$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Oksydazę cytochromu bo3 z E. coli wyrażano z plazmidu pETcyo w szczepie E. coli C43 (DE3) ΔcyoABCDE i oczyszczano zgodnie z wcześniejszym opisem29. Oczyszczoną oksydazę bo3 stosowano bezpośrednio do rekonstytucji i pomiarów aktywności lub oznaczano fluoroforami, takimi jak ATTO 643 (niniejsze badanie) lub innymi fluoroforami ATTO1,15. W przypadku bardzo hydrofilowych fluoroforów, takich jak ATTO 643, zastosowano kolumnę o długości 30 cm w celu osiągnięcia efektywnej separacji niezwiązanego fluoroforu z oznaczonym białkiem (Rysunek 3A). Stopień oznaczenia (DOL), obliczony na podstawie widm absorpcji, zazwyczaj wynosił od 1,1 do 1,3 cząsteczek fluoroforu na enzym, w zależności od stosowanego fluoroforu ATTO. W przypadku oksydazy bo3 oznaczonej ATTO 643, DOL wynosił 1,16 (Rysunek 3B).
Do rekonstytucji białka LUV-y przygotowywano najpierw metodą nawadniania cienkowarstwowego, a następnie cyklami zamrażania-odmrażania i wyciskaniem, aby uzyskać jednorodne rozmiary pęcherzyków. W przypadku polimerosomów bufor nawadniający uzupełniano detergentem. Rozkłady wielkości pęcherzyków analizowano za pomocą dynamicznego rozpraszania światła przed rekonstytucją (Rysunek 4, Tabela 2). Zarówno hybrydowe jak i polimerowe LUV-y charakteryzowały się przeciętnymi średnicami 85–95 nm z wąskim rozkładem wielkości (PDI < 0,2). Oczekuje się, że pęcherzyki na bazie PDMS-g-PEO będą nieco mniejsze niż średnica porów membrany wyciskającej. Typowe polimerosomy wykazywały bardzo jednorodne rozmiary, z wartościami PDI poniżej 0,1, podczas gdy hybrydowe pęcherzyki tworzyły dość jednorodne populacje o wartościach PDI okazjonalnie powyżej 0,1, ale zawsze poniżej 0,2.
Białko błonowe oksydaza bo3 zostało następnie wprowadzone do LUV-ów w obecności detergentu (w tym badaniu cholan sodu). Detergent następnie usuwano za pomocą kul Bio-Beads. Po rekonstytucji rozmiar polimerosomów zwiększył się nieznacznie (Rysunek 4A), podczas gdy rozmiar hybrydowych pęcherzyków pozostał niezmieniony (Rysunek 4B). W obu układach zaobserwowano niewielką zmianę PDI (Tabela 2). Takie niewielkie zmiany wielkości są oczekiwane, ponieważ solubilizacja i usuwanie za pośrednictwem detergentu mogą reorganizować łańcuchy polimerowe w błonie. Aktywność białka oceniano poprzez pomiar zużycia tlenu, co wskazuje, czy białko zachowało funkcjonalną aktywność (Rysunek 5A). Brak zużycia tlenu w kontroli ujemnej LUV-ów wolnych od białka potwierdza, że obserwowany sygnał pochodzi specyficznie od aktywności oksydazy bo3. Przy rekonstytucji z zastosowaniem cholanatu sodu w stężeniach stosowanych tutaj, aktywność białka była zazwyczaj nieznacznie wyższa w hybrydowych pęcherzykach niż w polimerosomach (Rysunek 5B). Pewną zmienność aktywności białka obserwowano między partiami czyszczenia, a nawet między frakcjami w obrębie tej samej partii. Dlatego w badaniach porównawczych – takich jak porównywanie aktywności białka w różnych układach błonowych – należy stosować tę samą frakcję oczyszczonego białka, aby zapewnić spójność.
Aby wygenerować funkcjonalne białkowo PDMS-g-PEO i PDMS-g-PEO/soy PC GUV-y, zastosowano podejście fuzja-elektroformacja. W tej metodzie proteo-LUV-y mieszano z LUV-ami wolnymi od białka i nakładano na szklanych slajdów pokrytych ITO, po czym przeprowadzano częściowe odwodnienie, aby wspomóc fuzję pęcherzyków i utworzenie warstwy polimeru/białka lub polimeru/lipidu/białka. Niewystarczające odwodnienie prowadziło do niskiego wydajności GUV-ów, mniejszego rozmiaru GUV-ów i obecności niezfuzowanego (proteo-)LUV-ów.
Pomyślne włączenie oznaczonego białka, oksydazy bo3-ATTO 643, do błony potwierdzono za pomocą mikroskopii konfokalnej po sedymentacji GUV-ów w stężonym gradientzie składającym się z sacharozy i glukozy (Rysunek 6A, B). Określanie fluorescencyjności związanej z błoną za pomocą prostej linii profilu może być stronnicze, ponieważ mierzona intensywność zależy od kąta, pod jakim narysowano linię. Aby zminimalizować ten efekt, intensywność fluorescencyjności oceniano za pomocą wielokąta narysowanego wzdłuż całej kontury błony każdego GUV-u.
Aby ocenić możliwe korelacje między wielkością pęcherzyka a włączeniem białka, analizowano średnicę GUV-ów równolegle (Rysunek 6C, D).