We presenteren een protocol voor het reconstitueren van membraaneiwitten en het inkapselen van enzymen en andere in water oplosbare componenten in lipideblaasjes van submicrometer en micrometer grootte.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Constructie van metabolische netwerken uit evenwicht in blaasjes ter grootte van nano- en micrometer
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
We presenteren een methode om complexe eiwitnetwerken in blaasjes op te nemen, met integrale membraaneiwitten, enzymen en op fluorescentie gebaseerde sensoren, met behulp van gezuiverde componenten. Deze methode is relevant voor het ontwerp en de bouw van bioreactoren en de studie van complexe metabole reactienetwerken die uit evenwicht zijn. We beginnen met het reconstrueren van (meerdere) membraaneiwitten tot grote unilamellaire blaasjes (LUV's) volgens een eerder ontwikkeld protocol. Vervolgens kapselen we een mengsel van gezuiverde enzymen, metabolieten en op fluorescentie gebaseerde sensoren (fluorescerende eiwitten of kleurstoffen) in via vries-dooi-extrusie en verwijderen we niet-opgenomen componenten door centrifugatie en/of grootte-uitsluitingschromatografie. De prestaties van de metabole netwerken worden in realtime gemeten door de ATP/ADP-verhouding, metabolietconcentratie, interne pH of andere parameters te bewaken door middel van fluorescentie-uitlezing. Onze membraaneiwitbevattende blaasjes met een diameter van 100-400 nm kunnen worden omgezet in reuzen-unilamellaire blaasjes (GUV's), met behulp van bestaande maar geoptimaliseerde procedures. De aanpak maakt het mogelijk om oplosbare componenten (enzymen, metabolieten, sensoren) op te nemen in blaasjes ter grootte van een micrometer, waardoor het volume van de bioreactoren met ordes van grootte wordt opgeschaald. Het metabolische netwerk dat GUV's bevat, zit gevangen in microfluïdische apparaten voor analyse door optische microscopie.
Inleiding
Het vakgebied van bottom-up synthetische biologie richt zich op het bouwen van (minimale) cellen 1,2 en metabole bioreactoren voor biotechnologische 3,4 of biomedische doeleinden 5,6,7,8. De constructie van synthetische cellen biedt een uniek platform dat onderzoekers in staat stelt om (membraan)eiwitten te bestuderen in goed gedefinieerde omstandigheden die die van inheemse omgevingen nabootsen, waardoor opkomende e....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Algemene voorbereiding
- Chemicaliën
- Los lipiden (in poedervorm) op tot 25 mg/ml inCHCl 3 voor het maken van voorgevormde liposomen.
OPMERKING: Het verdient de voorkeur om verse lipidenvoorraden te bereiden, maar de bouillonoplossingen kunnen ook enkele weken bij -20 °C worden bewaard. Het werken met lipiden in poedervorm is nauwkeuriger dan het gebruik van lipiden die al in CHCl3 zijn opgelost. CHCl3 moet worden gehanteerd met behulp van glazen pipetten en/of spuiten en worden bewaard in glazen recipiënten, aangezienCHCl 3 kunststoffen oplost. - Los kleine moleculen (nucleotide....
- Los lipiden (in poedervorm) op tot 25 mg/ml inCHCl 3 voor het maken van voorgevormde liposomen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De reconstitutie van opgeloste membraaneiwitten in liposomen vereist de destabilisatie van voorgevormde blaasjes. De toevoeging van kleine hoeveelheden Triton X-100 resulteert in eerste instantie in een toename van de absorptie bij 540 nm (A540) als gevolg van een toename van de lichtverstrooiing door de zwelling van de blaasjes (Figuur 4). De maximale A540-waarde is het punt waar de liposomen verzadigd zijn met wasmiddel (Rsat), waarna elke verdere .......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
We presenteren een protocol voor de synthese van (membraan)eiwit met lipideblaasjes van minder dan een micrometer grootte (proteoLUV's), en de omzetting van proteoLUV's in reus-unilamellaire blaasjes (proteoGUV's). Het protocol moet van toepassing zijn op de reconstitutie van andere membraaneiwitten 13,19,30,40 en de inkapseling van andere metabole netwerken dan de hier gepresenteerde L-arginineafbraak- en glycerol-3-fosfaatsyntheseroutes.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren geen concurrerend financieel belang.
Dankbetuigingen
De auteurs bedanken Aditya Iyer voor het klonen van het pBAD-PercevalHR-gen en Gea Schuurman-Wolters voor haar hulp bij de productie en zuivering van eiwitten. Het onderzoek werd gefinancierd door het NWO Zwaartekracht programma "Building a Synthetic Cell" (BaSyC).
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Agarose | Sigma Aldrich | A9414-25g | |
| Amicon cut-off filter | Sigma Aldrich | Milipore centrifugal filter units Amicon Ultra | |
| BioBeads | BioRad | 152-3920 | |
| CHCl3 | Macron Fine Chemicals | MFCD00000826 | |
| D(+)-Glucose | Formedium | - | |
| D(+)-Sucrose | Formedium | - | |
| DDM | Glycon | D97002 -C | |
| Diethyl Ether | Biosolve | 52805 | |
| DMSO | Sigma-Aldrich | 276855-100ml | |
| DOPC | Avanti | 850375P-1g | |
| DOPE | Avanti | 850725P-1g | |
| DOPG | Avanti | 840475P-1g | |
| DTT | Formedium | DTT005 | |
| EtOH | J.T.Baker Avantor | MFCD00003568 | |
| Extruder | Avestin Inc | LF-1 | |
| Fluorimeter | Jasco | Spectrofluorometer FP-8300 | |
| Glycerol | BOOM | 51171608 | |
| Gravity flow column | Bio-Rad | 732-1010 | |
| Hamilton syringe 100 µL | Hamilton | 7656-01 | |
| Hamilton syringe 1000 µL | Hamilton | 81320 | |
| Handheld LCP dispenser | Art Robbins Instruments | 620-411-00 | |
| Handheld Sonicator | Hielscher Ultrasound Technology | UP50H | |
| HCl | BOOM | x76021889.1000 | |
| Imidazole | Roth | X998.4-250g | |
| K2HPO4 | Supelco | 1.05099.1000 | |
| KCl | BOOM | 76028270.1 | |
| KH2PO4 | Supelco | 1.04873.1000 | |
| Kimwipe | Kimtech Science | 7552 | |
| Large Falcon tube centrifuge | Eppendorf | Centrifuge 5810 R | |
| L-Arginine | Sigma-Aldrich | A5006-100G | |
| Light microscope | Leica | DM LS2 | |
| L-Ornithine | Roth | T204.1 | |
| LSM Laser Scanning Confocal Microscope | Zeiss | LSM 710 ConfoCor 3 | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M2670-1KG | |
| Microfluidic chip | Homemade | PDMS based | DOI: https://doi.org/10.1039/C8LC01275J |
| Na-ADP | Sigma-Aldrich | A2754-1G | |
| NaCl | Supelco | 1.06404.1000 | |
| Nanodrop Spectrometer | Isogen Life Science | ND-1000 spectrophotometer NanoDrop | |
| NaOH | Supelco | 1.06498.1000 | |
| Needles for GUVs | Henke-Ject | 14-14575 | 27 G x 3/4'' 0.4 x 20 mm |
| Needles for microfluidics | Henke-Ject | 14-15538 | 18 G x 1 1/2'' 1.2 x 40 mm |
| Ni2+ Sepharose | Cytiva | 17526802 | |
| Nigericin | Sigma-Aldrich | N7143-5MG | |
| Nutator | VWR | 83007-210 | |
| Osmolality meter | Gonotec Salmenkipp | Osmomat 3000 basic freezing point osmometer | |
| Plasmacleaner | Plasma Etch | PE-Avenger | |
| Polycarbonate filter | Cytiva Whatman | Nuclepor Track-Etch Membrane Product: 10417104 | 0.4 µm |
| Polycarbonate ultracentrifuge tube | Beckman Coulter | 355647 | |
| Pyranine | Acros Organics | H1529-1G | |
| Quartz cuvette (black) | Hellma Analytics | 108B-10-40 | |
| Sephadex G-75 resin | GE Healthcare | 17-0050-01 | |
| Sonicator | Sonics Sonics & Materials INC | Sonics vibra cell | |
| Syringe filter | Sarstedt | Filtropur S plus 0.2 | 0.2 µm |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | A-42467 | |
| Tabletop centrifuge | Eppendorf | centrifuge 5418 | |
| Teflon spacer | Homemade | Teflon based | 45 x 26 x 1.5 or 45 x 26 x 3 or 20 x 20 x 3 mm |
| Tris | PanReac AppliChem | A1086.1000 | |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | T8787-100 ml | |
| Ultracentrifuge | Beckman Coulter | Optima Max-E | |
| UV lamp | Spectroline | ENB-280C/FE | |
| UV/VIS Spectrometer | Jasco | V730 spectrophotometer | |
| Valinomycin | Sigma-Aldrich | V0627-10MG | |
| Widefield fluorescence microscope | Zeiss | AxioObserver | |
| β-Casein | Sigma Aldrich | C5890-500g |
Referenties
- Hirschi, S., Ward, T. R., Meier, W. P., Müller, D. J., Fotiadis, D. Synthetic biology: bottom-up assembly of molecular systems. Chem Rev. 122 (21), 16294-16328 (2022).
- Ivanov, I., et al. Bottom-up synthesis of artificial cells: recent highlights and future ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
