2020년 7월 16일
여기에 제시된 전자 현미경 검사법과 함께 네이티브 세포막 나노입자 시스템을 활용하는 멤브레인 단백질의 올리고메황 상태의 측정을 위한 프로토콜이 여기에 제시된다.
이 프로토콜은 연구자들이 전자 현미경과 함께 천연 세포막 나노입자 시스템을 활용하여 막 단백질의 천연 올리고머 상태를 보다 정확하게 결정하는 데 도움이 될 것입니다. 이 기술의 장점은 네이티브 세포막과 같은 환경에서 막 단백질의 정확한 구조 데이터를 제공하고 향후 고해상도 구조 결정에 활용할 수 있다는 것입니다. 이 절차를 시연하는 사람은 제 연구실의 박사후 연구원인 Kyle Kroeck
이 맡을 것입니다.천연 세포막 나노 입자를 준비하려면 10 밀리리터의 NCMN 버퍼 A.Use glass Dounce homogenizer에 관심있는 멤브레인 펠릿 1g을 재현탁 시키십시오 섭씨 20 도에서 재현 탁 된 세포막 샘플을 균질화하고 부유 샘플을 50 밀리리터 폴리 프로필렌 튜브로 옮깁니다. 멤브레인 활성 폴리머 원액과 추가 NCMN 버퍼 A를 샘플에 추가하여 최종 농도가 2.5%멤브레인 활성 폴리머가 되도록 하고 용액을 섭씨 20도에서 2시간 동안 흔듭니다. 배양이 끝나면 샘플을 초원심분리합니다.
원심분리 중에 5ml 니켈 NTA 컬럼을 25ml의 NCMN 버퍼와 평형을 이루 A.At 원심분리 종료 후 상층액을 컬럼으로 옮기고 분당 0.5ml의 유속으로 설정된 주사기 펌프를 사용하여 섭씨 20도의 온도에서 상층액을 컬럼에 로드합니다. 고속 단백질 액체 크로마토그래피 기계 라인을 충분한 NCMN 버퍼 B로 세척하여 시스템을 완전히 플러시하고 컬럼을 크로마토그래피 기계에 연결합니다. 분당 1ml의 유속으로 30ml의 NCMN 버퍼 B로 컬럼을 세척하고 플로우스루를 수집합니다.
분당 1ml의 유속으로 30ml의 NCMN 버퍼 C로 컬럼을 세척하고 플로우스루를 수집합니다. 분당 0.5ml의 유속으로 20ml의 NCMN Buffer D로 단백질을 용리시키고 분획 수집기를 사용하여 샘플의 1mL 분획을 수집한 다음 SDS-PAGE를 사용하여 단백질 샘플을 섭씨 4도에서 보관하여 빠른 단백질 액체 크로마토그래피 용리 그래프에서 관찰된 피크에 해당하는 샘플을 확인합니다. 네거티브 스테인 그리드를 준비하려면 탄소 면이 위를 향하도록 유리 슬라이드를 여과지로 감싸고 샘플 준비에 사용할 그리드를 슬라이드에 놓습니다.
전자 현미경 그리드가 있는 유리 슬라이드를 두 전극 사이의 글로우 디스토처의 챔버에 놓고 유리 뚜껑을 교체하여 뚜껑이 중앙에 있고 잘 밀봉되었는지 확인합니다. 글로우 방전 기계를 실행하고 플라즈마에서 생성된 보라색 빛이 보이는지 확인합니다. 기계 작동이 완료되면 챔버가 대기압에 도달할 때까지 기다렸다가 유리 뚜껑을 제거하고 슬라이드를 벤치에 놓습니다.
정제된 단백질 샘플의 농도를 밀리리터당 약 0.1mg으로 조정하고 3.5마이크로리터의 단백질 샘플을 10나노미터 두께의 탄소 그리드에 로드합니다. 1분 후 여과지 조각을 사용하여 전자 현미경 그리드 표면에서 액체를 제거하고 세척당 3마이크로리터의 물방울 하나로 그리드 표면을 세 번 세척합니다. 마지막 물 세척 후, 세척당 여과된 신선한 여과 2%아세트산우라늄 3마이크로리터 방울로 그리드 표면을 두 번 더 세척합니다.
마지막 우라늄 아세테이트 세척 후 1분 동안 새로 여과된 2%아세트우라늄 3마이크로리터 방울로 그리드를 염색합니다. 배양이 끝나면 새 여과지를 사용하여 물방울을 제거하고 나중에 사용할 수 있도록 그리드를 그리드 상자에 보관하기 전에 그리드를 최소 1분 동안 자연 건조합니다. 여기서, 시연된 바와 같이 투과 전자 현미경을 사용하여 얻은 음성 염색 이미지를 관찰할 수 있습니다.
세제로 정제된 야생형 Acraflavin 저항성 채널 단백질 B 샘플에 대한 음성 염색 이미지는 단백질이 잘 정의된 삼중성 4차 구조를 나타내는 단분산 입자의 균일한 용액을 보여줍니다. 이러한 삼중체 구조는 정제 후 관찰된 크기 배제 크로마토그램과 일치합니다. 이에 비해 세제로 정제된 P223G 돌연변이의 음성 염색 이미지에서는 응집 성향이 있지만 관찰 가능한 기본 삼량체가 없는 다분산 나노입자의 이종 용액을 관찰할 수 있습니다.
이러한 결과는 크기 배제 크로마토그래피에 의해서도 뒷받침됩니다. 멤브레인 활성 폴리머 NCMNP11로 정제한 후 야생형 및 돌연변이 단백질에 대해서도 유사한 결과가 관찰되었습니다. NCMNP52 폴리머를 사용하면 훨씬 더 큰 크기의 네이티브 세포막 나노 입자를 쉽게 생성할 수 있으므로 여러 Acraflavin 저항성 채널 단백질 B trimer를 단일 네이티브 세포막 입자에서 이미지화할 수 있습니다.
그러나 돌연변이 샘플에서는 큰 네이티브 세포막 이중층 패치를 볼 때에도 트리머 입자가 관찰되지 않습니다. 정제된 단백질 샘플의 SDS-PAGE 분석은 단백질의 예측된 분자량에서 순도가 95% 이상인 모든 샘플에서 Acraflavin 내성 B의 존재를 확인합니다. 다른 단백질에 대해 이 프로토콜을 수정할 때 적절한 양의 막 분획과 가용화 과정을 위한 길이, 시간 및 온도를 실험적으로 결정하는 것이 중요합니다.
시료의 이미지가 잘 정의된 구조 단위를 가진 단분산 입자의 균질한 용액을 드러내는 경우, 해당 시료는 초저온 전자 현미경을 통한 고분해능 구조 측정에 사용할 수 있습니다.
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이 프로토콜은 전자현미경과 함께 원래 세포막 나노입자 시스템을 활용함으로써 연구자들이 막 단백질의 원래 올리고머 상태를 보다 정확하게 결정하도록 돕습니다. 이 기술은 원래 세포막과 유사한 환경에서 막 단백질의 정확한 구조 데이터를 제공합니다.
Accurate determination of membrane protein oligomeric states is critical for target validation in drug discovery, as misinterpretation can lead to failed mechanistic hypotheses. The native cell membrane nanoparticle system preserves native lipid bilayer context, reducing artefactual dissociation or denaturation seen in detergent-based methods. This enables more reliable structural data for de-risking early-stage targets and informing lead identification strategies.
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification, providing structural inputs that inform hit-to-lead progression.