このプロトコルは、巨大な単層脂質小胞と組み合わせて滑空キネシン運動性を使用して脂質ナノチューブネットワークを作製するためのプロセスを記載している。
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このプロトコルは、巨大な単層脂質小胞と組み合わせて滑空キネシン運動性を使用して脂質ナノチューブネットワークを作製するためのプロセスを記載している。
脂質ナノチューブ(LNT)ネットワークは、真核細胞に見られるユビキタス脂質細管に関連する分子輸送および脂質生物物理学を研究するためのin vitroモデルシステムを表す。しかし、in vivo LNTは高度に非平衡な構造であり、化学エネルギーと分子モーターを組み立て、維持、再編成する必要があります。さらに、インビボLNTsの組成物は、複合体であり、複数の異なる脂質種からなる。LNTを押し出す典型的な方法は、時間と労力の両方を要し、巨大な脂質小胞からナノチューブを強制的に引き抜くために光学ピンセット、マイクロビーズ、およびマイクロピペットを必要とする。ここに提示されるのは、キネシン駆動微小管運動性を使用して巨大な単層小胞(GUV)から大規模なLNTネットワークが迅速に生成される滑空運動性アッセイ(GMA)のプロトコルです。この方法を使用して、LNTネットワークは、生物学的LNTの複雑さを模倣する幅広い脂質製剤から形成され、脂質生物物理学および膜関連輸送のin vitro研究にますます有用になる。さらに、この方法は、一般的に使用される実験装置を使用して、短時間(<30分)でLNTネットワークを確実に製造することができる。長さ、幅、脂質分配などのLNTネットワーク特性も、ネットワークの構築に使用されるGUVの脂質組成を変更することによって調整可能です。
脂質ナノチューブ(LNT)ネットワークの作製は、非平衡脂質構造のインビトロ検査のための関心が高まっている1、2、3。細胞は、タンパク質4および核酸5の拡散輸送ならびに細胞間通信6,7のために脂質細管を使用する。小胞体およびゴルジ体装置は、これらの膜結合小器官が脂質およびタンパク質合成ならびに細胞の細胞質内のこれらの不可欠な生体分子の輸送のための主要な場所であるため、特に興味深い8,9。これらの細胞小器官の膜は、スフィンゴ脂質、コレステロール、およびリン脂質10を含む複数の脂質種で構成されており、最終的にそれらの機能を定義するのに役立つ。したがって、これらの細胞小器官をより密接に複製および研究するためには、インビトロLNTは、ますます複雑な脂質製剤11を有する小胞から作製されなければならない。
巨大な単層小胞(GUV)は、コレステロール、ホスファチジルコリン(PC)、ホスファチジルエタノールアミン(PE)、ホスファチジルセリン(PS)、およびホスファチジルイノシトール(PI)12,13を含む複雑な製剤で確実に合成できるため、脂質膜挙動を研究するために広く使用されている。ここで説明するのは、グライダー運動性アッセイ(GMA)を使用して、GUVから様々な脂質製剤を有するGUVからLNTを製造する方法であり、LNTは、キネシンモーターおよびGUVに作用する微小管フィラメントによって行われる作業に基づいて押し出される。このシステムでは、表面に吸着したキネシンモータータンパク質がビオチン化微小管を推進し、ATPの加水分解からの化学エネルギーを有用な仕事(具体的には、ビオチン化小胞からのLNTの押し出し)に変換します11。得られたLNTネットワークは、LNT形態の変化に対する脂質相の違いの影響を研究するためのモデルプラットフォームを提供する。
簡単に言えば、キネシンモータータンパク質は、カゼインを含む溶液中のフローチャンバに導入され、チャンバのガラス表面へのモータの吸着を可能にする。次に、ATPを含む溶液中のビオチン化微小管がチャンバ内を流れ、キネシンモーターに結合し、運動性を開始する。次いで、ストレプトアビジン溶液をチャンバーに導入し、微小管に非共有結合で結合させる。最後に、ビオチン化脂質を含むGUVをチャンバーに導入し、ストレプトアビジン被覆微小管に結合し、LNTを押し出して15〜30分間にわたって大規模なネットワークを形成する。この方法は、標準的な実験装置と試薬を使用して大規模で分岐したLNTネットワークを低コストで生成します11。
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1. ストック微小管溶液の調製
警告: 安全ゴーグル、手袋、および白衣は、プロトコル全体を通して常に着用する必要があります。
2. 巨大単層小胞(GUV)の作製

3. 運動性アッセイストックおよび試薬の調製
滑空運動性アッセイ(GMA)
5. LNTネットワークの特性評価
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LNTネットワーク(図4)は、微小管のキネシン輸送によって実行される作業を使用して、GUVからLNTを押し出すために記載されたプロトコルを使用して製造されました。簡単に説明すると、GUVsは、スクロース溶液を用いたアガロースゲル再水和を用いて調製され、微小管は、GPEM溶液中で重合され、BRB80T中で安定化された。次に、キネシンモータをフローセルに導入し、カバースリップの表面にモータの活性層を形成した。次いで、微小管を導入し、ストレプトアビジン溶液を添加し、ビオチン化脂質とGUVとの間の結合を促進した(その後導入された)。
フローセルにすべての成分が存在する状態で、LNTを30分間形成させ、その時点でAMP-PNPを導入して運動性を停止した。次に、LNTsを、100倍のオイル対物レンズを用いて落射蛍光顕微鏡下で画像化した。LNT は非常に大きくなる可能性があります。したがって、より低い出力の目標を使用して、より大きなLNTを捕獲することもできます。LNTネットワークは、GUVから伸びて接続する薄いウェブ状の突起によって特...
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LNTネットワークは、膜特性および膜貫通タンパク質などの生体分子の輸送に対するin vitro研究のための有用なツールである。さらに、複合脂質製剤を使用してLNTネットワークを製造することで、より生物学的に関連する研究が可能になります。他の作製研究は、1)単純な脂質製剤および多層状小胞、または2)複雑な脂質製剤からなるGUVからネットワークを作製するために、より厄介な運動性技術のいずれかを使用している。ここで説明する方法は、安価な試薬および装置を使用して、複雑な脂質製剤およびGUVからの大規模なLNTネットワークの効率的な製造を可能にする。このように、この方法論は、相分離および膜タンパク質輸送を含むさまざまな生物学的プロセスを研究する能力を提供する。このプロトコルは、LNTの組成がそれらの生物学的類似体(例えば、ゴルジ体)に近似するように最適に調整され得るインビトロモデルを使用する。
ここで説明する方法におけるLNTネットワークの形成には多くの利点があります。例えば、微小管は凍結乾燥チューブリンを用いて容易かつ迅速に重合され、パクリタキセル16<...
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サンディア国立研究所は、米国DOEの国家核セキュリティ局(DE-NA-0003525)の契約に基づき、ハネウェル・インターナショナルの完全子会社であるサンディアLLCのナショナル・テクノロジー&エンジニアリング・ソリューションズが管理・運営するマルチミッション研究所です。このホワイトペーパーでは、客観的な技術的結果と分析について説明します。この論文で表明される可能性のある主観的な見解や意見は、必ずしも米国エネルギー省または米国政府の見解を表すものではありません。
この研究は、米国エネルギー省基礎エネルギー科学局、材料科学工学部(BES-MSE)の支援を受けた。キネシン合成と蛍光顕微鏡は、米国エネルギー省(DOE)科学局のために運営されている科学局のユーザー施設である統合ナノテクノロジーセンターのユーザープロジェクト(ZIM)を通じて実施されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 100x/1.4 開口数 油浸対物レンズ | オリンパス | 1-U2B836 | オリンパス UPlanSApo 100x/1.40 オイル対物レンズ 無限遠補正、RMS スレッド 作動距離 0.12mm |
| 3.0 ND フィルター | オリンパス | 減光フィルター | |
| AMP-PNP | シグマ-アルドリッチ | A2647 | (β,γ;-イミドアデノシン 5&プライム;-三リン酸) |
| ATP | Sigma-Aldrich | A7699 | アデノシン 5'-三リン酸二ナトリウム塩水和物 BioXtra |
| Brightline ピンケル DA/FI/TR/Cy5/Cy7-5X-A000 フィルターセット | Semrock | LED-DA/FI/TR/Cy5/Cy7-5X-A-000< | br/> BrightLine ピンケル フィルター セット、DAPI、FITC、TRITC、Cy5 &Cy7および他のLEDベースの光源で照らされる蛍光色素 |
| カゼイン | Sigma-Aldrich | 22090 | 微生物学のためのカゼイン加水分解物 |
| カタラーゼ | Sigma-Aldrich | C9322 | ウシ肝臓からのカタラーゼ |
| クロロホルム | Sigma-Aldrich | 288306 | 無水クロロホルムは、安定剤として0.5-1.0%のエタノールを含んでいます |
| コレステロール | Avanti | 700000P | コレステロール(ヒツジウール、>98%) (粉末) |
| D-グルコース | Sigma-Aldrich | G7021 | D-(+)-グルコース粉末、BioReagent、細胞培養に適した、昆虫細胞培養に適した、植物細胞培養に適した、≥99.5% |
| DOPC | Avanti | 850375C | 1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(クロロホルム中) |
| DOPE-ビオチン | Avanti | 870282C | 1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N-(ビオチニル)(ナトリウム塩) |
| DPPC | Avanti | 850355P | 1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(粉末) |
| DPPE-ビオチン | アバンティ | 870285P | 1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N-(ビオチニル)(ナトリウム塩) |
| DTT | Sigma-Aldrich | 43816 | DL-Dithiothreitol solution 1 M |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | EGTA、エグタジン酸、エチレンビス(オキシエチレンニトリロ)四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸 |
| コースオキシダーゼ | Sigma-Aldrich | G6125 | アスペルギルス・ニジェール由来のグルコースオキシダーゼ II型、≥10,000単位/g固体(無酸素) |
| グリセロール | フィ | ッシャーG33 | グリセロール(ACS認証)、フィッシャーケミカル |
| GTP | Sigma-Aldrich | G8877 | グアノシン 5&プライム;-三リン酸ナトリウム塩水和物 |
| IX-81 オリンパス顕微鏡 | オリン | N/A | IX81 倒立顕微鏡 オリンパス |
| KOH | Sigma-Aldrich | 1050121000 | カリウム水酸化 |
| マグネシウム塩化物 | Sigma-Aldrich | M1028 | 1.00 M 塩化マグネシウム溶液 |
| オルカフラッシュ 4.0 デジタルカメラ | 浜松 | C13440-20CU | オルカフラッシュ 4.0 V3 デジタル CMOS カメラ |
| オレゴングリーン-DHPE | Invitrogen | O12650 | オレゴングリーン 488 1,2-ジヘキサデカノイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン |
| パクリタキセル | サーモフィッシャー | P3456 | パクリタキセル(タキソール当量) - 研究のみに使用 |
| PIPES | Sigma-Aldrich | P6757 | 1,4-ピペラジンジエタネスルホン酸、ピペラジン-1,4-ビス(2-エタンスルホン酸)、ピペラジン-N,N′-ビス(2-エタンスルホン酸) |
| テキサスレッド-DHPE | Invitrogen | T1395MP | テキサスレッド 1,2-ジヘキサデカノイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン、 トリエチルアンモニウム塩 |
| トロロックス | シグマ・アルドリッチ | 238813 | (±)-6-ヒドロキシ-2,5,7,8-テトラメチルクロマン-2-カルボン酸 |
| チューブリン、ビオチン | 細胞骨格 | T333P | チューブリンタンパク質(ビオチン)、ブタ脳 |
| チューブリン、Hy-Lite 488 | 骨格 | TL488M | チューブリンタンパク質(蛍光HiLyte 488)、ブタ脳 |
| チューブリン、非標識 | 細胞骨格 | T240 | リンタンパク質ブタ脳 |
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