셉틴은 세포골격 단백질이다. 그들은 지질 막과 상호 작용하고 미크론 규모에서 막 곡률을 감지 할 수 있습니다. 우리는 막 변형, 곡률에 민감한 셉틴 결합 및 셉틴 필라멘트 초 구조를 분석하기위한 상향식 시험관 내 방법론을 설명합니다.
방법 논문
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셉틴은 세포골격 단백질이다. 그들은 지질 막과 상호 작용하고 미크론 규모에서 막 곡률을 감지 할 수 있습니다. 우리는 막 변형, 곡률에 민감한 셉틴 결합 및 셉틴 필라멘트 초 구조를 분석하기위한 상향식 시험관 내 방법론을 설명합니다.
막 리모델링은 원형질막과 세포 소기관 내에서 지속적으로 발생합니다. 환경 (이온 조건, 단백질 및 지질 조성물, 막 곡률)과 특정 막 재구성 과정과 관련된 다양한 파트너의 역할을 완전히 해부하기 위해 우리는 시험관 내 상향식 접근법을 수행합니다. 최근 몇 년 동안, 주요 질병과 관련된 셉틴 단백질의 역할을 밝히는 데 관심이 높아지고 있습니다. 셉틴은 원형질막과 상호작용하는 필수적이고 유비쿼터스 세포골격 단백질이다. 그들은 다른 기능들 중에서도 세포 분열, 세포 운동성, 신경 형태 형성 및 정자 형성에 연루되어 있습니다. 따라서 셉틴이 멤브레인에서 어떻게 상호 작용하고 조직되어 멤브레인 변형을 유도하고 특정 막 곡률에 어떻게 민감 할 수 있는지 이해하는 것이 중요합니다. 이 기사는 분자 수준에서 셉틴의 초 구조와 미크론 규모로 발생하는 막 리모델링 사이의 상호 작용을 해독하는 것을 목표로합니다. 이를 위해, 싹트는 효모 및 포유동물 셉틴 복합체를 재조합적으로 발현하고 정제하였다. 이어서 , 시험관내 분석의 조합을 사용하여 막에서 셉틴의 자가조립을 분석하였다. 지지된 지질 이중층(SLBs), 거대한 유니라멜라 소포(GUVs), 큰 유니라멜라 소포(LUVs) 및 물결 모양의 기질을 사용하여 셉틴 자가조립, 막 재구성 및 막 곡률 사이의 상호작용을 연구하였다.
셉틴은 지질막과 상호작용하는 세포골격 필라멘트 형성 단백질이다. 셉틴은 진핵생물에서 유비쿼터스이며 수많은 세포 기능에 필수적입니다. 이들은 신진 효모 및 포유류 1,2에서 세포 분열의 주요 조절자로 확인되었다. 그들은 막 재형성 사건, ciliogenesis3 및 정자 생성4에 관여합니다. 포유동물 세포 내에서, 셉틴은 또한 Rho GTPases (BORG)-의존성 방식8의 결합제에서 액틴 및 미세소관 5,6,7과 상호작용할 수 있다. 다양한 조직(뉴런9, 섬모3, 정자10)에서, 셉틴은 막 결합 성분(11)에 대한 확산 장벽의 조절자로서 확인되었다. 셉틴은 또한 막 블링 및 돌출부 형성(12)을 조절하는 것으로 나타났다. 멀티 태스킹 단백질인 셉틴은 다양한 유행하는 질병의 출현에 연루되어 있습니다13. 그들의 잘못된 조절은 암(14) 및 신경퇴행성 질환(15)의 출현과 관련이 있다.
유기체에 따라, 몇몇 셉틴 서브유닛들(예쁜꼬마선충에서 두 개에서 인간의 경우 13개까지)이 모여 조직 의존적 방식으로 조직이 변하는 복합체를 형성한다(16). 기본 septin 빌딩 블록은 두 개에서 네 개의 서브 유닛을 수집하며, 두 개의 사본으로 존재하며 막대 모양의 palindromic 방식으로 자체 조립됩니다. 신진 효모에서 셉틴은 옥타머17,18입니다. 계내에서, 셉틴은 종종 마이크로미터 곡률을 갖는 부위에 국한된다; 그들은 분열 수축 부위, 섬모와 덴드라이트의 기저부, 정자19,20의 환부에서 발견됩니다. 막에서, 셉틴의 역할은 이중적인 것으로 보인다: 그들은 지질 이중층을 재형성하고 막 완전성을 유지하는데 연루된다(21). 따라서 멤브레인에서 셉틴 필라멘트 형성 단백질 및 / 또는 서브 유닛의 생체 물리학 적 특성을 조사하는 것은 그 역할을 이해하는 데 중요합니다. 잘 조절된 환경에서 셉틴의 특정 특성을 해부하기 위해, 상향식 시험관내 접근법이 적절하다. 지금까지, 단지 몇몇 그룹만이 시험관내 셉틴 20,22,23의 생체물리학적 특성을 기술하였다. 따라서, 다른 세포골격 필라멘트와 비교하여, 시험관 내에서 셉틴의 거동에 대한 현재의 지식은 여전히 제한적이다.
이 프로토콜은 셉틴 필라멘트의 조직, 막 재구성 및 곡률 감도가 어떻게 분석될 수 있는지를 기술한다(19). 이를 위해, 광학 및 전자 현미경 검사 방법(형광 현미경, cryo-electron microscopy[cryo-EM] 및 주사 전자 현미경[SEM])의 조합이 사용되었다. 마이크로 미터 크기의 거대한 unilamellar vesicles (GUVs)의 막 재구성은 형광 광학 현미경을 사용하여 시각화됩니다. 지질 소포에 결합된 셉틴 필라멘트의 배열 및 초구조의 분석은 cryo-EM을 사용하여 수행된다. 셉틴 곡률 감도의 분석은 가변 곡률의 물결 모양의 기질에 증착 된 고체 지지형 지질 이중층에 결합 된 셉틴 필라멘트의 거동을 연구함으로써 SEM을 사용하여 수행되며, 이는 양의 곡률과 음의 곡률 모두에 대한 곡률 감도의 분석을 가능하게합니다. 이전 분석20,24와 비교하여, 여기서는 셉틴이 어떻게 자체 조립되고, 시너지 효과를 발휘하여 막을 변형시키고, 곡률에 민감 할 수 있는지 철저히 분석하기 위해 여러 가지 방법을 사용할 것을 제안합니다. 이 프로토콜은 막에 대한 친화도를 표시하는 임의의 필라멘트 단백질에 유용하고 적응가능한 것으로 여겨진다.
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1. 거대한 유니라멜라 소포(GUV)를 이용한 막 재성형 결정
참고: 이 섹션에서 GUV는 세포 맥락에서 셉틴에 의해 유도될 가능성이 있는 막 변형을 모방하기 위해 생성된다. 실제로, 세포에서, 셉틴은 마이크로미터 곡률을 가진 부위에서 자주 발견된다. GUV는 몇 마이크로미터에서 수십 마이크로미터에 이르는 크기를 가지며 변형될 수 있습니다. 따라서 이들은 임의의 마이크로미터 규모의 셉틴-유도된 변형을 검정하는데 적절하다. 형광 지질뿐만 아니라 형광 표지 된 셉틴 (녹색 형광 단백질 [GFP] 사용)은 형광 현미경을 통해 지질과 단백질 모두의 거동을 추적하는 데 사용됩니다.

그림 1: GUV 의 전기 형성. (A) 백금 와이어를 이용한 전기 형성 공정의 개략적 표현. (B) 전기 형성에 의해 GUV를 생성하는 데 사용되는 백금 와이어로 조립 된 테프론 수제 장치의 사진. 전선은 직경이 0.5mm이고 떨어져 있으며 3mm 떨어져 있습니다. (c) 성장 과정 동안 투과 광학 현미경에 의해 관찰된 GUV(구형 개체). 이미지 하단의 불투명 영역은 백금 선입니다. (d) GUVs(둥근 형광 개체)는 백금 와이어 상에서 성장하는 동안 형광 현미경으로 관찰되었다. 스케일 바 = 100 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
2. 저온전자현미경에 의한 셉틴 필라멘트의 초구조조직 분석
참고: 베시클은 표준 전자 현미경 검사 방법으로 이미징하는 데 적합하지 않습니다. 실제로, 샘플은 표준 음성 염색 방법을 사용하여 건조됩니다. 탈수시, 소포는 비특이적 변형을 겪을 가능성이 높으며, 종종 지질 돌출을 초래합니다. 따라서 Cryo-electron microscopy는 소포의 특정 변형을 관찰하는 훨씬 더 나은 전략입니다. cryo-EM을 사용하여 샘플은 유리화 된 얼음의 얇은 (~ 100-200nm) 층 내에 매립되어 샘플을 자연 상태에 가깝게 보존합니다. 그러나 GUV는 너무 커서 (수십 마이크로 미터) 얇은 얼음 내에 매립되어 투과 전자 현미경으로 이미징됩니다. 따라서 직경이 ~ 50-500nm에 이르는 대형 일라멜라 소포 (LUV)가 생성되어 셉틴이 소포를 변형시키는 방법과 소포에 배열하는 방법을 결정합니다.
3. SEM을 이용한 셉틴의 곡률 감도 분석
참고: 셉틴이 마이크로미터 곡률에 어떻게 민감할 수 있는지 이해하기 위해, 시험관내 접근법이 마이크로미터 규모의 물결 모양의 물결 모양의 물결 모양의 패턴에 증착된 고체 지지형 지질 이중층으로 셉틴 필라멘트 복합체를 배양하는 데 사용되었습니다.

도 2: 물결 모양의 PDMS 패턴에 대한 셉틴 필라멘트에 증착된 물질의 효과. 스퍼터링에 의해 코팅된 셉틴 필라멘트의 SEM은 (A) 1.5nm의 백금으로 백금 핵의 클러스터 사이의 응집력 부족의 전형적인 "건조 금이 간 토양" 패턴을 나타내거나, (B) 매끄럽고 응집력 있는 층으로 덮인 1.5nm의 텅스텐을 나타낸다. 스케일 바 = 200nm. 흰색 사각형 상자는 오른쪽 하단의 확대 된 뷰를 나타냅니다. 구형 소구는 세프틴과 상호 작용하는 작은 지질 소포입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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GUV 변형
셉틴과 함께 인큐베이션된 후 재성형된 GUVs의 전형적인 공초점 형광 이미지는 셉틴이 중합되는 조건에서 도 3에 표시된다. 베어 GUV(그림 3A)는 완벽하게 구형이었다. 50 nM 이상의 신진 효모 셉틴 필라멘트와 함께 인큐베이션시, 소포는 변형된 것처럼 보였다. 최대 100 nM 농도의 싹이 트인 효모 셉틴 옥타머까지, 소포는 패싯된 것처럼 보였고, 변형은 정적으로 남아있었고 따라서 변동하지 않았다(도 3B). 200 nM 이상의 싹을 틔우는 효모 셉틴, 멤브레인이 셉틴으로 포화되면서 주기적인 변형이 관찰되었다 (도 3C). 신진 효모 셉틴을 사용하여, 스파이크를 2 μm 내지 6 μm의 주기성 및 약 1 μm의 진폭으로 시각화하였다. 따라서 셉틴은 특정 방식으로 멤...
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상기 언급된 바와 같이, 지질 혼합물이 지질 이중층 내에 PI(4,5)P2 혼입을 강화하고 따라서 셉틴-막 상호작용을 용이하게 하는 데 사용되었다. 실제로, 우리는 다른 곳에서 신진 효모 셉틴이 PI (4,5 ) P 2 특정 방식으로 소포와 상호 작용한다는 것을 다른곳에서 보여주었습니다. 이 지질 조성물은 다수의 조성물을 스크리닝하는 것으로부터 경험적으로 조정되었고, 현재 저자들에 의해 널리 사용되고 있다. PI(4,5)P2 지질은 신중하게 다루어야 한다. 스톡 솔루션은 피펫팅을 위해 특정 바이알이 두 번 이상 열리지 않도록 소량으로 분취해야합니다. 게다가, 지질 분취량은 지질 산화를 방지하기 위해 아르곤 아래에 저장되어야합니다. 마지막으로, 일단 지질 혼합물이 수용액에서 가용화되면, 혼합물은 한 번에 사용되어야하며 추가 실험을 위해 저장 될 수 없습니다. 특히, GUV 재구성 또는 지질 이중층 융합을 지지한 후, 셉틴과 지질 ...
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저자는 이해 상충이 없습니다.
Patricia Bassereau와 Daniel Lévy에게 유용한 조언과 토론에 감사드립니다. 이 작업은 프로젝트 "SEPTIME", ANR-13-JSV8-0002-01, ANR SEPTIMORF ANR-17-CE13-0014 및 프로젝트 "SEPTSCORT", ANR-20-CE11-0014-01에 자금을 지원하기위한 ANR (Agence Nationale de la Recherche)의 지원으로부터 이익을 얻었습니다. B. Chauvin은 Ecole Doctorale "ED564 : Physique en Ile de France"와 Fondation pour lea Recherche Médicale이 자금을 지원합니다. K. Nakazawa는 Sorbonne Université (AAP Emergence)의 지원을 받았습니다. G.H. Koenderink는 'BaSyC-Building a Synthetic Cell'을 통해 Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO/OCW)의 지원을 받았습니다. 중력 교부금(024.003.019). Labex Cell(n)Scale (ANR-11-LABX0038)과 Paris Sciences et Lettres (ANR-10-IDEX-0001-02)에 감사드립니다. 프랑스 국립 연구 인프라 프랑스-바이오이미징(ANR10-INBS-04)의 회원인 세포 및 조직 이미징(PICT-IBiSA), Institut Curie에게 감사드립니다.
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| 공 초점 현미경 | 니콘 | 회전 디스크 또는 공 초점 | |
| 임계점 건조기 | Leica microsystems | CPD300 | |
| 탈 이온수 발생기 | MilliQ | F1CA38083B | MilliQ 일체형 3 |
| Egg L-α- 포스파티딜콜린 | Avanti Polar Lipids | 840051 | |
| Field Emission Gun SEM (FESEM) | Carl Zeiss | Gemini SEM500 | |
| 글루타르알데히드 25 %, 수용액 | Thermo Fischer scientific | 50-262-19 | |
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