光分解モード、落射蛍光顕微鏡の光路方式を示す断面図の図この実験に使われて 図 2 に示します
。 背面に監督3。調製とキャラクタリゼーションのケージ PKA UCNP 構築
4。特性
注: キナーゼ試金はピルビン酸キナーゼの特定の活動を定量化するために使用します。簡単に言えば、ピルビン酸キナーゼ、乳酸脱水素酵素に結合は、ペプチドのリン酸化は、NADH の酸化の結果します。340 NADH の吸光度の減少を測定することにより後者の形成を監視 nm
。5。光分解セットアップ
6。細胞試料調製と PKA UCNP 錯体のマイクロインジェクション
7。Photoactivation のケージ PKA UCNP を使用して紫外線や生体細胞の近赤外光
PKA UCNP マイクロインジェクション後8。近赤外光活性化によって引き起こされるストレス繊維崩壊の可視化
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ケージ酵素 UCNP の構造の設計は、図 1に示すです。PKA 酵素は、まず、使用頻度の低いケージの PKA を生成する 2-ニトロベンジル ブロマイドと反応したし、UCNP の表面に静電固定だったし。UCNPs は、アップ コンバートの発光し、その結果 photolytically o-ニトロベンジル基 Cys 199 と生成活性化 PKA システイン 343 を切断します。TEM 像とブラッドフォードの試金は、PKA とケージの PKA は UCNPs の表面に固定した、ケージの PKA UCNP ソリューション後 UV 光のキナーゼ活性アッセイ (図 4) を確認しました。PKA 固定後動的光散乱計測器はサイズと 120 に PKA 粒子複合体のゼータ電位を明らかにした nm と-16.0 mV、それぞれ。PKA UCNP ソリューションのブラッドフォードの試金は、高レベルで安定したタンパク質固定化を示唆している、粒子に強力な紫の色を示した。
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以前は、ホフマンと同僚が見つかりました無料 PKA19のマイクロインジェクション後 REF52 細胞における劇的な形態学的変化を認めたこと。別の研究では、ローレンス グループは、ケージ PKA 活性化使用される体内形態学的変化とストレスファイバー UV 光分解20に服従させたときの崩壊につながるを示した。以前のいくつかの UCNP シスト、ケージ、小さな分子 bioeffectors21,22,23活性化を示した photoactivation のためアップ コンバートされる紫外線を利用するについて報告します。ただし、bioeffector、酵素の最も重要なクラスの UCNP シストの photoactivation を使用するプロトコルでは、開発する必要があります。したがって、本研究では UCNPs を使用してケージの PKA の近赤外光...
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著者は、彼らは競合する金銭的な利益があることを宣言します。
資金調達 (101-2113-M-001-001-MY2; 103-2113-M-001-028-MY2) ありがとうナノ科学と技術学院プログラムと科学省台湾の技術。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 試薬 | |||
| トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン | Σ | 154563 | |
| 塩化マグネシウム六水和物 | Σ | M9272 | |
| MOPS | Σ M1254 | ||
| HEPES | Σ | H4034 | |
| 塩化ナトリウム | Sigma | 31434 | |
| 塩化カリウム | Sigma | 12636 | |
| 酢酸イットリウム ハイドレート | シグマ | 326046 | Y(C2H3CO2)3 & middot; xH2O |
| 酢酸ツリウム(III) | Alfa Aesar | 14582 | Tm(CH3CO2)3 & ミッドドット;xH2O |
| イッテルビウム(III) アセテート四水和物 | Σ | 326011 | Yb(C2H3O2)3 & middot; 4H2O |
| 1-Octadecene | Sigma | O806 | |
| オレイン酸 | Σ | 364525 | |
| メタノール | マクロン | 304168 | |
| 水酸化ナトリウム | シグマ | 30620 | |
| ッ化アンモニウム | J.T.Baker | 69804 | |
| IGEPAL CO-520 | シクロ | ||
| J.T.Baker | 920601 | ||
| 水酸化アンモニウム (28% - 30%) | J.T.Baker | 972101 | アンモニア |
| テトラエチル オルトケイ酸 (TEOS) | Sigma | 8658 | |
| DL-ジチオスレイトール (DTT) | Σ | D0632 | |
| N-ヒドロキシマレイミド (NHM) | Σ | 226351 | PKA活性ブロッキング試薬 |
| 豚コラーゲンからのPrionexタンパク質安定剤溶液 | Sigma | 81662 | タンパク質安定剤溶液 |
| 2-臭化ニトロベンジル(NBB) | Sigma | 107794 | PKAケージ試薬 |
| 8-(4-クロロフェニルチオ)アデノシン 3′,5′-環状一リン酸ナトリウム塩 | ΣC3912 | 8-CPT-cAMP | |
| ピルビン酸キナーゼ/乳酸デヒドロゲナーゼウサギの筋肉由来の酵素 | Sigma | P0294 | PK/LDH |
| アデノシン 5'-三リン酸二ナトリウム | Sigma | A2387 | ATP |
| &β;-NADH は二カリウムから還元 | Sigma N4505 | ||
| ホスホエノールピルビン酸 | Sigma | P7127 | PEP |
| Coomassie Protein Assay 試薬、950 mL | Thermo Scientific | 23200 | Bradford Assay 試薬 |
| cAMP-dependent protein kinase | Promega | V5161 | PKA activity control |
| pET15b-PKACAT プラスミド | Addgene | #14921 | |
| pKaede-MC1 plasmid | CoralHue | AM-V0012 | |
| Phosphate buffered saline (PBS), pH 7.4 | Thermo Scientific | 10010023 | |
| DMEM, high glucose, pyruvate | Gibco | 12800-017 | Cell培養液 |
| リーボビッツ L-15 培地 | 生物産業 | 01-115-1A | 細胞培養液 |
| ウシ胎児血清 | 生物産業 | 04-001-1A | |
| パラホルムアルデヒド | アクロス | 416785000 | |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | 核染色色素 |
| Alexa 594-ファロイジン | Invitrogen | A12381 | F-アクチン染色色素 |
| 5(6)-カルボキシテトラメチルローダミン | Novabiochem | 8.51030.9999 | |
| Pierce Coomassie (Bradford) Protein Assay Kit | Thermo Scientific | 23200 | |
| CelluSep T4 チューブ/公称フィルター定格 MWCO 12,000 - 14,000 Da | Membrane Filtration Products, Inc. | 1430-33 | 透析膜 |
| Millex-HVシリンジフィルターユニット、0.45 & マイクロ;m, PVDF, 13 mm, γ 滅菌 | EMD Milipore | SLHVX13NL | |
| Equipment | |||
| Dynamic Light Scattering/Zetapotential Zetasizer nano-ZS | Malvern | M104 | |
| 透過型電子顕微鏡 | JEOL | JEM-1400 | |
| 蛍光分光光度計 | Agilent Technologies | 10075200 | ケーリー・エクリプス |
| 紫外可視分光光度計 | Agilent Technologies | 10068900 | Cary 50 |
| 蛍光顕微鏡 | オリンパス | IX-71 | |
| 950 nm ロングパスフィルター | Thorlabs | FEL0950 | |
| 850 nm ダイクロイック ミラー ショートパス | クロマ | NC265609 | |
| RT3 カラー CCD システム | SPOT | RT2520 | |
| 蛍光照明 | PRIOR | ルーメン 200 | |
| 980 nm 赤外線ダイオード レーザー | CNI | MDL-N-980-8W | |
| UV LED スポット光源 | UVATA | UVATA-UPS412 | UPH-056-365 nm LED付き 200 mW/cm2 |
| サーマルパイルセンサー | OPHIR | 12A-V1-ROHS | |
| ピコスプリッツァーIII | パーカー ハネフィン | 052-0500-900 | 細胞内マイクロインジェクション ディスペンス |
| システム PC-10 ニードルプーラー | 成重 | PC-10 | |
| MANOMETER デジタル圧力計 | Lutron | PM-9100 | |
| 一軸油圧マイクロマニピュレーター | 成重 | MMO-220A | |
| ヘレウスフレスコ 17 遠心分離機、冷蔵 | Thermo Scientific | 75002421 |
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