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Artigo de método

Reconstituição de uma proteína transmembrana, a voltagem-Ion Channel, KvAP, em Gigante Unilamelares Vesicles para microscopia e de Patch Estudos Grampo

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DOI:

10.3791/52281

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22 de janeiro de 2015

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Neste artigo

Resumo

A reconstituição da proteína transmembranar, KvAP, em vesículas unilamelares gigantes (GUVs) é demonstrada por dois métodos de desidratação-re-hidratação - eletroformação, e inchaço assistida-gel. Em ambos os métodos, vesículas pequenas unilamelares que contêm a proteína são fundidos em conjunto para formar GUVs que pode, em seguida, ser estudadas por microscopia de fluorescência e de patch-clamp electrofisiologia.

Resumo

Gigante Unilamelares vesículas (GUVs) são um sistema biomimético popular para estudar membrana fenômenos associados. No entanto, vulgarmente utilizados protocolos para crescer GUVs deve ser modificado de modo a formar GUVs contendo proteínas transmembranares funcionais. Este artigo descreve dois métodos de desidratação-reidratação - eletroformação e inchaço assistida-gel - para formar GUVs contendo o canal de potássio voltagem-dependentes, KvAP. Em ambos os métodos, a solução de pequenas vesículas unilamelares contendo proteína é parcialmente desidratado para formar uma pilha de membranas, o qual é, em seguida, deixadas inchar em um tampão de reidratação. Para o método da eletroformação, o filme é depositado sobre eléctrodos de platina, de modo que um campo CA pode ser aplicada durante a re-hidratação do filme. Em contraste, o método inchaço assistida-gel usa um substrato de gel de agarose para melhorar a hidratação do filme. Ambos os métodos podem produzir GUVs em (por exemplo, 100 mM), as concentrações baixas (por exemplo, 5 mM) e salinas fisiológicas. Os GUVs resultantes são caracterizados através de microscopia de fluorescência, e a função dos canais reconstituídos medida usando a configuração de patch-clamp de dentro para fora. Enquanto inchaço na presença de um campo eléctrico alternado (eletroformação) dá um rendimento elevado da GUVs livres de defeitos, o método inchaço assistida-gel produz uma distribuição de proteína mais homogénea e não requer nenhum equipamento especial.

Introdução

Ao estudar os princípios físicos que regem os sistemas vivos, as abordagens bottom-up permitem um experimentalista para controlar composição do sistema e outros parâmetros que não são facilmente manipulados em sistemas baseados em células 1. Para os processos baseados em membrana, gigante Vesículas Unilamelares (GUVs, diâmetro ~ 1-100 mm) têm provado ser um sistema muito útil biomiméticos 2-7 como eles são adequados para estudos de microscopia e micromanipulação de 8 - 10. Embora existam muitos protocolos diferentes para produzir GUVs, a maioria se dividem em duas categorias - emulsão base aproxima 11,12 e técnicas baseadas....

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Protocolo

1. Preparação de Solução

  1. Prepare 5 ml de "tampão de SUV contendo 5 mM de KCl, 1 mM de HEPES (pH 7,4) ou TRIS (pH 7,5), e 2 mM de trealose. Filtra-se o tampão com um filtro de seringa de 0,2 um e dividir em alíquotas de 1 ml, que podem ser armazenadas a -20 ° C.
    NOTA: Detalhes adicionais para reagentes e instrumentos são indicados na lista de materiais.
  2. Prepare 40 ml de GUV 'Crescimento Buffer' que vai encher o interior GUV durante a reidratação filme. Para um crescimento "baixo teor de sal", combinar KCl 5 mM, HEPES 1 mM (pH 7,4) ou 1 mM de TRIS (pH 7,5), e ~ 400 mM de sacarose. Para um crescimento 'de sal fisiológico, combinar....

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Resultados

O crescimento de GUVs pode ser rapidamente avaliada examinando a câmara de crescimento sob o microscópio. Para eletroformação, os GUVs tendem a crescer em grupos ao longo dos fios de platina, tal como mostrado na Figura 4. Durante inchaço assistida-gel, GUVs aparecem como estruturas esféricas que crescem rapidamente e fundem em conjunto (Figura 5).

GUVs sem defeitos são mais facilmente identificados e avaliados após a transferência para uma câmara de observa.......

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Discussão

Sistemas de modelos biomiméticos são uma ferramenta importante para o estudo das propriedades e interações de proteínas e membranas. Em comparação com outros sistemas reconstituídos como MBL ou membranas lipídicas suportados, GUV sistemas baseados apresentam várias possibilidades incluindo controlo considerável de composição da membrana, a tensão e a geometria, bem como sendo verdadeiramente livre de óleo. No entanto, a incorporação de proteínas transmembrana, como KvAP, em GUVs requer adaptações significativas de proto.......

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Divulgações

Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

Agradecemos a Susanne Fenz por discutir a possibilidade de reconstituir proteínas por inchaço de agarose, Feng Ching Tsai pelas medições atuais e membros atuais e antigos do grupo Bassereau pelo apoio e assistência. O projeto foi financiado pela Agence Nationale de la Recherche (subvenção BLAN-0057-01), pela Comissão Europeia (NoE SoftComp), pela Université Pierre et Marie Curie (subvenção da FED21, Dynamique des Systèmes Complexes). M.G. foi apoiado por uma bolsa de doutorado internacional do Institut Curie, SA por uma bolsa da Fondation pour la Recherche Médicale, G.E.S.T. por uma bolsa Marie Curie Incoming International Fellowship da Comissão Europeia e uma bolsa d....

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
DPhPC (1,2-difitanoil-sn-glicero-3-fosfocolina)Avanti Polar Lipids 850356P
Ovo PC L-&alfa;-fosfatidilcolina (Ovo, Frango) Avanti Polar Lipids 840051P
PA Ovo L-&alfa;-ácido fosfatídico (Ovo, Frango)Avanti Polar Lipids 840101P
18:1 (δ 9-cis) PC (DOPC) 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfocolinaAvanti Polar Lipids 850375P
Colesterol (lã ovina, >98%) Avanti Polar Lipids 700000P
TRed-DHPEInvirtogenT-1395MPlipídio marcado
BPTR-CeramidaInvirtogenD-7540 lipídio marcado
CholoroformVWR22711.290AnalaR Normapur
AcetonaVWR20066.296AnalaR Normapur
EtanolVWR20821.330AnalaR Normapur
KimwipeKimtech7552
Seringas Hamilton Hamilton Bonaduz AGdiversos
frascos de âmbar e copos de teflonSigmaSU860083 e SU860076
ParafilmVWR291-1214
Tubo de microcentrífugaEppendorfdiverso
AgaroseEuromexLM3 (1670-B, Tg 25.7C, Tm 64C)
SacaroseSigma84097-1kg
Glicose SigmaG8270-1kg
TrehaloseSigmaT9531-25G
KClSigmaP9333-1kg
HepesSigmaH3375-100G
TRISEuromexEU0011-A
OsmômetroWescorVapro
Medidor de pHSchott instrumentosLab850
SonicatorElmasonicS 180 H
Filtro de seringa 0.2 µ mSartorius steimMinisart 16532
Gerador de funçõesTTiTG315
Fios de platinaGoodfellowLS41307499,99+%, d = 0,5 mm
PolitetrafluoretilenoGoodfellow
Dow Corning 'graxa de alto vácuo'VWR1597418
pasta de vedaçãoVitrex medical A/S, DinamarcaREF 140014Sigillum
Wax Cover slides 22 x 40 mm No1.5VWR631-0136
Cover slides 22 x 22 mm No1.5VWR 631-0125
Limpador de plasmaHarrickPDC-32Gairplasma, configuração 'high'Placas de
PetriFalcon BDREF 3530013,5 cm x 1 cm
patch clamp amplificadorAxon instrumentsMulticlamp700B
DAQ CardNational InstrumentsPCI-6221
LabviewVersão National Instruments 8.6
Pipetas de vidro boro silicato OD 1  mm ID 0.58  mmHarvard ApparatusGC100-15
Suporte de EletrodoWarner Instruments Q45W-T10P
MicromanipuladorSutter MP-285
Extrator de pipetasSutter P-2000 
CâmeraProSilica Microscópio Zeiss GC1380
ZeissAxiovert 135
ObjetivaZeiss40X longa distância de trabalho, Contraste de fase
Objetiva Zeiss100X Plan-Apochromat NA 1.3
Conjunto de Filtros GFP (para Alexa-488)HoribaXF100-3
Conjunto de Filtros Cy3 (para TexasRed)HoribaXF101-2
beta-caseínaSigma C6905-1G
Microscópio confocalNikon Eclipse TE 2000-ED-Eclipse C1 cabeça confocal
ObjetivaNikonPlan Fluor 100X NA 1.3
MatlabMathworkspara processamento de imagem e análise dos traços de corrente

Referências

  1. Schwille, P. Bottom-Up Synthetic Biology: Engineering in a Tinkerer’s World. Science. 333 (6047), 1252-1254 (2011).
  2. Aimon, S., et al. Membrane Shape Modulates Transmembrane Protein Distribution. Developmental Cell. 28 (2), 212-218 (2014).

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Reimpressões e permissões

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