Dit protocol beschrijft een proces voor het fabriceren van lipide nanobuisnetwerken met behulp van glijdende kinesinemotiliteit in combinatie met gigantische unilamellaire lipideblaasjes.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft een proces voor het fabriceren van lipide nanobuisnetwerken met behulp van glijdende kinesinemotiliteit in combinatie met gigantische unilamellaire lipideblaasjes.
Lipide nanobuisjes (LNT) netwerken vertegenwoordigen een in vitro modelsysteem voor het bestuderen van moleculair transport en lipide biofysica met relevantie voor de alomtegenwoordige lipide tubuli in eukaryote cellen. In vivo LNT's zijn echter zeer niet-evenwichtsstructuren die chemische energie en moleculaire motoren vereisen om te worden geassembleerd, onderhouden en gereorganiseerd. Bovendien is de samenstelling van in vivo LNT's complex, bestaande uit meerdere verschillende lipidesoorten. Typische methoden om LNT's te extruderen zijn zowel tijd- als arbeidsintensief, en ze vereisen optische pincetten, microbeads en micropipettes om nanobuisjes met geweld uit gigantische lipideblaasjes te trekken. Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de gliding motility assay (GMA), waarbij grootschalige LNT-netwerken snel worden gegenereerd uit gigantische unilamellaire blaasjes (GUVs) met behulp van kinesine-aangedreven microtubule motiliteit. Met behulp van deze methode worden LNT-netwerken gevormd uit een breed scala aan lipideformuleringen die de complexiteit van biologische LNT's nabootsen, waardoor ze steeds nuttiger worden voor in vitro studies van lipidebiofysica en membraangeassocieerd transport. Bovendien is deze methode in staat om in korte tijd (<30 min) op betrouwbare wijze LNT-netwerken te produceren met behulp van veelgebruikte laboratoriumapparatuur. LNT-netwerkkenmerken zoals lengte, breedte en lipidenverdeling zijn ook instelbaar door de lipidesamenstelling van de GUVs die worden gebruikt voor het fabriceren van de netwerken te veranderen.
De fabricage van lipide nanobuis (LNT) netwerken is van toenemend belang voor in vitro onderzoek van niet-evenwicht lipidestructuren 1,2,3. Cellen gebruiken lipide tubuli voor het diffusieve transport van eiwitten4 en nucleïnezuren5 en cel-naar-cel communicatie 6,7. Het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat zijn bijzonder interessant, omdat deze membraangebonden organellen de primaire locaties zijn voor lipide- en eiwitsynthese en transport van deze integrale biomoleculen in het cytoplasma van een cel 8,9. De membranen van deze organellen bestaan uit meerdere lipidesoorten, waaronder sfingolipiden, cholesterol en fosfolipiden10 die uiteindelijk helpen bij het definiëren van hun functionaliteit. Dus, om deze organellen nauwkeuriger te repliceren en te bestuderen, moeten in vitro LNT's worden vervaardigd uit blaasjes met steeds complexere lipideformuleringen11.
Gigantische unilamellaire blaasjes (GUVs) worden alomtegenwoordig gebruikt voor het bestuderen van lipidemembraangedrag omdat ze betrouwbaar kunnen worden gesynthetiseerd met complexe formuleringen die cholesterol, fosfatidylcholine (PC), fosfatidylethanolamine (PE), fosfatidylserine (PS) en fosfatidylinositol (PI) bevatten 12,13. Hier wordt een methode beschreven om LNT's te fabriceren uit GUVs met verschillende lipideformuleringen met behulp van de gliding motility assay (GMA), waarbij LNT's worden geëxtrudeerd op basis van het werk dat wordt uitgevoerd door kinesinemotoren en microtubule-filamenten die op GUVs werken. In dit systeem stuwen kinesinemotoreiwitten geadsorbeerd aan een oppervlak gebiotinyleerde microtubuli aan, waardoor chemische energie van de hydrolyse van ATP wordt omgezet in nuttig werk (met name de extrusie van LNT's uit gebiotinyleerde blaasjes)11. Het resulterende LNT-netwerk biedt een modelplatform om effecten van de verschillen in lipidefasen op veranderingen in LNT-morfologie te bestuderen.
In het kort worden kinesinemotoreiwitten in een stroomkamer ingebracht in een oplossing die caseïne bevat, waardoor de motoren op het glazen oppervlak van de kamer kunnen worden geplaatst. Vervolgens stromen gebiotinyleerde microtubuli in een oplossing die ATP bevat door de kamer en mogen ze binden aan de kinesinemotoren en beginnen met motiliteit. Een streptavidin-oplossing wordt vervolgens in de kamer ingebracht en mag niet-covalent aan de microtubuli binden. Ten slotte worden GUVs met een gebiotinyleerd lipide in de kamer gebracht en binden ze aan de gestreepte microtubuli en extruderen ze vervolgens LNT's om grootschalige netwerken te vormen in de loop van 15-30 minuten. Deze methode produceert grote, vertakte LNT-netwerken met behulp van standaard laboratoriumapparatuur en reagentia tegen lage kosten11.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Bereiding van voorraad microtubule oplossingen
LET OP: Veiligheidsbril, handschoenen en een laboratoriumjas moeten altijd worden gedragen tijdens het protocol.
2. Bereiding van gigantische unilamellaire blaasjes (GUVs)

3. Bereiding van motiliteitstestvoorraden en reagentia
4. Glijdende motiliteitstest (GMA)
5. LNT-netwerkkarakterisering
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
LNT-netwerken (figuur 4) werden vervaardigd met behulp van het beschreven protocol, dat het werk gebruikt dat wordt uitgevoerd door kinesinetransport van microtubuli om LNT's uit GUVs te extruderen. In het kort werden GUVs bereid met behulp van agarose gel rehydratie met behulp van sucrose-oplossing, en microtubuli werden gepolymeriseerd in GPEM-oplossing en gestabiliseerd in BRB80T. Vervolgens werden kinesinemotoren in een stroomcel geïntroduceerd die een actieve laag motoren op het oppervl...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
LNT-netwerken zijn een nuttig hulpmiddel voor in vitro studies naar membraaneigenschappen en het transport van biomoleculen zoals transmembraaneiwitten. Bovendien maakt het gebruik van complexe lipideformuleringen om LNT-netwerken te fabriceren meer biologisch relevante studies mogelijk. Andere fabricagestudies hebben 1) eenvoudige lipideformuleringen en multilamellaire blaasjes of 2) meer omslachtige motiliteitstechnieken gebruikt om netwerken te fabriceren van GUVs die bestaan uit complexe lipideformuleringen. De hier ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Sandia National Laboratories is een multi-missie laboratorium beheerd en beheerd door National Technology &Engineering Solutions van Sandia, LLC., een volledige dochteronderneming van Honeywell International, Inc., voor de Amerikaanse DOE's National Nuclear Security Administration onder contract DE-NA-0003525. Dit artikel beschrijft objectieve technische resultaten en analyses. Alle subjectieve opvattingen of meningen die in de paper kunnen worden geuit, vertegenwoordigen niet noodzakelijkerwijs de standpunten van het Amerikaanse ministerie van Energie of de regering van de Verenigde Staten.
Dit werk werd ondersteund door het Amerikaanse ministerie van Energie, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering (BES-MSE). Kinesinesynthese en fluorescentiemicroscopie werden uitgevoerd via een gebruikersproject (ZIM) in het Center for Integrated Nanotechnologies, een Office of Science User Facility die wordt beheerd door het Office of Science van het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 100x/1.4 Numerical Aperture Oil Immersion Objective | Olympus | 1-U2B836 | Olympus UPlanSApo 100x/1.40 Oil Objective Infinity Corrected, RMS Thread Werkafstand 0,12 mm |
| 3.0 ND Filter | Olympus | Neutrale dichtheidsfilter | |
| AMP-PNP | Sigma-Aldrich | A2647 | (β,γ-imidoadenosine 5′-trifosfaat) |
| ATP | Sigma-Aldrich | A7699 | Adenosine 5'-trifosfaat dinatriumzout hydraat BioXtra |
| Brightline Pinkel DA/FI/TR/Cy5/Cy7-5X-A000 filter set | Semrock | LED-DA/FI/TR/Cy5/Cy7-5X-A-000 | BrightLine Pinkel filterset, geoptimaliseerd voor DAPI, FITC, TRITC, Cy5 & Cy7 en andere soortgelijke fluoroforen, verlicht met op LED gebaseerde lichtbronnen |
| Caseïne | Sigma-Aldrich | 22090 | Caseïne hydrolysaat voor microbiologie |
| Catalase | Sigma-Aldrich | C9322 | Catalase uit runderlever |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | 288306 | Chloroform watervrij bevat 0,5-1,0% ethanol als stabilisator |
| Cholesterol | Avanti | 700000P | cholesterol (schapenwol, >98%) (poeder) |
| D-Glucose | Sigma-Aldrich | G7021 | D-(+)-Glucose poeder, BioReagent, geschikt voor celcultuur, geschikt voor insectencelcultuur, geschikt voor plantencelcultuur, ≥99,5% |
| DOPC | Avanti | 850375C | 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-fosfocholine (in chloroform) |
| DOPE-Biotin | Avanti | 870282C | 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-fosfoethanolamine-N-(biotinyl) (natriumzout) |
| DPPC | Avanti | 850355P | 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-fosfocholine (poeder) |
| DPPE-Biotin | Avanti | 870285P | 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-fosfoethanolamine-N-(biotinyl) (natriumzout) |
| DTT | Sigma-Aldrich | 43816 | DL-Ditiotreitol oplossing 1 M |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | EGTA, Egtazic zuur, Ethylene-bis(oxyethyleenitrilo)tetraazijnzuur, Glycol ether diamine tetraazijnzuur |
| Glucose Oxidase | Sigma-Aldrich | G6125 | Glucose Oxidase uit Aspergillus niger Type II, ≥10.000 eenheden/g vaste stof (zonder toegevoegd zuurstof) |
| Glycerol | Fisher | G33 | Glycerol (Gecertificeerd ACS), Fisher Chemical |
| GTP | Sigma-Aldrich | G8877 | Guanosine 5′-trifosfaat natriumzout hydraat |
| IX-81 Olympus Microscope | Olympus | N/A | IX81 Inverted Microscope van Olympus |
| KOH | Sigma-Aldrich | 1050121000 | Kaliumhydroxide |
| Magnesium Chloride | Sigma-Aldrich | M1028 | 1,00 M magnesiumchlorideoplossing |
| Orca Flash 4.0 Digital Camera | Hamamatsu | C13440-20CU | ORCA-Flash 4.0 V3 Digital CMOS camera |
| Oregon Green-DHPE | Invitrogen | O12650 | Oregon Green 488 1,2-Dihexadecanoyl-sn-Glycero-3-Fosfoethanolamine |
| Paclitaxel | ThermoFisher | P3456 | Paclitaxel (Taxol Equivalent) - alleen voor gebruik in onderzoek |
| PIPES | Sigma-Aldrich | P6757 | 1,4-Piperazinediethanesulfonzuur, Piperazine-1,4-bis(2-ethaansulfonzuur), Piperazine-N,N′-bis(2-ethaansulfonzuur) |
| Texas Red-DHPE | Invitrogen | T1395MP | Texas Red 1,2-Dihexadecanoyl-sn-Glycero-3-Fosfoethanolamine, Triethylammoniumzout |
| Trolox | Sigma-Aldrich | 238813 | (±)-6-Hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchromaan-2-carbonzuur |
| Tubulin, Biotin | Cytoskeleton | T333P | Tubuline-eiwit (biotine) varkensbrein |
| Tubulin, Hy-Lite 488 | Cytoskeleton | TL488M | Tubuline-eiwit (fluorescent HiLyte 488) varkensbrein |
| Tubulin, Unlabeled | Cytoskeleton | T240 | Tubuline-eiwit varkensbrein |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen