1. Lipiden combineren en een lipidefilm creëren
- Voeg in een zuurkast bij minimale verlichting de in chloroform opgeloste lipiden samen in een amberkleurig glazen buisje van 1,5 ml met behulp van een met chloroform gespoelde Hamilton gasdichte glazen spuit. Deze combinatie levert ongeveer 4 mg lipid op (Figuur 1A).
- Cardiolipine 10 mg/ml (CL) - 63 μl
- Fosfatidylcholine 10 mg/ml (PC) - 84 μl
- Fosfatidylethanolamine 10 mg/ml (PE) - 125 μl
- Fosfatidylinositol 10 mg/ml (PI) - 59,5 μl
- Fosfatidylserine 10 mg/ml (PS) - 65 μl
- Om het chloroform te verwijderen, wordt een zachte stroom inert gas (bijv. stikstof of argon) in het buisje geleid. Wanneer het mengsel droog is, wat gewoonlijk 2 - 3 uur duurt, wordt er een lipidenfilm zichtbaar op de bodem en wanden van het buisje (Figuur 1A).
2. Bereid liposoomoplossing
- Bereid in 1,7 ml microcentrifugebuisjes 500 μl van 12,5 mM ANTS in LUV-buffer (0,2 mM EDTA, 10 mM HEPES [pH 7], 200 mM KCl, 5 mM MgCl2 ) en 500 μl van 45 mM DPX in LUV-buffer voor (Figuur 1B).
- Meng de ANTS- en DPX-oplossingen, vortex gedurende 1 min en sonicize gedurende 1 min bij kamertemperatuur. De sonicatie wordt uitgevoerd in een ultrasoon waterbad (bijv. Branson 3510MTH, geen instelling, enkel 'aan'). Dit zorgt ervoor dat de oplossingen volledig gesolubiliseerd en homogeen zijn.
- Voeg de ANTS/DPX-oplossing toe aan de lipidefilm en sluit het flacon af met parafilm (Figuur 1B).
- Sonicize de lipidefilm gedurende 5 min in het bovenstaande waterbad. De oplossing zal na sonicatie melkachtig ogen. Zorg dat de lipidefilm volledig is gesolubiliseerd, aangezien kleine lipideaggregaten de volgende stappen negatief zullen beïnvloeden. Controleer daarnaast de zijkanten en de bodem van het flacon om er zeker van te zijn dat er geen lipidefilm achter is gebleven (Figuur 1B).
3. Extrusie en zuivering van liposomen
- Assembleer de extruder volgens de richtlijnen van de fabrikant en gebruik LUV-buffer om de filtersteunen en het polycarbonaatmembraan te bevochtigen. Draai de behuizing van de unit vast zodat er geen volumeverlies optreedt tijdens de extrusie, maar niet zo strak dat het membraan scheurt. Het is raadzaam om de extruder te testen met LUV-buffer om er zeker van te zijn dat er geen lekken of problemen zijn.
- Begin met de lipidoplossing in de rechterspuit, extrudeer de lipidoplossing 31 keer, waarna de LUV's in de linkerspuit terechtkomen; dit zorgt ervoor dat alle lipiden minstens één keer door het membraan zijn gegaan. De eerste paar keer kan er iets meer druk nodig zijn om door het membraan te dringen. Als de oplossing plotseling snel door het membraan stroomt, controleer het membraan dan op scheuren en vervang het indien nodig (Afbeelding 1C).
- Stel een Sepharose S-500 zwaartekrachtstroomkolom van 10 ml op (1,0 cm x 20 cm, 10 ml bead-volume). Was met 3 kolomvolumes LUV-buffer, laat de kolomstroom stoppen en sluit af met een dop. Aangezien deze stap enige tijd in beslag neemt, verdient het de voorkeur om met het wassen te beginnen wanneer de lipiden worden samengevoegd om te drogen. Houd de kolom simpelweg afgedekt tot u deze wilt gebruiken.
- Voeg de geëxtrudeerde LUV's in één stap toe aan de kolom en voorkom dat de interface van de beads wordt verstoord. Laat de buffer uit de kolom lopen totdat de stroom stopt en plaats een dop. Vul de kolom voorzichtig met LUV-buffer. Wees opnieuw voorzichtig bij het toevoegen van de buffer zodat de beads niet worden verstoord (Afbeelding 1C).
- Verwijder de dop en verzamel 6 x 1 ml fracties. De LUV's elueren normaal gesproken in fracties 3 en 4 en kunnen worden geïdentificeerd aan hun troebele uiterlijk. Zodra de fracties zijn verzameld, wast u de kolom met 5 volumes water en 2 volumes 20% ethanol. Bewaar de kolom bij 4 °C (Afbeelding 1C).
- Bewaar de fracties bij 4 °C in het donker totdat ze worden getest.
4. Test de kolomfracties
- De kolomfracties worden nu getest op fluorescentie door LUV-buffer te vergelijken met LUV-buffer aangevuld met 0,5% CHAPS. Fracties waarvan de fluorescentie toeneemt door de aanwezigheid van CHAPS bevatten LUV's. Pipetteer telkens 100 μl LUV-buffer of LUV-buffer + 0,5% CHAPS in zes putjes en voeg 5 μl van de betreffende fractie toe, daarna mengen. Gebruik voor alle LUV-studies ondoorzichtige, zwarte, onbehandelde 96-wells platen (Figuur 1D).
- Lees de plaat af bij 37 °C met de volgende parameters: Excitatiegolflengte: 355 nm; Emissiegolflengte: 520 nm; Gain (voltage): 125; Optische positie: Top; Leeshoogte: 5,5 mm. Deze instellingen zijn voor de BioTek H1 Synergy met gebruik van Gen 5 2.0 software (Figuur 1D).
- Fracties 3 en 4 vertonen over het algemeen een 5- tot 10-voudige toename in fluorescentie. Combineer na analyse de LUV-bevattende fracties en bewaar deze bij 4 °C in het donker; er zal ongeveer 2 ml van ~ 2 mM lipid worden gezuiverd (Figuur 1D).
5. BCL-2-familieonderzoeken met behulp van LUV's
- BCL-2-eiwitten worden getest op hun vermogen om direct LUV-permeabilisatie te induceren, en op de regulatie van deze permeabilisatieactiviteit. LUV-assays worden gewoonlijk uitgevoerd in volumes van 100 μl, bij 37 °C, en kunnen worden geanalyseerd als één enkel tijdspunt na 30 - 60 min (Figuren 2A-C, 3A-B), of via kinetische studies elke 1 - 2 min gedurende maximaal 1 uur (Figuur 2D). Een representatief assay-ontwerp waarin de componenten, stock/eindconcentraties en de volgorde van toevoeging worden beschreven, is bijgevoegd (Tabel 1). Het is bovendien raadzaam om de microplaatlezer de plaat voorzichtig te laten schudden vóór elke meting. De eerste paar minuten geven vaak sporadische metingen (waarschijnlijk door temperatuurveranderingen, menging, etc...), dus we houden over het algemeen rekening met datapunten na 2 - 3 metingen in een kinetische studie. Het is ook niet ongebruikelijk dat er grote foutenbalken ontstaan voor sommige condities vanwege variabiliteit in LUV-batches en de efficiëntie van eiwitinteracties bij grensconcentraties van activatie of inhibitie.
- Voorraden van BCL-2-familie-eiwitten moeten worden verdund in LUV-buffer tot een concentratie van 100x, en de benodigde titraties van BAX, BID en alle andere eiwitten worden uitgevoerd om de laagste concentraties te bepalen die nodig zijn om minimale BAX-afhankelijke LUV-permeabilisatie te detecteren in afwezigheid van BID, en significante synergie tussen BAX en BID. Bovendien zijn voor alle andere eiwitten titraties vereist om eiwitverspilling te beperken en de concentraties van daaropvolgende eiwittoevoegingen te minimaliseren.
6. Representatieve resultaten
Er zijn talloze opties om de BCL-2-familie-afhankelijke regulatie van LUV-permeabilisatie waar te nemen en te onderzoeken. Om een positieve controle voor LUV-permeabilisatie te genereren, gebruiken we detergent-geactiveerd BAX12. Het detergent, n-octyl-β-D-glucoside (OG), triggert kunstmatig de activatie van BAX (voor 100 μl van 2,3 μM OG-BAX: 5 μg BAX + 0,7% OG in LUV-buffer, incuberen gedurende 60 min bij 4 °C, aliquoteren en bewaren bij -80 °C), waardoor OG-BAX (10 - 100 nM) als een betrouwbare positieve controle kan worden gebruikt. Merk op dat OG-concentraties onder de 0,025% de LUV-permeabilisatie niet direct beïnvloeden. Een behandeling met 0,5% CHAPS wordt gebruikt om de maximale hoeveelheid LUV-fluorescentie per assay te bepalen, en deze waarde stelt de 100%-waarde vast. Alle behandelingen moeten in triplikaat worden opgezet. Een voorbeeld van de opzet van een LUV-controleassay is weergegeven in Tabel 1, en de bijbehorende gegevens worden gepresenteerd in Figuur 2A.
Een noodzakelijk startpunt voor het bestuderen van de permeabilisatie van LUV met BCL-2-familie-eiwitten is het vaststellen van de concentraties BAX en BID die een optimale release bevorderen. Aangezien individuele eiwitpreparaten verschillende achtergrondactiviteiten voor permeabilisatie zullen vertonen, is het raadzaam om te titreren voordat complexere analyses worden opgezet. BAX (50 - 200 nM) en BID (0 - 10 nM) moeten worden getitreerd voor een minimale achtergrondrelease en optimale synergie, zoals respectievelijk weergegeven in Figuren 2B-C. Diverse vormen van het BID-eiwit kunnen worden gekocht bij R&D Systems; alternatief is het BID BH3-domeinpeptide verkrijgbaar bij Anaspec. Er is geen commerciële vorm van BAX die geschikt is voor LUV-assays, daarom moet dit worden tot expressie gebracht en gezuiverd met behulp van gepubliceerde methoden3,13.
Zodra de concentraties en synergie van BAX en BID zijn vastgesteld, is een gebruikelijke assay het bepalen van de invloed van anti-apoptotische eiwitten op de BAX- en BID-afhankelijke permeabilisatie van LUVs. BCL-xL is een commercieel verkrijgbaar anti-apoptotisch BCL-2-lid dat, op een dosisafhankelijke manier, de activiteit van BAX en BID remt, gewoonlijk in het bereik van een 5 - 10 voudig molair overschot ten opzichte van BAX of BID (Figuur 3A). Dit remmende effect kan worden opgeheven door de toevoeging van daaropvolgende BH3-only-eiwitten (2 - 5 voudig molair overschot ten opzichte van BCL-xL) of BH3-domeinpeptiden (5 - 10 voudig molair overschot ten opzichte van BCL-xL), die aan BCL-xL binden, waardoor BAX en BID kunnen synergiseren en de LUVs kunnen permeabiliseren (Figuur 3B). In Figuur 3B tonen we het effect van full-length recombinant humaan PUMAβ; het PUMA BH3-domeinpeptide is functioneel vergelijkbaar (gegevens niet getoond)8. Dit experiment wordt gewoonlijk aangeduid als een 'de-repressie-assay', aangezien het PUMA-eiwit het remmende effect van BCL-xL op BAX en BID opheft. Idealiter moet de toevoeging van het de-represserende BH3-only-eiwit/peptide een minimaal effect hebben op de BAX-activatie14.

Figuur 1. (A) In chloroform opgeloste lipiden worden samengevoegd, gedroogd om een lipidfilm te vormen en afgesloten. (B) ANTS- en DPX-oplossingen worden bereid, samengevoegd en gesoneerd om volledige solubilisatie en homogenisatie te waarborgen. De oplossing wordt toegevoegd aan de lipidfilm, het vial wordt afgesloten met parafilm en 5 min gesoneerd in een waterbad. De oplossing zal nu melkachtig verschijnen. (C) De gesoneerde lipidoplossing wordt in de mini-extruder geladen, 31 keer verwerkt en toegevoegd aan een geprepareerde Sepharose S-500 kolom voor daaropvolgende zuivering. (D) Fracties verkregen na grootte-uitsluitingschromatografie worden geanalyseerd door de relatieve fluorescentie-eenheden (RFUs) in LUV-buffer en LUV-buffer + 0,5% CHAPS te vergelijken. De "LUV-buffer" meting geeft de achtergrondfluorescentie aan met intacte LUVs; de conditie "LUV-buffer + 0,5% CHAPS" zal een door lysis geïnduceerde toename van fluorescentie vertonen, wat indicatief is voor LUVs. Fracties 3 en 4 bevatten gewoonlijk de LUVs en worden na analyse samengevoegd. Fracties 5 en 6 bevatten niet-ingebouwd ANTS (d.w.z. niet in de LUVs na extrusie), die een hoge fluorescentie vertonen onafhankelijk van CHAPS. Klik hier om de grotere figuur te bekijken.

Figuur 2. Controle-experimenten van de BCL-2-familie en BAX/BID-titraties met gebruik van LUVs. (A) Controle-experimenten. LUVs werden behandeld met enkel LUV-buffer, 0,025% octylglucoside "OG", 50 nM BAX, of 50 nM OG-BAX. LUVs werden 60 min geïncubeerd bij 37 °C. Het percentage (%) permeabilisatie wordt bepaald door de fluorescentie in de bufferbehandeling van alle monsters af te trekken; 100% permeabilisatie wordt bepaald door een monster gesolubiliseerd met 0,5% CHAPS; deel de experimentele waarden door de CHAPS-waarde om de % LUV-permeabilisatie te verkrijgen. OG-BAX is detergent-geactiveerd BAX, wat een betrouwbare positieve controle is voor LUV-permeabilisatie. (B) Bepaling van de optimale BAX-concentratie. LUVs werden behandeld met toenemende concentraties BAX (50 - 200 nM) in de aanwezigheid van 10 nM C8-BID "BID", of enkel buffer. (C) Bepaling van de optimale BID-concentratie. LUVs werden behandeld met toenemende concentraties BID (0 - 10 nM) in de aanwezigheid van 100 nM BAX. (D) Een voorbeeld van een kinetische dataset van LUV-permeabilisatie. LUVs werden behandeld met BAX (100 nM) ± BID (10 nM). Metingen werden elke twee min uitgevoerd gedurende 30 min, waarbij voorafgaand aan elke meting twee seconden mild werd geschud. De eerste drie metingen (0, 2 & 4 min) zijn niet opgenomen in de grafiek. De minimale en maximale relatieve fluorescentie-eenheden (RFU) werden bepaald zoals beschreven in sectie 4.3. De foutenbalken in Figuren 2A-C vertegenwoordigen de standaarddeviatie van triplicaat data. De data in 2D vertegenwoordigen een duplicaat assay.

Figuur 3. Voorbeelden van veel voorkomende BCL-2-familie-interacties onderzocht met behulp van LUVs. (A) BAX- en BID-gemedieerde LUV-permeabilisatie wordt geremd door BCL-xL. LUVs werden geïncubeerd met 100 nM BAX, 10 nM BID en toenemende concentraties BCL-xL (0 - 500 nM). LUVs werden 60 min geïncubeerd bij 37 °C. (B) PUMA heft de repressie van BCL-xL op om de functie van BAX en BID te bevorderen. LUVs werden 60 min bij 37 °C geïncubeerd met combinaties van 100 nM BAX, 10 nM BID, 500 nM BCL-xL en (0 - 2,5 μM) PUMA. PUMA werd in een concentratie van 2,5 μM gebruikt met enkel BAX. De foutenbalken vertegenwoordigen de standaarddeviatie van gegevens uit triplicaten.
| Volgorde van toevoeging: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| CONDITIES | LUV
Buffer | OG
(0.7%) | BAX
(2.3 μM) | OG-BAX
(2.3 μM) | CHAPS
(10%) | LUV's
(2 mM) | TOTAAL |
| Buffer | 95 μl | | | | | 5 μl | 100 μl |
| OG (0,015%) | 92.83 μl | 2.17 μl | | | | 5 μl | 100 μl |
| BAX (50 nM) | 92.83 μl | - | 2.17 μl | | | 5 μl | 100 μl |
| OG-BAX (50 nM) | 92.83 μl | | | 2.17 μl | | 5 μl | 100 μl |
| CHAPS (0,5%) | 90 μl | | | | 5 μl | 5 μl | 100 μl |
Tabel 1. Een voorbeeld van een controle-assay om het effect van OG-BAX op LUV-permeabilisatie te bepalen.