1. Połącz lipidy i wytwórz film lipidowy
- Pracując w dygestorium przy minimalnym oświetleniu, lipidy rozpuszczone w chloroformie przenosi się do 1,5 ml bursztynowej fiolki szklanej, używając do tego szczelnej szklanej strzykawki Hamiltona przepłukanej chloroformem. Taka kombinacja pozwoli uzyskać około 4 mg lipidów (Rysunek 1A).
- Kardiolipina 10 mg/ml (CL) - 63 μl
- Fosfatydylocholina 10 mg/ml (PC) - 84 μl
- Fosfatydyloetanoloamina 10 mg/ml (PE) - 125 μl
- Fosfatydyloinozytol 10 mg/ml (PI) - 59,5 μl
- Fosfatydyloseryna 10 mg/ml (PS) - 65 μl
- Aby usunąć chloroform, skieruj delikatny strumień gazu obojętnego (np. azot lub argon) do wnętrza fiolki. Po wyschnięciu, co zazwyczaj zajmuje od 2 do 3 godzin, na dnie i ściankach fiolki pojawi się widoczna warstwa lipidowa (Rysunek 1A).
2. Przygotowanie roztworu liposomów
- W probówkach do mikrowirówki o pojemności 1,7 ml przygotować 500 μl 12,5 mM ANTS w buforze LUV (0,2 mM EDTA, 10 mM HEPES [pH 7], 200 mM KCl, 5 mM MgCl2 ) oraz 500 μl 45 mM DPX w buforze LUV (Rysunek 1B).
- Połączyć roztwory ANTS i DPX, wymieszać w wirówce vortex przez 1 min i poddać sonikacji przez 1 min w temperaturze pokojowej. Sonikację przeprowadza się w ultradźwiękowej kąpieli wodnej (np. Branson 3510MTH, bez konkretnych ustawień, po prostu „włączony”). Zapewnia to całkowite rozpuszczenie i homogeniczność roztworów.
- Dodać roztwór ANTS/DPX do filmu lipidowego i szczelnie zamknąć fiolkę parafilmem (Rysunek 1B).
- Poddać film lipidowy sonikacji w wyżej wspomnianej kąpieli wodnej przez 5 min. Po sonikacji roztwór będzie miał mleczny wygląd. Należy upewnić się, że film lipidowy został całkowicie rozpuszczony, ponieważ małe agregaty lipidowe negatywnie wpłyną na kolejne etapy. Należy również sprawdzić ścianki i dno fiolki, aby upewnić się, że nie pozostały żadne fragmenty filmu lipidowego (Rysunek 1B).
3. Ekstruzja i oczyszczanie liposomów
- Złożyć ekstruder zgodnie z wytycznymi producenta, używając buforu LUV do nawilżenia podpórek filtra i membrany poliwęglanowej. Dokręcić obudowę urządzenia tak, aby nie doszło do ubytku objętości podczas ekstruzji, ale nie zbyt mocno, aby nie przerwać membrany. Wskazane jest również przetestowanie ekstrudera za pomocą buforu LUV w celu upewnienia się, że nie ma wycieków ani innych problemów.
- Zacząć od umieszczenia roztworu lipidów w prawym strzykawce, przeprowadzić ekstruzję roztworu lipidów 31 razy; LUV zostaną zgromadzone w lewej strzykawce, co zapewni, że wszystkie lipidy przeszły przez membranę przynajmniej raz. Pierwsze kilka przejść może wymagać nieco większego nacisku, aby przejść przez membranę. Jeśli roztwór nagle zacznie szybko przepływać przez membranę, należy sprawdzić, czy membrana nie uległa przerwaniu i w razie potrzeby ją wymienić (Ryc. 1C).
- Przygotować kolumnę do przepływu grawitacyjnego Sepharose S-500 o pojemności 10 ml (1,0 cm x 20 cm, objętość złoża 10 ml). Przemyć kolumnę 3 objętościami buforu LUV, poczekać do zatrzymania przepływu i założyć zatyczkę. Ponieważ ten krok zajmuje trochę czasu, zaleca się rozpocząć płukanie w momencie, gdy lipidy są łączone w celu wysuszenia. Kolumnę należy trzymać z zamkniętą zatyczką do momentu użycia.
- Dodać wyekstrudowane LUV do kolumny w jednym kroku, unikając zaburzenia powierzchni złoża. Pozostawić bufor do wypłynięcia z kolumny, aż przepływ się zatrzyma, a następnie założyć zatyczkę. Ostrożnie napełnić kolumnę buforem LUV. Ponownie, należy zachować ostrożność podczas dodawania buforu, aby nie naruszyć złoża (Ryc. 1C).
- Zdjąć zatyczkę i zebrać 6 frakcji po 1 ml. LUV zazwyczaj eluiują w frakcjach 3 i 4 i można je rozpoznać po mętnej postaci. Po zebraniu frakcji przemyć kolumnę 5 objętościami wody oraz 2 objętościami 20% etanolu. Przechowywać kolumnę w temperaturze 4 °C (Ryc. 1C).
- Przechowywać frakcje w temperaturze 4 °C w ciemności do momentu analizy.
4. Testowanie frakcji kolumnowych
- Następnie frakcje kolumnowe testuje się pod kątem fluorescencji, porównując bufor LUV oraz bufor LUV uzupełniony o 0,5% CHAPS. Frakcje, w których fluorescencja wzrasta pod wpływem obecności CHAPS, zawierają LUV. Do sześciu dołków pipetuje się po 100 μl buforu LUV lub buforu LUV + 0,5% CHAPS, a następnie dodaje 5 μl odpowiedniej frakcji i miesza. We wszystkich badaniach LUV należy stosować nieprzezroczyste, czarne, niepowlekane płytki 96-dołkowe (Ryc. 1D).
- Płytkę odczytuje się w temperaturze 37 °C przy następujących parametrach: długość fali wzbudzenia: 355 nm; długość fali emisji: 520 nm; wzmocnienie (napięcie): 125; pozycja optyki: góra (Top); wysokość odczytu: 5,5 mm. Taka konfiguracja dotyczy urządzenia BioTek H1 Synergy z oprogramowaniem Gen 5 2.0 (Ryc. 1D).
- Frakcje 3 i 4 zazwyczaj wykazują 5–10-krotny wzrost fluorescencji. Po analizie frakcje zawierające LUV należy połączyć i przechowywać w temperaturze 4 °C w ciemności; zostanie oczyszczone około 2 ml lipidów o stężeniu ~ 2 mM (Ryc. 1D).
5. Badania nad rodziną białek BCL-2 z wykorzystaniem LUV
- Białka BCL-2 są testowane pod kątem ich zdolności do bezpośredniego indukowania permeabilizacji LUV oraz regulacji aktywności permeabilizującej. Testy LUV są zazwyczaj przeprowadzane w objętościach 100 μl, w temperaturze 37 °C i mogą być analizowane albo w jednym punkcie czasowym po 30 - 60 min (Rysunki 2A-C, 3A-B), albo poprzez badania kinetyczne co 1 - 2 min przez maksymalnie 1 h (Rysunek 2D). Przedstawiono reprezentatywny schemat testu opisujący składniki, stężenia początkowe/końcowe oraz kolejność dodawania (Tabela 1). Zaleca się również, aby czytnik mikropłytek delikatnie wstrząsał płytką przed każdym odczytem. Pierwsze kilka minut często daje sporadyczne odczyty (prawdopodobnie z powodu zmian temperatury, mieszania itp.), dlatego w badaniach kinetycznych zazwyczaj analizujemy punkty danych po 2 - 3 odczytach. Często zdarza się również uzyskanie dużych słupków błędów dla niektórych warunków ze względu na zmienność partii LUV oraz wydajność oddziaływań białkowych przy granicznych stężeniach aktywacji lub inhibicji.
- Zapasy białek z rodziny BCL-2 należy rozcieńczyć w buforze LUV do stężenia 100x; konieczne miareczkowania BAX, BID oraz wszystkich pozostałych białek przeprowadza się w celu znalezienia najniższych stężeń niezbędnych do wykrycia minimalnej, zależnej od BAX permeabilizacji LUV wobec braku BID, a także znaczącej synergii między BAX a BID. Ponadto wszystkie pozostałe białka wymagają miareczkowania w celu ograniczenia strat białka i zminimalizowania stężeń kolejno dodawanych białek.
6. Reprezentatywne wyniki
Istnieje wiele możliwości obserwacji i badania regulacji permeabilizacji LUV zależnej od rodziny BCL-2. W celu przygotowania pozytywnej kontroli permeabilizacji LUV stosujemy BAX12 aktywowany detergentem. Detergent, n-octyl-β-D-glukozyd (OG), sztucznie wywołuje aktywację BAX (dla 100 μl OG-BAX o stężeniu 2,3 μM: 5 μg BAX + 0,7% OG w buforze LUV, inkubować przez 60 min w 4 °C, podzielić na alykwoaty i przechowywać w -80 °C), w związku z czym OG-BAX (10 - 100 nM) może być użyty jako wiarygodna kontrola pozytywna. Należy zauważyć, że stężenia OG poniżej 0,025% nie wpływają bezpośrednio na permeabilizację LUV. Obróbka 0,5% CHAPS jest stosowana do wyznaczenia maksymalnej fluorescencji LUV na jeden test, a wartość ta przyjmuje poziom 100%. Wszystkie próby należy przygotować w trzech powtórzeniach. Przykład organizacji testu kontrolnego LUV przedstawiono w Table 1, a odpowiadające mu dane zaprezentowano na Figure 2A.
Koniecznym punktem wyjścia w badaniu permeabilizacji LUV przez białka z rodziny BCL-2 jest ustalenie stężeń BAX i BID, które zapewnią optymalne uwalnianie. Ponieważ poszczególne preparaty białek wykazują różną aktywność permeabilizacji w tle, zaleca się przeprowadzenie miareczkowania przed rozpoczęciem bardziej zaawansowanych analiz. Należy miareczkować BAX (50 - 200 nM) oraz BID (0 - 10 nM) w celu uzyskania minimalnego uwalniania w tle oraz optymalnej synergii, odpowiednio zgodnie z rysunkami 2B-C. Różne formy białka BID można nabyć od R&D Systems; alternatywnie, peptyd domeny BH3 białka BID jest dostępny w firmie Anaspec. Nie istnieje komercyjna forma BAX odpowiednia do testów z LUV, w związku z czym musi on zostać wyekspresowany i oczyszczony zgodnie z opublikowanymi metodami3,13.
Po ustaleniu stężeń BAX i BID oraz ich synergii, powszechnie stosowanym testem jest określenie wpływu białek antyapoptotycznych na zależną od BAX i BID permeabilizację LUV. BCL-xL jest komercyjnie dostępnym członkiem rodziny BCL-2 o działaniu antyapoptotycznym, który w sposób zależny od dawki hamuje aktywność BAX i BID, zazwyczaj w zakresie 5-10-krotnego nadmiaru molowego względem BAX lub BID (Rycina 3A). Efekt hamujący ten można odwrócić poprzez dodanie kolejnych białek typu BH3-only (2-5-krotny nadmiar molowy względem BCL-xL) lub peptydów domeny BH3 (5-10-krotny nadmiar molowy względem BCL-xL), które wiążą się z BCL-xL, umożliwiając tym samym BAX i BID wykazanie synergii i permeabilizację LUV (Rycina 3B). Na Rycynie 3B przedstawiamy efekt pełnowymiarowego rekombinowanego ludzkiego białka PUMAβ; peptyd domeny BH3 białka PUMA wykazuje podobne działanie funkcjonalne (dane nie pokazano)8. Eksperyment ten jest powszechnie nazywany „testem zniesienia represji” (de-repression assay), ponieważ białko PUMA znosi hamujący wpływ BCL-xL na BAX i BID. W warunkach idealnych dodanie znoszącego represję białka/peptydu BH3-only powinno mieć minimalny wpływ na aktywację BAX14.

Rycina 1. (A) Lipidy rozpuszczone w chloroformie są łączone, suszone w celu utworzenia filmu lipidowego i zamykane. (B) Przygotowuje się roztwory ANTS i DPX, łączy je i poddaje sonikacji, aby zapewnić pełne rozpuszczenie i homogenizację. Roztwór dodaje się do filmu lipidowego, fiolkę uszczelnia parafilmem i sonikuje przez 5 min w łaźni wodnej. Roztwór przybierze teraz mleczny wygląd. (C) Sonikowany roztwór lipidowy jest wprowadzany do mini-ekstrudera, przetwarzany 31 razy i nanoszony na przygotowaną kolumnę Sepharose S-500 w celu późniejszego oczyszczania. (D) Frakcje uzyskane po chromatografii wykluczania cząsteczkowego są analizowane poprzez porównanie względnych jednostek fluorescencji (RFUs) w buforze LUV oraz w buforze LUV + 0.5% CHAPS. Odczyt dla „buforu LUV” wskazuje fluorescencję tła z nienaruszonymi LUV; warunek „bufor LUV + 0.5% CHAPS” wykaże wzrost fluorescencji wywołany lizą, co świadczy o obecności LUV. Frakcje 3 i 4 zazwyczaj zawierają LUV i są łączone po analizie. Frakcje 5 i 6 zawierają nieinkorporowany ANTS (tzn. znajdujący się poza LUV po ekstruzji), który wykazuje wysoką fluorescencję niezależną od obecności CHAPS. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną rycinię.

Rysunek 2. Eksperymenty kontrolne z rodziną BCL-2 oraz miareczkowania BAX/BID z użyciem LUV. (A) Eksperymenty kontrolne. LUV traktowano samym buforem do LUV, 0,025% oktyloglukozydem „OG”, 50 nM BAX lub 50 nM OG-BAX. LUV inkubowano przez 60 min w 37 °C. Procent (%) permeabilizacji wyznaczono poprzez odjęcie fluorescencji w próbce traktowanej buforem od wszystkich pozostałych próbek; 100% permeabilizacji wyznaczono na podstawie próbki solubilizowanej w 0,5% CHAPS; wartości eksperymentalne podzielono przez wartość dla CHAPS, aby uzyskać % permeabilizacji LUV. OG-BAX to BAX aktywowany detergentem, który stanowi wiarygodną kontrolę pozytywną permeabilizacji LUV. (B) Wyznaczenie optymalnego stężenia BAX. LUV traktowano rosnącymi stężeniami BAX (50 – 200 nM) w obecności 10 nM C8-BID „BID” lub samym buforem. (C) Wyznaczenie optymalnego stężenia BID. LUV traktowano rosnącymi stężeniami BID (0 – 10 nM) w obecności 100 nM BAX. (D) Przykład zbioru danych kinetycznych permeabilizacji LUV. LUV traktowano BAX (100 nM) ± BID (10 nM). Odczyty wykonywano co dwie minuty przez 30 min, poprzedzając każdy odczyt dwusekundowym łagodnym wstrząsaniem płytki. Pierwsze trzy odczyty (0, 2 i 4 min) nie zostały uwzględnione na wykresie. Minimalne i maksymalne względne jednostki fluorescencji (RFU) wyznaczono zgodnie z opisem w sekcji 4.3. Słupki błędów na Rysunkach 2A-C reprezentują odchylenie standardowe z danych z trzech powtórzeń. Dane na rysunku 2D reprezentują test wykonany w dwóch powtórzeniach.

Rysunek 3. Przykłady typowych oddziaływań białek rodziny BCL-2 badanych z użyciem LUV. (A) Permeabilizacja LUV indukowana przez BAX i BID jest hamowana przez BCL-xL. LUV inkubowano z 100 nM BAX, 10 nM BID oraz rosnącymi stężeniami BCL-xL (0 - 500 nM). Inkubację LUV prowadzono przez 60 min w 37 °C. (B) PUMA znosi represyjny wpływ BCL-xL, promując funkcję BAX i BID. LUV inkubowano przez 60 min w 37 °C z kombinacjami 100 nM BAX, 10 nM BID, 500 nM BCL-xL oraz (0 - 2,5 μM) PUMA. PUMA w stężeniu 2,5 μM zastosowano w przypadku BAX samego. Słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe z pomiarów wykonanych w trzech powtórzeniach.
| Kolejność dodawania: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| WARUNKI | LUV
Bufor | OG
(0.7%) | BAX
(2.3 μM) | OG-BAX
(2.3 μM) | CHAPS
(10%) | LUV (duże jednowarstwowe pęcherzyki)
(2 mM) | ŁĄCZNIE |
| Bufor | 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 |
Tabela 1. Przykład testu kontrolnego w celu określenia wpływu OG-BAX na permeabilizację LUV.