表面付着キネシン モーター蛋白質が色素標識微小管を推進分子シャトルを構築するためのプロトコルを提案します。表面とキネシンの弱い相互作用は、それへのリバーシブルの愛着をできます。これは、動的アセンブリとそのコンポーネントの機能を維持しながら分解を表わすナノスケール システムを作成します。
方法論記事
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表面付着キネシン モーター蛋白質が色素標識微小管を推進分子シャトルを構築するためのプロトコルを提案します。表面とキネシンの弱い相互作用は、それへのリバーシブルの愛着をできます。これは、動的アセンブリとそのコンポーネントの機能を維持しながら分解を表わすナノスケール システムを作成します。
このプロトコルでは、弱いと可逆、キネシンの表面に接続とキネシン分子シャトルを作成する方法について説明します。このシステムで、以前のプロトコルとは異なり微小管はキネシン モーター蛋白質溶液からを募集し、表面の上に置きます。キネシンが、ターンでは、こうして再び募集に利用される一括ソリューションに放出する前に表面に沿って微小管の滑走を促進します。この継続的なアセンブリおよび分解は、一時キネシンによる微小管の滑走コースの形成など、システムの動的挙動を印象的につながります。
この実験を通して説明するいくつかの実験手法: 紫外可視吸光光度法、試薬の溶液の濃度を決定するため、coverslips にオゾンと紫外線 (UV) 治療およびシラン処理される最初フロー セル、および全内部反射蛍光にマウントする前に (TIRF) 顕微鏡はキネシン ・微小管のフィラメントを同時にイメージに使用されます。
アクティブなナノシステムの行動を支配する相互作用は、寿命の長い、ほぼ不可逆的な債券1,2,3,4,5,6 に特徴づけられている常に ,7,8。このよく研究例はキネシン-微小管システム不可逆的表面結合キネシン モーター1,2,3,4によって推進しているグライダー微小管 5。システム コンポーネントが互いに可逆的に接続しているされている9,10を理論的に調べたとナノ11,12、達成しますが、ダウンしてこれらのシステムをスケーリング、ナノスケールは挑戦されています。これのための主要な理由の 1 つは、破壊と環境に大きな変化を必要とする多くのコンポーネント間の結合を改革します。にもかかわらず、このような変更は、過去の13,14,15で実装されている、その環境に適応するのではなく、システム自体を変更することに頼る。動的挙動の広い範囲の探査への扉を開きます、コンポーネントは継続的に組み立てるし、実験が場所を取る全体的な環境を乱すことがなく構造に再編成の分子システムの設計16,17。
ここで、説明し、動的にアセンブルを作成し、ナノスケール機能システムの分解の詳細なプロトコルを示します。システムとその全般的な動作は導入以前18をされている: 微小管のフィラメントは可逆的表面結合キネシン 1 モータのトラックによって推進されます。これらのキネシン モーター蛋白質は、その後間もなく再び放出する前に、微小管を推進するためにソリューションから募集しています。一度ソリューションに戻る彼らは新しい微小管を推進する再度募集することができます。過去の13,14,15、速報および社債の改革必要な環境の変更;対照的に、表面とキネシン モーターの対話我々 のフロー ・ セルの環境は変わりません。
このプロトコルは、(1) プロトコルのすべてのステップを可視化して、(2) このタイプの試金のトラブルシューティングを支援する研究に役立ちます。それはハワードら 1993年19に記載されている手順から派生しています。
1. ソリューションの準備
注意: このプロトコル (トルエン、dimethyldichlorosilane、およびジチオトレイトール) に用いられる試薬の 3、猛毒です。使用前に製品安全データシート (MSDS) を参照してください。さらに、このプロトコルの部分は示されているように、保護メガネ ・保護手袋の 2 つのセットを着て保護の高いレベルで実行する必要があります。そうでなければお勧めしない限り、実験はすべて、適切な個人用保護具 (保護メガネ、手袋、白衣、フルの長さのズボン、閉じてつま先の靴) を使用している間実験室ベンチに実行できます。
注: ATP、キネシン、このプロトコルで使用されている微小管の濃度は、各実験の必要性を与えられて変更できます。ただし、変更した場合を確認してください指定されたと同じである他の試薬の最終濃度以下。すべての実験は、部屋の温度、(〜 25 ° C) で行われました。
2. フロー セルの組み立てください。
3. フローセルにソリューションの流れ
4. 流れ細胞のイメージング
これらの実験で使用して、1,000 倍の希釈セクション 1.3.2 で作製した微小管の。キネシン濃度は 20 nM、および ATP 濃度 1 mM であった。全反射蛍光顕微鏡を用いたイメージングを行った。キネシン モーター グライダー微小管をイメージしました別途: 微小管が 647 nm レーザー (図 1赤)、励起による表示され GFP キネシンは 488 nm レーザー (図 1緑) 興奮すると表示されていた。赤と緑の光で励起間の時間はより小さい 1 s。フレームの間の時間は、10 s. 微小管表示安定したグライダーでした。平均微小管の滑走速度 approximatively 800 nm/s であった。微小管の表面密度 400 mm-2であった。数 μ m の微小管 (赤) の末尾を超えて拡張するキネシン (緑) のトラックが登場しました。

図 1: 弱表面結合キネシン モーターによって推進される微小管を滑空します。微小管が前方に移動と彼らはキネシン モーター ソリューションから蓄積されます。これらのモーターを交互に 2 つの状態: 微小管に単一バインドとダブル バインド、微小管と表面の両方に。ダブル バインドされたモーター、微小管の終わりに達すると、モーターは後ろに残っているし、オフ率が約 0.1 s-1の表面からゆっくりとムレない。その結果、キネシン モーターのトレイルは微小管の後ろに残る。一番上の行: 赤 (微小管) チャネル。中段: グリーン (キネシン) チャンネル。最下行: 赤 (微小管) と緑 (GFP キネシン) チャネルを結合します。スケール バー: 20 μ m.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
この作品は、自己組み立てる弱くバインディング ビルディング ブロック、独自のトラックを作成するアクティブなナノスケール システムを提案する.図 1に示すように、ソリューションからキネシン モーターを蓄積、表面に微小管の滑走します。キネシン モーターは、ソリューションに戻る前に時間の短い期間に、微小管の通夜に残ります。したがって、この実験では、キネシン モーター別 3 つの状態の間。
(1) 微小管シングル バインド状態: これは、キネシンが微小管に結合最初。それは平衡状態 (2) に存在します。
(2) ダブル バインド状態: この場合、微小管シングル バインド キネシンもバインド、表面を介して彼のタグ。このダブル バインド状態は微小管推進のためことができます。
(3) の単一の表面束縛状態: 微小管の端に歩いていると、まだ表面から脱着しないダブル バインド キネシンがこの状態に。これらのモーターは図 1 (結合とグリーン チャンネル) で観察できる: 彼らは数 μ m の微小管の尾部の後ろに拡張し、その減少の道を形成します。
このプロトコルの最も重要なステップ スライドの疎水性表面の形成であります。それが危険な化学物質を使用してだけ、ペグ-PPG-ペグ キネシン表面に可逆的に結合することができます表面をコートする国税庁グループの機能を実行できます。もう一つの重要なステップは、グリース フロー ・ セルをシールです。フロー セル蒸発液体なし長時間イメージングが可能になります。
この手法の主な変更濃度微小管、キネシン濃度と ATP 濃度を変更することで構成されます。微小管の濃度を変更すると、微小管の表面にグライダーの数が変更されます。キネシンの濃度を変更すると、微小にバインドできますキネシン分子の数が変更されます。ただし、この実験で既に定義されている金額以上キネシンの濃度を増加させると、微小管の滑走が残したキネシンの軌跡を確認することが難しく、バック グラウンド蛍光を増加できます。一方、10 μ M 以下の ATP 濃度を下げるが、微小管の滑走速度を大幅減少します。この効果を希望する場合、クレアチン ホスファターゼおよびクレアチンホスホキナーゼから成るシステムを再生成する分子の ATP を利用する必要は。
この技法の可能な制限は、システムの大規模なアクティブ キネシン コンテンツにより ATP が急速に消費されることができます、実験は一定の条件で 1 時間未満を最後可能性があります。これたとえば場合になる 1 つは二重高いキネシン濃度とこのプロトコルに表示される内容よりも 5 倍の高い微小濃度を使用する場合。
以前作品18で調べたに沿って微小管、キネシン モーターの空間分布証明ソリューションからキネシン モーターを滑空微小管に蓄積の長さに沿ってモーターの密度の増加の結果、微小管。微小管の滑走安定性がソリューション キネシンの微小管と濃度速度の非線形依存性を示したことが分かった。
提案するプロトコルは、ナノスケールの設計システム、動的平衡は、アクティブなナノシステムのデザインのさらなる調査にタンパク質モータのより効率的な使用のための道を開きます。さらに、このシステムの動的な性質は自己治癒と動的交換分子コンポーネント、設計され、自然の構造の間のギャップの部分を閉じるを勉強するためのモデル システムとして使用することができます。
著者が明らかに何もありません。
作者は感謝して NSF grant NSF DMR 1807514 の財政支援を認めます。著者は、GFP キネシン蛋白質を提供するため g. と V. Vandelinder をありがとうございます。実行されたこの作品を統合されたナノテクノロジー センターの一部、科学ユーザー施設の事務所はロスアラモス国立研究所で科学の米国エネルギー省 (DOE) オフィスの運営 (契約なし。DE-AC52 06NA25396) とサンディア国立研究所 (コン道 97 号デ AC04 94AL85000)。著者は、博士ジェニファー ネフと AllVivo 維管束をペグ-PPG-PEG 修飾と国税庁の贈り物ありがちましょう。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 488 nmレーザー | オミクロン Laserage | LuxX 488-150 | |
| 642 nm レーザー | オミクロン Laserage | LuxX 642 | |
| ゼイン | シグマ | C7078-500G | |
| カタラーゼウシ | C40-500MG | ||
| クレアチンリン酸 | シグマ | P-7936 | |
| クレアチンホスホキナーゼ | シグマ | C3755-500UN | |
| D-グルコース | シグマ | G2133-50KU | |
| ジクロロジメチルシラン溶液 | シグマ | 40140-25ML | 有毒 |
| なジメチルスルホキシ | シグマ | 34869-100ML | |
| ジチオスレイトール | シグマ | D0632-5G | 有毒 |
| な食TI | ニコンインスツルメンツ | ||
| eGFP rkin430 | ジョージバッチャンド | ||
| EGTA | シグマ | E4378-25G | |
| ファルコン50mL円錐形遠心分離管によって提供 | フィッシャーサイエンティフィック | 14-959-49A | |
| グルコースオキシダーゼ | シグマ | G0543-10KU | |
| グアノシン三リン酸 | シグマ | G8877-10MG | |
| キムワイプデリケートタスクワイパーシ | マシューティカル | 8089 | |
| マグネシウム | シグマ | M1028-100ML | |
| メタ | ノールフィッシャーケミカル | A412 | 毒性 |
| Milli-Q Water Purification System | Millipore Corporation | ||
| Nickel Sulfate | Sigma | 656895-50G | |
| Paclitaxel | Sigma | T1912-5MG | |
| PIPES | Sigma | P-6757 | |
| Pluronic F108-NTA | Provided by Jennifer Neff and AllVivo Vascular | PEG-PPG-PEG-NTA | |
| Pluronic F-108 | Σ | 542342-250G | PEG-PPG-PEG |
| Thermo Scientific スナップキャップ ローリテンションマイクロ遠心チューブ | Fisher Scientific | 21-403-190 | |
| トルエン | フィッシャーケミカル | T324 | 有毒 |
| チューブ、HiLyte647 標識 | Cytoskeleton, Inc. | TL670M | |
| UV オゾンプロクリーナー | BioForce Nanosciences | PC440 | |
| Whatman Puradiscシリンジフィルター | Sigma | WHA67840402 | |
| Zyla 4.2 sCMOSカメラ | Andor Technology | sCMOS 4.2 |
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