29 grudnia 2023
Protokół krok po kroku do wytwarzania siatek powinowactwa streptawidyny jest dostępny do wykorzystania w badaniach strukturalnych trudnych próbek makromolekularnych za pomocą mikroskopii krioelektronowej.
W ostatnim czasie dokonano wielu postępów technologicznych w cryo-EM, w tym postęp w samym sprzęcie mikroskopowym, który poprawia ogólną jakość obrazów, a także rozwój oprogramowania używanego do przetwarzania obrazów krio-EM, które może zacząć radzić sobie z dużymi ilościami niejednorodności obecnych w wielu próbkach. Przygotowanie próbek pozostaje jednym z największych wąskich gardeł w krio-EM. Ilość próbki może być ograniczona, a białka mają tendencję do adsorpcji na hydrofobowym granicy faz powietrze-woda podczas witryfikacji.
Może to prowadzić do denaturacji próbki, rozpadu większych kompleksów białkowych i preferowanych orientacji cząstek, które są obecne na obrazach krio-EM. Siatki te wykorzystują oddziaływanie o wysokim powinowactwie między streptawidyną a biotyną do wiązania biotynylowanych próbek i ochrony ich przed hydrofobowym interfejsem powietrze-woda. Możemy pracować z bardzo małymi ilościami próbek, a losowa biotynylacja próbek oferuje strategię przezwyciężenia problemów z orientacją preferencyjną, które można zaobserwować przy użyciu innych warstw nośnych.
Na początek wyczyść obszar stołu 70% etanolem, a następnie kilkakrotnie przepłucz szklaną strzykawkę o pojemności pięciu mikrolitrów chloroformem. Umyj kratki odparowane węglem 100% etanolem tuż przed użyciem. Wysuszyć kratki na czystej bibule filtracyjnej.
W międzyczasie umyj każdą pęsetę antykapilarną 100% chloroformem, a następnie 100% etanolem. Przygotuj trzy 50-mikrolitrowe krople buforu krystalizacyjnego po czystej stronie Parafilmu dla każdej siatki, która ma być przygotowana. Napełnij pokrywkę buforem krystalizacyjnym i przetrzyj powierzchnię 35-milimetrowej, niepowlekanej szalki Petriego papierem do soczewek.
Rozsyp wystarczającą ilość talku klasy naukowej na obwodzie szalki Petriego. Zanurz końcówkę pipety o pojemności 200 mikrolitrów w oleju rycynowym, aby zebrać średniej wielkości kroplę. Przyłóż kroplę do powierzchni bufora na szalce Petriego.
Przepłukać szklaną strzykawkę o pojemności pięciu mikrolitrów dwukrotnie rozpuszczonym lipidem przed pobraniem podwielokrotności. Następnie delikatnie przyłóż wiszącą 0,5-mikrolitrową kroplę lipidu do powierzchni oleju rycynowego, tworząc pośrodku monowarstwę lipidową. Przygotuj talerz z kilkoma sekwencyjnymi kroplami płynu.
Podnieś siatkę za pomocą pęsety antykapilarnej tak, aby proste ramię pęsety i strona siatki odparowana przez węgiel były skierowane w stronę monowarstwy. Aby przenieść monowarstwę, przyłóż odparowaną przez węgiel stronę siatki do monowarstwy na jedną do dwóch sekund. Przyłóż kulistą pokrywę buforu kolejno do trzech 50-mikrolitrowych kropli buforu krystalizacyjnego umieszczonych na Parafilmie.
Dodać cztery mikrolitry streptawidyny do pozostałej kulistej pokrywy buforu na siatce. Inkubować siatkę w temperaturze pokojowej przez dwie godziny w komorze wilgotnościowej. Przygotuj 300-mikrolitrową kroplę buforu do płukania po czystej stronie Parafilmu.
Umieść siatkę na 300-mikrolitrowej kropli buforu do płukania, aby umyć niezwiązaną streptawidynę. Aby podnieść siatkę, wbij w kroplę załamane ramię suchej pęsety antykapilarnej. Osusz siatkę bibułą filtracyjną, połóż ją złotą stroną do dołu i susz przez 15 do 20 minut.
Po wysuszeniu odwróć siatkę tak, aby złota strona była skierowana do góry. Umieść kratki w parowniku węglowym, aby dodać cienką warstwę węgla na złotą stronę siatki. Mikrofotografia biotynylowanej próbki zamrożonej za pomocą siatek powinowactwa do streptawidyny wykazała ciągły wzór siatki w tle.
Wzór dyfrakcyjny w szybkiej transformacie Fouriera dodatkowo potwierdził udane formowanie się sieci. Po zebraniu danych kriogenicznych, sygnał dostarczony przez sieć streptawidyny może być obliczeniowo zamaskowany w celu uzyskania odjętego mikrografu. Wyniki szybkiej transformaty Fouriera wykazały, że wzór dyfrakcyjny streptawidyny został pomyślnie usunięty.
Niniejszy artykuł przedstawia szczegółowy protokół wytwarzania siatek z powinowactwem do streptawidyny, które są niezbędne do badań strukturalnych trudnych próbek makromolekularnych z wykorzystaniem kriomikroskopii elektronowej (cryo-EM). Metoda ta rozwiązuje powszechne problemy w przygotowaniu próbek, takie jak denaturacja białek oraz błędy orientacji.
Wytwarzanie siatek z powinowactwem do streptawidyny rozwiązuje uporczywe problemy w przygotowaniu próbek do krio-EM, umożliwiając wysokiej jakości analizę strukturalną makrocząsteczek przy ograniczonej dostępności próbek. Dzięki ograniczeniu denaturacji i artefaktów orientacyjnych na granicy faz powietrze-woda, metoda ta zwiększa pewność predykcyjną we wczesnych etapach odkrywania leków i w procesach biologii strukturalnej. Jej solidny protokół wspiera wdrożenie na poziomie przedsiębiorstwa w przypadku trudnych celów i złożonych kompleksów.
Niniejszy protokół preparatyki łączy etap przygotowania próbek z analizą strukturalną, stanowiąc pomost między wczesnym etapem odkrywania a etapem identyfikacji związków wiodących dla celów strukturalnie trudnych.