Tutaj opisujemy zestaw metod charakteryzujących interakcje białek z błonami komórkowymi lub mikropęcherzykami.
Method Article
Tutaj opisujemy zestaw metod charakteryzujących interakcje białek z błonami komórkowymi lub mikropęcherzykami.
W ludzkim ciele większość głównych reakcji fizjologicznych związanych z odpowiedzią immunologiczną i krzepnięciem krwi zachodzi na błonach komórkowych. Ważnym pierwszym krokiem w każdej reakcji zależnej od błony jest wiązanie białka na błonie fosfolipidowej. Opracowano podejście do badania interakcji białek z błonami lipidowymi przy użyciu białek znakowanych fluorescencyjnie i cytometrii przepływowej. Metoda ta pozwala na badanie oddziaływań białko-błona z wykorzystaniem żywych komórek i naturalnych lub sztucznych pęcherzyków fosfolipidowych. Zaletą tej metody jest prostota i dostępność odczynników oraz sprzętu. W tej metodzie białka są znakowane za pomocą barwników fluorescencyjnych. Można jednak stosować zarówno samodzielnie wyprodukowane, jak i dostępne na rynku, znakowane fluorescencyjnie białka. Po koniugacji z barwnikiem fluorescencyjnym białka inkubuje się ze źródłem błony fosfolipidowej (mikropęcherzykami lub komórkami), a próbki analizuje się za pomocą cytometrii przepływowej. Uzyskane dane można wykorzystać do obliczenia stałych kinetycznych i równowagi Kd. Ponadto możliwe jest oszacowanie przybliżonej liczby miejsc wiązania białek na błonie fosfolipidowej za pomocą specjalnych kulek kalibracyjnych.
Biomembrany oddzielają wewnętrzną zawartość komórek zwierzęcych od przestrzeni pozakomórkowej. Należy pamiętać, że błony otaczają również mikropęcherzyki powstałe podczas cyklu życia komórki i organelle. Błona komórkowa składa się głównie z lipidów i białek. Białka błonowe pełnią funkcje sygnalizacyjne, strukturalne, transportowe i adhezyjne. Jednak dwuwarstwa lipidowa jest również niezbędna do wzajemnego powiązania komórki zwierzęcej z przestrzenią zewnątrzkomórkową. W pracy zaproponowano metodę badania obwodowych oddziaływań białek zewnętrznych z błoną lipidową.
Najbardziej uderzającym przykładem reakcji zachodzących na zewnętrznej warstwie błony komórki zwierzęcej jest reakcja krzepnięcia krwi. Ważną cechą krzepnięcia krwi jest to, że wszystkie główne reakcje zachodzą na błonach fosfolipidowych komórek i mikropęcherzykach powstających z tych komórek, a nie w plazmie1,2,3. Reakcje błonozależne obejmują proces rozpoczęcia krzepnięcia (na błonach komórkowych śródbłonka, śródbłonka w stanie zapalnym lub aktywowanych komórkach odpornościowych, z udziałem czynnika tkankowego), wszystkie reakcje głównej kaskadowej aktywacji czynników IX, X, protrombiny; aktywacja czynnika XI przez trombinę (na błonach aktywowanych płytek krwi, erytrocytów, lipoprotein i mikropęcherzyków); reakcje szlaku białka C; inaktywacja enzymów krzepnięcia (na błonach komórek śródbłonka z udziałem kofaktorów trombomodulinowych, receptora białka C śródbłonka, siarczanu heparanu); oraz reakcje szlaku kontaktowego (na błonach płytek krwi i niektórych mikropęcherzykach z udziałem nieznanych kofaktorów). W związku z tym niemożliwe jest zbadanie krzepnięcia krwi bez zbadania interakcji różnych białek osocza z błoną komórek krwi.
Ten artykuł opisuje metodę opartą na cytometrii przepływowej do charakteryzowania interakcji białek z błonami lipidowymi komórek lub mikropęcherzyków. Podejście to zostało początkowo zaproponowane do zbadania interakcji osocza krwi z płytkami krwi i sztucznymi pęcherzykami fosfolipidowymi. Co więcej, większość badanych białek oddziałuje bezpośrednio z ujemnie naładowanymi fosfolipidami błonowymi, szczególnie z fosfatydyloseryną4,5. Dodatkowo istnieją białka, w których interakcji z błoną pośredniczą specjalne receptory6.
Ważną umiejętnością cytometrii przepływowej jest rozróżnianie wolnych i związanych ligandów bez dodatkowego rozdzielania. Ta cecha cytometrii umożliwia badanie wiązania równowagi ligandów w punkcie końcowym i pomaga w wykonywaniu ciągłych pomiarów kinetycznych. Technika ta jest niewyrafinowana i nie wymaga skomplikowanego przygotowania próbki. Cytometria przepływowa jest aktywnie wykorzystywana do ilościowego badania dynamiki interakcji między fluorescencyjnymi peptydami, receptorami i białkami G w nienaruszonych i przepuszczalnych dla detergentów neutrofilach7. Podejście to ma również zastosowanie do badania interakcji białko-DNA i kinetyki aktywności endonukleazy w czasie rzeczywistym8. Z biegiem czasu metoda ta została wykorzystana do ilościowego badania interakcji białko-białko o wysokim powinowactwie z oczyszczonymi pęcherzykami lipidowymi9 lub, bardziej ogólnie, z białkami błonowymi ulegającymi ekspresji w wysoce wydajnym systemie ekspresji komórek Sf910. Opisano również metody ilościowe charakteryzujące interakcje białko-liposom za pomocą cytometrii przepływowej dla białek transbłonowych11.
Ta technika wykorzystuje samodzielnie wykonane koraliki kalibracyjne, aby uniknąć używania dostępnych na rynku koralików7. Kulki kalibracyjne używane wcześniej7 były przeznaczone do pracy z fluoresceiną, co znacznie ograniczało asortyment dostępnych ligandów fluorescencyjnych na białkach. Ponadto artykuł ten oferuje nowy sposób pozyskiwania i analizowania danych kinetycznych w celu uzyskania rozsądnej rozdzielczości czasowej. Chociaż metoda ta jest opisana dla sztucznych pęcherzyków fosfolipidowych, nie ma oczywistych ograniczeń co do jej zdolności adaptacyjnych do komórek, naturalnych pęcherzyków lub sztucznych pęcherzyków fosfolipidowych o innym składzie lipidowym. Opisana tu metoda pozwala na oszacowanie parametrów oddziaływania (kon, koff) i równowagi (Kd) oraz ułatwia ilościową charakterystykę liczby miejsc wiązania białek na błonie. Należy zauważyć, że ta technika zapewnia przybliżone oszacowanie liczby miejsc wiązania. Zaletami metody są jej względna prostota, dostępność i zdolność adaptacji do komórek natywnych oraz naturalnych i sztucznych mikropęcherzyków.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Znakowanie białek fluorescencyjnych

(2)
(3)
(4)2. Przygotowanie pęcherzyków fosfolipidowych
3. Izolacja płytek krwi z krwi pełnej
4. Wykrywanie interakcji białko - lipid za pomocą cytometrii przepływowej
5. Analiza danych cytometrii przepływowej
(5)
(6)
(7)6. Przeliczanie intensywności fluorescencji na średnią liczbę miejsc wiązania
(8)
(9)
(10)Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Metoda cytometrii przepływowej opisana tutaj jest używana do scharakteryzowania wiązania białek krzepnięcia osocza z aktywowanymi płytkami krwi. Ponadto jako układ modelowy zastosowano pęcherzyki fosfolipidowe PS:PC 20:80. W niniejszej pracy skupiono się głównie na przykładzie sztucznych pęcherzyków fosfolipidowych. Parametry cytometru, w szczególności napięcie lampy fotopowielacza (PMT) i kompensacja, muszą być dobrane dla każdego konkretnego urządzenia, przedmiotu badań (komórki, sztuczne lub naturalne mikropęcherzyki)...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Proponowana metoda może być dostosowana do przybliżonej charakterystyki oddziaływania białek z błonami fosfolipidowymi z różnych źródeł i składów. Opisana tutaj ilościowa cytometria przepływowa poddaje się powierzchniowemu rezonansowi plazmonowemu (SPR) w kilku parametrach. W szczególności ma niższą czułość i rozdzielczość czasową oraz wymaga znakowania fluorescencyjnego białek. Znakowanie fluorescencyjne może prowadzić do zmiany konformacji i utraty aktywności wielu białek i dlatego wymaga starannej kontroli. Jednak ta ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Autorzy byli wspierani przez grant Rosyjskiej Fundacji Naukowej 20-74-00133.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| A23187 | Sigma Aldrich | C7522-10MG | |
| Alexa Fluor 647 NHS Ester (ester sukcynimidylu) | Thermo Fisher Scientific | A37573 | barwnik fluorescencyjny |
| Apyraza z ziemniaków | Sigma Aldrich | A2230 | |
| BD FACSCantoII | BD Bioscience | ||
| albumina surowicy bydlęcej | VWR Nauki przyrodnicze AMRESCO | Am-O332-0.1 | |
| Chlorek wapnia, bezwodny, w proszku, ≥ 97% | Sigma Aldrich | C4901-100G | |
| Spektrometr fluorescencyjny Cary Eclipse | Agilent | ||
| D-(+)-Glucose | Sigma Aldrich | G7528-1KG | |
| DiIC16(3) (1,1'-dihexadecyl-3,3,3',3'-Tetramethylindocarbocyanonine) | Thermo Fisher Scientific | D384 | |
| DMSO | Sigma Aldrich | D8418 | |
| Sól disodowa EDTA | VWR Life Science AMRESCO | Am-O105B-0.1 | |
| FACSDiva | BD Bioscience | oprogramowanie do pozyskiwania danych cytometrycznych | |
| cytometru | FlowJo | Tree Star | |
| HEPES | Sigma Aldrich | H4034-500G | |
| Badania enzymów ludzkiego czynnika X | HFX 1010 | ||
| Chlorowodorek hydroksyloaminy | Panreac | 141914.1209 | |
| L-&alfa;-fosfatydylocholina (mózg, świnia) | Avanti Polar Lipids | 840053P | |
| L-&alfa;-fosfatydyloseryna (mózg, świnia) (sól sodowa) | Avanti Polar Lipids | 840032P | |
| Chlorek magnezu | Sigma Aldrich | M8266-100G | |
| Mini-ekstruder | Avanti Polar Lipids | 610020-1EA | |
| OriginPro 8 SR4 v8.0951 | OriginLab Corporation | Oprogramowanie statystyczne | |
| Tabletki soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS), klasa biotechnologiczna | VWR Nauki przyrodnicze AMRESCO | 97062-732 | |
| Chlorek potasu | Sigma Aldrich | P9541-500G | |
| Prostaglandyna E1 | Cayman Chemical | 13010 | |
| Sephadex G25 | GE Healthcare | GE17-0033-01 | żelowe medium filtracyjne do oczyszczania białek |
| Sepharose CL-2B | Sigma Aldrich | CL2B300-500ML | żelowe medium filtracyjne do oczyszczania płytek |
| krwi Wodorowęglan sodu | Corning | 61-065-RO | |
| Chlorek sodu | Sigma | Aldrich S3014-500G | |
| Fosforan sodu jednozasadowy | Sigma Aldrich | S3139-250G | |
| Kolumny wirowe z membraną 0,2 i mikro; m | Sartorius | VS0171 | |
| Cytrynian trisodowy dwuwodny | Sigma Aldrich | S1804-1KG |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission