이 프로토콜은 전반사 형광 현미경을 사용하여 살아있는 세포 표면의 단일 수용체를 시각화 및 추적하여 수용체 측면 이동성, 수용체 복합체의 크기를 분석하고 일시적인 수용체-수용체 상호 작용을 시각화하는 방법을 설명합니다. 이 프로토콜은 다른 막 단백질로 확장될 수 있습니다.
방법 논문
이 프로토콜은 전반사 형광 현미경을 사용하여 살아있는 세포 표면의 단일 수용체를 시각화 및 추적하여 수용체 측면 이동성, 수용체 복합체의 크기를 분석하고 일시적인 수용체-수용체 상호 작용을 시각화하는 방법을 설명합니다. 이 프로토콜은 다른 막 단백질로 확장될 수 있습니다.
단일 분자 현미경은 그 부분 (예를 들면., 역학, 다른 주와 인구, 과도 상호 작용의 공존) 일반적으로 앙상블 측정에 숨겨진,, 등에 관한 특히, 신호 분자의 행동을 분석 할 수있는 강력한 방법으로 대두되고 표준 생화학 적 또는 현미경 방법으로 얻은. 따라서, 이러한 수용체 - 수용체 상호 작용과 같은 동적 이벤트는, 높은 시공간 해상도를 가진 살아있는 세포에서 실시간으로 따라야 할 수있다. 이 프로토콜은 작고 밝은 유기 형광체와 직접 살아있는 세포의 표면에 단일 수용체를 시각화하는 전반사 형광 (TIRF) 현미경으로 라벨에 기반 방법을 설명한다. 이러한 접근 방식은 하나가 정확하게 수용체를 지역화 수용체 복합체의 크기를 측정하고, 이러한 과도 수용체 - 수용체 상호 작용과 같은 동적 이벤트를 캡처 할 수있다. 이 프로토콜은 퍼가기하는 방법에 대한 자세한 설명을 제공샘플 준비, 이미지 수집 및 이미지 분석을 포함하는 단일 분자 실험을 rform. 예로서, 본 방법의 애플리케이션이 G-단백질 결합 수용체를 분석하기 위해, 즉., 2 - 아드레날린 및 γ-아미노 낙산 타입 B (GABA의 B) 수용체 β,보고된다. 프로토콜은 다른 막 단백질 및 다양한 셀 모델, 형질 감염 방법 및 표지 전략을 적용 할 수있다.
세포 표면에있는 수용체는 세포 외 환경을 감지하고 취기 제, 이온, 작은 신경 전달 물질 및 대형 단백질 호르몬 자극 등 다양한 반응한다. 세포막의 유체 특성은 수용체와 다른 막 단백질의 운동을 할 수 있습니다. 이것은 단백질 복합체와 같은 기능 유닛으로 조립하고 세포 내부에 신호를 형질 도입하는 수용체에 의해 사용되는 것과 같은 과도 단백질 - 단백질 상호 작용의 발생의 형성에 필수적이다. 예를 들어, 세포 표면 수용체 1의 가장 큰 가족을 구성하는 G-단백질 결합 수용체 (GPCR에)는, 신호 전달의 미세 조정 조절에 관여하는 것으로 나타나고 di-/oligomers를 형성하기 위해 제안되었다 중요한 생리 및 약리학 적 결과 2-5가있을 수 있습니다.
단일 분자 현미경 직접 높은 spatiotemp과 시각화의 큰 잠재력을 가지고경구 해상도 그들의 조합을 포함하여 살아있는 세포의 표면에 위치한 각각의 수용체의 동적 거동은 다이머 및 고차 분자 복합체 6-10을 형성한다. 이것은 일반적으로 분자의 수천 또는 수백만의 평균 행동을보고 표준 생화학 적 및 현미경 방법에 비해 여러 가지 장점을 제공합니다.
충분히 밝고 광 안정성과 형광 단백질 라벨은 단일 분자 현미경을 위해 필수적이다. 이 프로토콜은 공유 세포 표면의 수용체에 작고 밝은 유기 형광 물질을 부착 최근에 도입 된 SNAP 태그 (11)을 이용합니다. SNAP는 돌이킬 형광 - 복합 benzylguanine (형광-BG) 파생 상품으로 표시 할 수있는 인간의 DNA 수리 효소 O 6 alkylguanine-DNA의 alkyltransferase에서 파생 된 20 kD의 단백질 태그입니다. CLIP, SNAP에서 파생 된 추가 설계 태그 대신 형광-C로 표시 할 수 있습니다onjugated benzylcytosine 유도체 12.
이 논문에보고 된 프로토콜은 형질 및 레이블 작은 유기 형광 11 수용체를 SNAP-태그와 살아있는 세포 (10)의 표면에 하나의 수용체 나 수용체 복합체를 시각화하기 위해 총 내부 반사 형광 (TIRF) 현미경을 사용하는 방법에 대해 설명합니다. 세포 외 SNAP-태그 세포 표면 단백질 10> 90 %의 표지 효율이보고 된 프로토콜 결과. 수용체 복합체의 크기와 이동성을 분석 할뿐만 아니라 과도 수용체 - 수용체 상호 작용을 캡쳐하는 단일 분자 데이터를 사용하는 방법에 대한 추가 정보가 제공된다. 전체 프로토콜의 개략적 인 흐름은도 1에 제시되어있다. 예로 중국 햄스터 난소 SNAP-태그 된 G-단백질 결합 수용체 (GPCR에)와 (CHO) 세포의 형질 감염이 같은 형광 물질 BG 유도체로 라벨링 하였다 잘 자사의 응용 프로그램이 quantif하기Y와 모니터 수용체 di-/oligomerization가 설명되어 있습니다. 이 프로토콜은 다른 세포 표면 단백질 및 형광 태그 (예., CLIP), 등 형질 및 표지 방법으로 확장 될 수있다.
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1. 샘플 준비
2. 이미지 획득
NOTE : 전반사 형광 오일 침지 높은 개구 수 대물 (. 예 100X magnification/1.46 개구), 최적의 레이저 (예를 들어, 405 나노 미터, 488 나노 미터, 561 ㎚, 645 탑재 (TIRF) 현미경을 사용 nm의 다이오드 레이저), 전자 곱한 전하 결합 소자 (EMCCD) 카메라, 인큐베이터 및 단일 형광 분자를 시각화하는 온도 제어.
3. 교정 (유리 및 단량체 / 이량 체 수용체 컨트롤에 단일 형광)
4. 이미지 분석



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기술 된 프로토콜은 서로 다른 막 단백질의 다양한 적용 할 수있다. 예로서, β-2 아드레날린 성 및 GABA B 수용체로 얻어진 대표적인 결과 (10)를보고한다. 하나의 분자에서 형광 신호가 미약하기 때문에, 배경 형광의 최소화는 성공적인 결과에 대한 첫 번째 중요한 단계입니다. 따라서, 광범위하게 세정 커버 슬립 (도 2A)를 사용하는 것뿐만 아니라, 시료의 autofluorescence (예., 페놀 레드없는 배지를 사용하여)을 최소화하는 것이 중요하다. 다음 단계는 단일 형광 분자의 형광 강도를 결정하는 것이다. 이것은 깨끗한 커버 슬립 (그림 2B)에서 발견 한 형광 이미징하여 수행 할 수 있습니다. 일반적으로 형광의 직렬 희석, 분석을위한 최적의 조건을 선택하는 데 사용됩니다 즉., 잘 분리하고 균일하게 분포 하나의 형광 물질을 생산 농도. 추가 (계속)rols 모노...
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설명 프로토콜은 단일 분자 수준에서 공간 배열, 이동성과 세포 표면 수용체 복합체의 크기를 분석 할 수 있습니다. 형광 단백질의 사용에 비해 더 밝고 광 안정성이다 작은 유기 형광체와 라벨은 단일 수용체 입자의 확장 된 시각화를 허용하는 장점을 갖는다. 매우 낮은 발현 수준이 달성되기 때문에 (<0.45 수용체 입자 / 2 ㎛)을, 수용체 및 기타 막 단백질의 생리 학적 특성은 사람을 초과하지 않는 밀도에서 분석 될 수있다. 또한, 효능 제 (10) 또는 다른 조작과 수용체 자극의 효과는, 예를 들어 병리학 적 상황을 재현을 목표로 분석 할 수있다. 또한, 때문에 SNAP / CLIP 태그 (11, 12)와 라벨 전략의 유연성, 다른 형광체는 하나의 특정 요구에 따라 사용할 수 있습니다 - 눈에 띄게, SNAP의 조합및 CLIP 태그는 두 색 실험 예를 수행하는데 사용될 수있다.,이 상호 작용하는 단백질 사이 colocalization을 관찰하기....
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저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.
이 프로토콜의 개발은 유럽 연구 위원회(Advanced Grant TOPAS to M.J.L.)와 Deutsche Forschungsgemeinschaft(D.C.에 CA 1014/1-1 보조금, M.J.L.에 SFB487 보조금)의 보조금으로 지원되었습니다. T.S.는 Alexander von Humboldt Foundation의 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 클로로폼 | AppliChem GmbH | A1585 | 주의: 독성 및 자극성 물질 및 가능한 발암 물질 |
| NaOH | Sigma-Aldrich | S8045 | 주의: 강한 염기와 고부식성 시약 |
| 절대 에탄올 | Sigma-Aldrich | 32205 | |
| 유리 커버슬립 | Marienfeld-Superior | 111640 | 24 mm 직경, 0.13-0.16 mm 두께 |
| 0.2 mm 멸균 필터 | Sarstedt | 83.1826.001 | |
| CHO 세포 | ATCC, USA | ATCC CCL-61 | 중국 햄스터 난소 세포주 |
| 6-웰 세포 배양 플레이트 | Nunc | 140675 | |
| DMEM/F-12 배지 | GIBCO, Life Technologies | 11039-021 | 페놀-레드 유리 배지 |
| 태아 소 혈청 | Biochrom | S 0115 | |
| 페니실린 - 스트렙토마이신 | Pan Biotech GmbH | P06-07 100 | |
| Trypsin-EDTA | Pan Biotech GmbH | P10-23100 | |
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen, Life Technologies | 11668-019 | |
| Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Invitrogen, Life Technologies | 31985-047 | |
| Fluorophore-conjugated benzylguanine | 뉴잉글랜드 BioLabs | S9136S | SNAP-Surface Alexa Fluor 647. DMSO에서 1mM 스톡 용액을 만듭니다. -20°C에서 보관하십시오. |
| DMSO | AppliChem GmbH | A1584 | |
| 이미징 버퍼: | 137 mM NaCl, 5.4 mM KCl, 2 mM CaCl2, 1 mM MgCl2, 10 mM HEPES, pH 7.3, 멸균 필터링 | ||
| NaCl | AppliChem GmbH | A1371 | |
| KCl | AppliChem GmbH | A3582 | |
| CaCl2 | AppliChem GmbH | A2303 | |
| MgCl2 | AppliChem GmbH | A3618 | |
| HEPES | AppliChem GmbH | A3724 | |
| 이미징 챔버 | 분자 프로브, Life Technologies | A-7816 | Attofluor 세포 챔버, 현미경 검사용 |
| TIRF-M | Leica | 모델: DMI6000B | |
| TIRF 대물렌즈 | Leica | 11 506 249 | HCX PL Apo 100x/1.46 오일 코어 |
| EM-CCD 카메라 | Roper Scientific | Photometrics Cascade 512B | |
| 온도 컨트롤러 | Pecon | Tempcontrol 37-2 디지털 | |
| ImageJ 소프트웨어 | NIH, 미국 | http://rsbweb.nih.gov/ij | |
| u-track 소프트웨어 | 컴퓨터 세포 생물학 연구소, 세포 생물학과, 하버드 의과 대학, 미국 | http://lccb.hms.harvard.edu/software.html | |
| Matlab 소프트웨어 | : The MathWorks, 미국 |
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