이 프로토콜에 갇힌된 단백질 키 니 아 제 A (PKA), 셀룰러 신호 변환 bioeffector 나노 입자 표면에 움직일, cytosol에 microinjected 이었고 upconverted 근처-적외선 (NIR) 방사선에서 자외선에 의해 활성화 유도 다운스트림 스트레스는 cytosol에서 섬유 분해.
방법 논문
이 프로토콜에 갇힌된 단백질 키 니 아 제 A (PKA), 셀룰러 신호 변환 bioeffector 나노 입자 표면에 움직일, cytosol에 microinjected 이었고 upconverted 근처-적외선 (NIR) 방사선에서 자외선에 의해 활성화 유도 다운스트림 스트레스는 cytosol에서 섬유 분해.
업 나노 (UCNP)-중재 photoactivation 원격 제어 bioeffectors 훨씬 적은 phototoxicity와 깊은 조직 침투 하는 새로운 접근입니다. 그러나, 시장에 기존 계측 쉽게 업 응용 프로그램과 호환 되지 않습니다. 따라서, 상업적으로 이용 가능한 악기 수정이 연구에 대 한 필수적입니다. 이 논문에서는, 우리가 먼저 기존의 fluorimeter와 광자 업 실험에 대 한 호환 수 있도록 형광 현미경의 수정을 보여 줍니다. 다음 우리는 근처-적외선 (NIR)의 합성을 설명-갇힌된 단백질 키 니 아 제 A 촉매 소 단위 (PKA) UCNP 복합물에 움직일 트리거. Microinjection 및 NIR photoactivation 절차에 대 한 매개 변수는 또한 보고 했다. 갇힌된 PKA UCNP REF52 fibroblast 세포에 microinjected는, 후는 기존의 UV 방사선에 상당히 우수한, NIR 방사선 살아있는 세포에서 PKA 신호 변환 통로를 효율적으로 트리거합니다. 또한, 긍정적이 고 부정적인 제어 실험 스트레스 섬유의 해체에 지도 하는 PKA 유도 통로 적외선 조사에 의해 트리거됩니다 구체적으로 확인 합니다. 따라서, 단백질 수정 UCNP 사용 하 여 빛 변조 세포 실험, 자외선에 직접 노출 피해 야 한다를 원격으로 제어 하는 혁신적인 접근 방식을 제공 합니다.
Photoactivated (예를 들면, PKA 갇힌 단백질)을 될 수 있는 화학적 수정된 단백질 화학 생물학 세포 생화학 프로세스1,2 비 접촉 조작 하는 신흥 분야로 개발 되었습니다. 3. 이 활성화할 때 우수한 spatiotemporal 해상도 제공 하는 자극으로 빛을 사용 하 여 단백질 갇힌. 그러나, UV 빛 원치 않는 형태학, apoptosis, 변화와 셀4,5에 DNA 손상을 일으킬 수 있습니다. 따라서, photocaging 그룹의 최근 개발 디자인에 phototoxicity, 또한 깊은 조직 침투6,7증가로 줄이기 위해 긴 파장 또는 2 광자 여기 시 photocleavage를 사용에 초점을. 배우면 그룹 있도록 적당 한 uncaging 파장 (즉, 채널)을 선택 하는 것을 선택적으로 더 긴 파장에 반응 활성화 bioeffectors 두 개 또는 더 배우면 그룹은 현재7. 이러한 유용한 기능을 감안할 때, 새로운 레드 라이트 photocaging 그룹 개발8세포 활동 제어 하는 반응의 메커니즘을 탐색에서 배열 하는 생물학 학문을 위한 광화학 방법론에서 매우 중요 한 상류 작업 이다. 그럼에도 불구 하 고, 2 광자 배우면 그룹 일반적으로 너무 소수 융합된 향기로운 반지 구조 때문 이며 가시광선 배우면 그룹은 일반적으로 유기, 향기로운 ligands. 이 소수 성/향기로운 속성은 bioeffector은 단백질 또는 효소, 효소/단백질의 활성화 사이트를 변성 하 고 활용 및 photolysis2 화학 수준에 아직도 작동 하는 경우에 함수의 손실이 발생 하는 경우 적합 하지 않습니다. ,9.
UCNPs는 UV에 적외선 여기 빛을 변환 하는 효율적인 트랜스듀서. 과제를 해결 하기 위해 현실적인 해상도 photoactivation와 관련 된 및 작은 분자, 엽 산10를 포함 하 여 cisplatin 파생 상품11의 제어 릴리스 트리거 UCNPs의이 독특하고 매혹적인 속성 제공 , DNA/siRNA12, 공중 합체의 소포13, 그리고 빈 입자14. 그러나, 우리의 지식의 최선을, 효소 또는 단백질의 UCNP를 이용한 photoactivation는 테스트 되지 지금까지. 사용 하 여 붉은 빛 또는 적외선 광 효소의 성공적인 경우 있기 때문에, 우리는 실리 카 코팅와 화학적 수정된 갇힌된 효소 복합물의 구성 하는 단백질/효소 구조의 NIR 트리거 활성화를 수행 하 라는 메시지가 표시 했다 란타넘족 실수로 UCNP15. 이 연구는 UCNP 갇힌된 PKA의 형태로 빠르게 반응 신호 변환 키로 활용 했다. PKA는 glycogen 합성 cytosol16순환 아데노신 인산 염 (야영지) 규제를 통해 외부 자극에 응답 하는 cytoskeletal 규칙을 제어 합니다. 우리는 적외선 방사선 조사 후 세포 실험에서 시간적, 공간적 매너에서 효소 활성화의 가능성을 공부 했습니다. 이 UCNP 기반 photoactivation 플랫폼 photoactivate에 새로운 방법론 NIR를 사용 하 여 효소 이며 기존의 UV 방사선 조사2,4로 인 한 세포에서 원하지 않는 신호 변환 응답을 피 한다.
그것은 매우 어려운 큰 bioeffectors를 이동 (예를 들어, 단백질) 세포 활동을 제어 하는 세포 막에 걸쳐. 단백질 입자 움직일 수 있지만 쉽게 하는 cytosol로 endocytosis를 통해 이동, endocytosis 손상 또는 endosomal 함정 및 필연적인 lysosomal 저하2,4통해 저하 수 있습니다. 갇힌된 단백질은 막 전 후 여전히 기능, 경우에 translocated 금액 세포질 응답2,17를 일으킬 정도로 되지 않을 수 있습니다. 예리한 대조에서는, microinjection 세포의 세포질에 큰 bioeffectors를 제공 하는 직접적이 고 양적 접근 이다. 또한, UCNP 움직일 bioeffector upconverted 빛을 활성화 해야 합니다. 따라서, 광학 계측 해야 추가 측정, 시각화, 업 라이트를 활용 하는 수정을 합니다. 이 작품에서는, NIR photoactivation에 대 한 microinjection 및 다음 필수 분광학과 현미경 수정을 사용 하 여 셀에 갇힌된 PKA UCNP 복합물의 배달 자세히 설명 합니다.
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참고: 프로토콜 업 기반 photoactivation에 대 한 자세한 계측 수정, 생성 하는 합성 절차 갇힌 PKA-UCNP, 실리 카 코팅 UCNP의 전송 전자 현미경 (TEM) 그리고 갇힌 PKA UCNP 샘플, 자외선과 NIR photolysis 설치, 셀 준비, PKA-UCNP microinjection, photoactivation 연구 및 REF52 세포의 스트레스 섬유 얼룩.
1. 업 스펙트럼 측정을 위한 Fluorimeter 설치
2. 현미경 설치
참고: 다음 설치 현미경 2 계층 광학 경로 갖춘 작품. 사용자가 다시 포트 적외선 레이저와 같은 포트를 공유 하는 할로겐 램프를 여기 광원 스위치를 설치 하고자 하는 경우 샘플 난방을 감소 하도록 설계 되었습니다 때문에 다시 포트에 겨냥 틀에는 NIR 차단 크게 됩니다. 사용자는 어려운 선택을 해야 합니다:는 겨냥 틀을 계속 매우 낮은 업 효율성에서 고통 또는 제거는 겨냥 틀 하 고 여기는 epifluorescence에 대 한 빛의 강도 희생.
참고: 수정 된 spectrofluorometer, 업 발광 및 NIR photolysis 모드와 epifluorescence 및 UV photolysis 모드, 그리고 실험 설정에 대 한 현미경 검사 법에 대 한 가벼운 경로 체계를 보여주는 장면 전환 다이어그램 이 실험을 위해 사용 하는 그림 2에 나와 있습니다.
3. 준비 및 특성화의 갇힌 PKA UCNP 구성
4. 특성화
참고: 니 분석 결과 특정 pyruvate 키 니 아 제 활동을 계량 하는 데 사용 됩니다. 간단히, pyruvate 키 니 아 제 및 젖 산 효소를 결합 하 여 펩 티 드의 인 산화에서 NADH의 산화 결과. 후자의 형성은 340 NADH의 흡 광도 감소를 측정 하 여 모니터링 nm.
5. Photolysis 설치
6. 샘플 준비 및 Microinjection의 PKA UCNP 단지 셀
7. Photoactivation의 갇힌 PKA UCNP를 사용 하 여 UV 또는 생활 세포에서 NIR 빛
PKA UCNP microinjection 후8. 스트레스 섬유 해체 기인 NIR Photoactivation의 시각화
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갇힌된 효소 UCNP 구조물의 디자인은 그림 1에 나와 있습니다. PKA 효소는 먼저 비활성 갇힌된 PKA를 생성 하기 위해 2-nitrobenzyl 브 로마 이드와 반응 하 고 UCNP의 표면에 정전 움직일 다음 이었다. UCNPs는 upconverted 빛을 방출 하 고 결과적으로 photolytically o nitrobenzyl 그룹 199 Cys Cys 343, 활성화 된 PKA를 생성에 쪼개 다. 가장 이미지와 Bradford 분석 실험 확인 PKA와 갇힌된 PKA UCNPs의 표면에 움직일 수 있었다 고 갇힌된 PKA UCNP 솔루션 후 UV photoactivation의 키 니 아 제 활동 분석 (그림 4). PKA immobilization, 후 동적 산란 악기 크기와 제타 잠재력 PKA 입자 복합체의 120을 공개 및-16.0 mV, 각각. PKA...
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이전에 호프만 및 동료 발견 극적인 형태 변화 무료 PKA19의 microinjection 후 REF52 세포에서 관찰 되었다. 또 다른 연구에서는 로렌스 그룹 갇힌된 PKA 형태학 변화 및 스트레스 섬유 때 UV photolysis20의 해체를 활성화 vivo에서, 될 수 있는 시연 했다. 이전 이용 upconverted 자외선은 photoactivation 여러 UCNP 지원, 감 금, 작은 분자 bioeffectors21,,2223의 활성화를 보여 보고 합니다. 그러나, bioeffector, 효소의 가장 중요 한 클래스에 UCNP 기반 photoactivation를 사용 하는 프로토콜은 아직도 개발 될 필요가 있다. 따라서, 본이 연구에서는 우리 UCNPs...
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저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.
우리는 자금 (101-2113-M-001-001-MY2; 103-2113-M-001-028-MY2)에 대 한 나노 과학 및 기술 프로그램의 학계 Sinica 사역의 과학 및 기술의 대만 감사합니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| <강한>시약 | |||
| Tris(하이드록시메틸)아미노메탄 | 시그마 | 154563 | |
| 염화마그네슘 육수화물 | 시그마 | M9272 | |
| MOPS | 시그마 | M1254 | |
| HEPES | 시그마 | H4034 | |
| 염화나트륨 | Sigma | 31434 | |
| 염화칼 | Sigma | 12636 | |
| 이트륨 아세테이트 수화물 | : 시그마 | 326046 | Y (C2< / sub>H 3< / sub > CO< >2< / sub >) 3 < / sub> · xH 2 < / sub >O |
| 툴륨 (III) 아세테이트 수화물 | Alfa Aesar | 14582 | Tm(CH3CO2)3 &미드 도트; xH2O |
| 이테르븀(III) 아세테이트 테트라하이드레이트 | 시그마 | 326011 | Yb(C2H3O2)3 · 4H2O |
| 1-Octadecene | Sigma | O806 | |
| 올레산 | 시그마 | 364525 | |
| 메탄올 | 마크론 | 304168 | |
| 수산화나트륨 | 시그마 | 30620 | |
| 암모늄 플루오라이드 | J.T.Baker | 69804 | |
| IGEPAL CO-520 | 시그마 | 238643 | |
| 시클로헥산 | J.T.베이커 | 920601 | |
| 수산화암모늄(28% - 30%) | J.T.베이커 | 972101 | 암모니아 |
| 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS) | 시그마 | 8658 | |
| DL-디티오트레이톨(DTT) | 시그마 | D0632 | |
| N-하이드록시말레이미드(NHM) | 시그마 | 226351 | PKA 활성 차단 시약 |
| 돼지 콜라겐의 Prionex 단백질 안정제 용액 | Sigma | 81662 | 단백질 안정제 용액 |
| 2-니트로벤질 브로마이드(NBB) | 시그마 | 107794 | PKA 케이지 시약 |
| 8-(4-클로로페닐티오)아데노신 3′,5′-cyclic monophosphate sodium salt | Sigma | C3912 | 8-CPT-cAMP |
| 피루브산 키나아제/젖산 탈수소효소 토끼 근육에서 추출한 효소 | Sigma | P0294 | PK/LDH |
| Adenosine 5'-triphosphate disodium | Sigma | A2387 | |
| ATPβ-NADH from 디칼륨 | Sigma | N4505 | |
| Phosphoenolpyruvate | Sigma | P7127 | PEP |
| Coomassie Protein Assay Reagent, 950 mL | Thermo Scientific | 23200 | Bradford 분석 시약 |
| cAMP-dependent protein kinase | Promega | V5161 | PKA activity control |
| pET15b-PKACAT plasmid | Addgene | #14921 | |
| pKaede-MC1 plasmid | CoralHue | AM-V0012 | |
| Phosphate buffered saline (PBS), pH 7.4 | Thermo Scientific | 10010023 | |
| DMEM, 고포도당, 피루브산 | Gibco | 12800-017 | Cell 배양 매체 |
| Leibovitz L-15 Medium | Biological Industries | 01-115-1A | 세포 배양 배지 |
| 태아 소 혈청 | 생물학 산업 | 04-001-1A | |
| 파라 포름 알데히드 | ACROS | 416785000 | |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | 핵 염색 염료 |
| Alexa 594-phalloidin | Invitrogen | A12381 | F-actin 염색 염료 |
| 5(6)-Carboxytetramethylrhodamine | Novabiochem | 8.51030.9999 | |
| Pierce Coomassie(Bradford) 단백질 분석 키트 | Thermo Scientific | 23200 | |
| CelluSep T4 튜빙/공칭 필터 등급 MWCO 12,000 - 14,000 Da | 멤브레인 여과 제품, Inc. | 1430-33 | 투석 멤브레인 |
| Millex-HV 주사기 필터 장치, 0.45 &마이크로; m, PVDF, 13mm, 감마 멸균 | EMD Milipore | SLHVX13NL | |
| Equipment | |||
| Dynamic Light Scattering/Zetapotential Zetasizer nano-ZS | Malvern | M104 | |
| 투과 전자 현미경 | JEOL | JEM-1400 | |
| 형광 분광 광도계 | Agilent Technologies | 10075200 | 캐리 이클립스 |
| UV-Vis 분광 광도계 | Agilent Technologies | 10068900 | Cary 50 |
| 형광 현미경 | Olympus | IX-71 | |
| 950 nm 롱패스 필터 | Thorlabs | FEL0950 | |
| 850 nm 이색성 거울 단역 통과 | 크로마 | NC265609 | |
| RT3 컬러 CCD 시스템 | SPOT | RT2520 | |
| 형광 조명 | PRIOR | 루멘 200 | |
| 980 nm 적외선 다이오드 레이저 | CNI | MDL-N-980-8W | |
| UV LED 스포트 광원 | UVATA | UVATA-UPS412 | 200 mW/cm에서 UPH-056-365 nm LED가 있는 2 |
| 열 파일 센서 | OPHIR | 12A-V1-ROHS | |
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