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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Métodos simples para detectar a ativação seletiva de proteínas G por receptores acoplados à proteína G continuam sendo um grande desafio na sinalização celular. Aqui, os biossensores de transferência de energia de ressonância Fӧrster (FRET) foram desenvolvidos amarrando um GPCR a peptídeos de proteína G para sondar mudanças conformacionais em concentrações controladas em células vivas.
Fӧrster transferência de energia de ressonância (FRET) à base estudos têm se tornado cada vez mais comum na investigação de sinalização de GPCR. Nosso grupo de pesquisa desenvolveu um sensor de FRET intra-molecular para detectar a interacção entre subunidades e GPCRs em células vivas após a estimulação agonista Gu. Aqui, nós detalhe o protocolo para a detecção de alterações na TERF entre o receptor adrenérgico β 2 e o péptido C-terminal Gαs mediante tratamento com cloridrato de isoproterenol 100 uM como previamente caracterizados 1. O nosso sensor de FRET é um polipéptido único que consiste em série de um GPCR de comprimento completo, um fluoróforo FRET aceitador (mCitrine), um ER / K ESPASMO (afinidade de proteína sistemática modulação força) ligante, um fluoróforo FRET dador (mCerulean), e uma Gu C peptídeo-terminal. Este protocolo irá preparação celular detalhe, condições de transfecção, configuração de equipamentos, execução de ensaio e análise de dados. Este projeto experimental detecta pequena chAnges em FRET indicativa de interacções proteína-proteína, e também pode ser utilizado para comparar a força da interacção entre ligandos de GPCR e emparelhamentos de proteína-G. Para melhorar o sinal-ruído nas nossas medições, este protocolo exige precisão elevado em todas as etapas, e é aqui apresentada para permitir a execução reprodutível.
receptores acoplados à proteína G (GPCRs) são receptores transmembranares de sete. O genoma humano sozinho contém aproximadamente 800 genes que codificam para os GPCRs, que são activadas por uma variedade de ligandos incluindo a luz, odorantes, hormonas, péptidos, fármacos e outras moléculas pequenas. Quase 30% de todos os produtos farmacêuticos atualmente no GPCRs alvo do mercado porque eles desempenham um papel importante em muitos estados de doença 2. Apesar de décadas de um extenso trabalho feito nesta família de receptores, continua a haver questões pendentes significativas no campo, especialmente no que diz respeito aos mecanismos moleculares que levam interações GPCR-efetoras. Até à data, apenas uma estrutura cristalina de alta resolução foi publicada, fornecendo informações sobre a interacção entre o receptor β 2 -adrenérgico (β 2-Ar) e a proteína Gs 3. Juntamente com uma extensa pesquisa nas últimas três décadas, reitera um componente estrutural específico que é fundamental nesteinteracção: a subunidade Gu C-terminal. Esta estrutura é importante tanto para a activação da proteína G por a selecção de proteínas GPCR 4 e G 5-6. Assim, a Gu C-terminal fornece uma ligação crucial entre a estimulação do ligando de GPCR e a activação de proteína G selectiva.
Investigação na última década sugere que GPCRs preencher uma ampla paisagem conformacional, com ligando de ligação de estabilização subconjuntos de conformações GPCR. Embora várias técnicas, incluindo a cristalografia, RMN e espectroscopia de fluorescência, espectroscopia de massa e estão disponíveis para examinar a paisagem conformacional GPCR, há uma escassez de abordagens para elucidar o seu significado funcional na selecção efectora 7. Aqui, descrevemos uma abordagem baseada Fӧrster transferência de energia de ressonância (FRET) para detectar G conformações GPCR proteína selectivo. FRET baseia-se na proximidade e orientação paralela dos dois fluoróforos com sobreposição de emissão (doador) umND excitação (aceitador) espectros 8. À medida que os fluoróforos dadores e aceitadores aproximar em conjunto, como resultado de qualquer alteração conformacional na proteína ou uma interacção proteína-proteína, a FRET entre eles aumenta, e pode ser medida utilizando uma variedade de métodos de 8. Biossensores baseados em FRET tem sido utilizado extensivamente no campo 9 GPCR. Eles têm sido utilizados para sondar as mudanças de conformação na GPCR através da inserção de dador e aceitador no terceiro laço intracelular e GPCR C-terminal; sensores foram concebidos para sondar GPCR e interações efetoras, rotulando separadamente do GPCR e efetoras (proteína G subunidades / Arrestinas) com um par FRET 10; alguns sensores também detectar alterações conformacionais na proteína G 11. Estes biossensores permitiram o campo para pedir uma série de perguntas pendentes, incluindo mudanças conformacionais na GPCR e efetoras, cinética de interação GPCR-efetoras, e ligantes alostéricos 12. Nosso grupoestava particularmente interessado na criação de um biossensor que poderá detectar G conformações GPCR específicos para a proteína em condições impulsionado-agonistas. Este biosensor se baseia em uma tecnologia desenvolvida recentemente nomeado SPASM (sistemática de afinidade de proteína força modulação) 13. SPASM envolve domínios proteicos amarrar interagir usando um ligante de ER / K, que controla as suas concentrações eficazes. Flanqueando o ligante com um par FRET de fluoróforos cria uma ferramenta que pode reportar o estado da interacção entre proteínas de 12. Anteriormente 1 módulo SPASM foi usada para amarrar o Gu C-terminal a um GPCR e monitorar suas interações com fluoróforos FRET, mCitrine (referido no presente protocolo por sua variante vulgarmente conhecido, Amarelo Proteína Fluorescente (YFP), excitação / emissão de pico em 490/525 nm) e mCerulean (referido no presente protocolo por sua variante comumente conhecido Cyan Fluorescent Protein (PCP), excitação / pico de emissão 430/475 nm). A partir de N- para C-terminal, tseu único polipéptido codificado geneticamente contém: um comprimento total de GPCR, FRET aceitador (mCitrine / YFP), 10 nm ER / ligante K, FRET dador (mCerulean / PCP), e o peptídeo C-terminal Ga. Neste estudo, os sensores são abreviados como GPCR péptido-ligante-Gu comprimento. Todos os componentes são separados por uma desestruturado (Gly-Ser-Gly) 4 ligante que permite a rotação livre de cada domínio. A caracterização detalhada de tais sensores anteriormente foi realizada utilizando dois GPCRs protótipos: β 2-AR e opsina 1.
Este sensor é transientemente transfectado em células HEK-293T e viver experiências com células medida espectros de fluorescência baseada fluorómetro do par de FRET, em unidades arbitrárias de contagens por segundo (CPS), na presença ou ausência de ligando. Estas medições são utilizadas para calcular um rácio de FRET entre os fluoróforos (YFP max / PCP no máximo). Uma alteração na TERF (ΔFRET) é então calculado subtraindo-se a proporção média de FRETde amostras não tratadas a partir da razão de ligando de FRET de amostras tratadas. ΔFRET podem ser comparados entre construções (β 2-AR-10 peptídeo nm-Gαs contra p2-AR-10 nm-no peptídeo). Aqui, nós detalhe o protocolo para expressar esses sensores em células HEK-293T ao vivo, acompanhar a sua expressão, e a configuração, execução e análise da célula viva baseada fluorômetro FRET medida para tratamento contra condições de drogas tratados. Embora este protocolo é específico para o péptido do sensor nm-Gαs β 2-AR-10 tratadas com 100 uM de bitartarato de isoproterenol, pode ser optimizada para diferentes pares de ligandos de GPCR e-Ga.
1. Preparação de DNA
2. Cultura de Células Preparação
3. Condições de transfecção
4. Reagente e equipamento para preparação

Figura 2. Micro-tubo Configurar e posição de referência no calor do bloco Cuvette para amostras não tratadas está na posição. 1; tubos de alíquota de células estão em posições 2 - 6. Cuvette para amostras tratadas com droga é na posição 7; tubos de alíquota de células estão em posições 8 - 12. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
5. Experiência e Recolha de Dados

Figura 3. Experimental esquemático. Um guia detalhado passo a passo para a montagem experimental e execução. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Análise 6. Os dados
Um esquema generalizado de a configuração da experiência e execução é detalhado na Figura 3.
A fim de detectar uma mudança FRET na faixa dinâmica estreita do sensor, é fundamental respeitar as nuances do sistema ser respeitados. Qualidade celular é imperativo para a expressão da proteína, assim como a consistência na amostragem. A Figura 1 apresenta imagens de células cultivadas crescem em uma monocamada consistente (10X) que é óptima para seis poços plaqueamento e transfecção Figura 1 (a) e as células que crescem em padrões aglutinados que conduzem a formas dendríticas Figura 1 (b) que não é recomendado para o chapeamento consistente. condições de transfecção também pode ser optimizada a fim de conseguir a expressão reprodutível. Várias condições foram otimizados para o reagente de transfecção recomendado usados aqui. Tabela 1 detalha essas condições de meio de soro reduzido. DNA, transfecção e Rearácios de Gante.
Uma vez que todos os dados foram coletados e os dados inseridos no arquivo CSV para análise (ver exemplo na Tabela 3), os resultados gerados irá se assemelham os dados de espectros Raw FRET mostrado na Figura 4 (a) e o normalizado, médio FRET espectros mostrado na Figura 4 (b). Na Figura 4 dos espectros vermelhos são as amostras não tratadas eo azul são as amostras tratadas com droga. Todos os espectros de FRET bruto na Figura (a) tem quatro gama suficiente de sinal para ruído para análise de dados uniforme (isto é., Cps a 450 nm em comparação com o CPS a 475 nm). Com esta gama, os espectros são mais suaves e o pico da água a partir da amostra (pico Raman é a 500 nm) também é mínimo. baixos níveis de expressão resultará num pico proeminente água que interfere com a análise de dados. Os dados são normalizados a 475 nm, definindo o DPC deste valor de 1,0 (Figura 4 (b)). Neste conjunto de dados para a -AR β 2-10 Sensor de péptido-Gαs nm, há uma mudança significativa na 525 nm, lendo entre não tratada (vermelho) e amostras tratadas (azul). A mudança ΔFRET é calculado a partir dos índices de FRET (525 nm / 475 nm) desses conjuntos de dados e são acessíveis através do arquivo de saída.
Se a expressão da proteína é baixa, existe uma fraca eficicia de transfeco, ou de baixa densidade de células na cuvete de leitura de fluorescência, os espectros podem aparecer mais ruidoso, como mostrado na Figura 5. Em comparação com a Figura 4 (a) a gama de sinal-para-ruído para esta conjunto de dados não é ideal, em torno de 1,0 -. 1.6, com DPC máximo de 4 x 10 5 o nível de expressão baixo contribui para os espectros denteado visto na Figura dados em bruto 5 (a), no entanto os dados é apertado e capaz de ser normalizado Figura 5 (b). Embora os picos de água (~ 500 nm) não se alinha totalmente entre conjuntos de dados Figura 5 (b) desta experiment é ainda utilizável para a análise. A Figura 6 é representativa de uma experiência que é inadequada para análise. Enquanto o sinal-para-ruído da amostra é de cerca de 2-3 para tratada (azul) e amostras não tratadas (vermelho), a densidade de células na cuvete através de amostras é demasiado baixa (450 valor nm de 1 x 10 5) A Figura 6 ( a). Isto cria um problema de subtracção do fundo e normalização Figura 6 (b) e os espectros de não se alinham. A subtracção pode ser ajustado para amostras, aumentando ou diminuindo OD na Tabela 3. No entanto, mesmo com baixa densidade celular, o pico da água (~ 500 nm) torna-se muito maior e mais barulhento Figura 6 (c), e inibe a este conjunto de dados a partir de uma análise mais aprofundada.

Figura 1. Exemplo de Crescimento de células em cultura. As células que crescem em uma monocamada (um) São ideais para o chapeamento consistente e transfecção. As células que parecem crescer em grupos ou com padrões dendríticas (b) não podem placa de forma consistente em seis poços, pode apresentar baixa eficiência de transfecção, e pode criar inconsistências na amplitude do espectro de FRET. Barra de escala = 100 mm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4. Análise de Dados Representante para β 2-AR-10 nm-Gαs Peptide ± Drogas. Imagem representativa de dados brutos (a) e normalizados, em média de dados (b) coletados com o β 2-AR-10 sensor de peptídeo nm-Gαs com amostras não tratadas (vermelho) e tratada (azul) samples após 5 minutos de incubação com 100 M isoproterenol bitartrate. Emissão max PCP a 475 nm, emissão max YFP a 525 nm. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5. Análise da expressão da proteína deficiente com Raw e normalização dos dados. Noisy espectros de dados brutos (a) são o resultado de baixos níveis de expressão, de baixa densidade de células por amostra, e / ou baixa eficiência de transfecção de construção. Este conjunto de dados ainda é interpretável como normalizada (b), embora não seja ideal. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Condição | 0,5x | 0.7x | 1x | 2x | 2x * |
| DNA | 1 ug | 1,4 ug | 2 ug | 4 ug | 4 ug |
| meio de soro reduzido | 100 ul | 70 ul | 100 ul | 100 ul | 200 ul |
| reagente de transfecção | 3 ul | 4,2 ul | 6 ul | 6 ul | 12 ul |
| * Nota: Recomendado para construção excepcionalmente difícil. É preciso ter cuidado, já que esta condição induz a morte celular elevada. |
Tabela 1. Condições de Transfecção. Esta tabela inclui as condições optimizadas de reagentes para transfecções em 2 ml de poços de células HEK-293T usando o reagente de transfecção recomendado.
| Tampão de celular | ||
| Volume | Reagente | Comentários |
| 9 ml | ultrapura DNase / RNase água livre | |
| 1 mL | HBS (10x), pH 7,4, armazenar a 4 ° C: | |
| HEPES 200 mM | ||
| KCl 50 mM | ||
| NaCl 450 mM | ||
| CaCl 2 20 mM - H2O | ||
| 10 mM de MgCl 2 - H2O | ||
| 100 ul | 20% de D-glicose | |
| 15 ul | aprotinina (1 mg / ml em dH 2 O) | evitar a degradação |
| 15 ul | leupeptina (1 mg / ml em dH 2 O) | evitar a degradação |
| 100 ul | ácido ascórbico (100 mM em dH 2 O) * | estabilizar agonista |
| * Adicionar imediatamente antes do início do ensaio | ||
| Tampão de drogas | ||
| Volume | Reagente | Comentários |
| 9 ml | ultrapura DNase / RNase água livre | |
| 1 mL | HBS (10x), pH 7,4, armazenar a 4 ° C: | |
| HEPES 200 mM | ||
| KCl 50 mM | ||
| NaCl 450 mM | ||
| CaCl 2 20 mM - H2O | ||
| 10 mM de MgCl <sub> 2 - H2O | ||
| 100 ul | ácido ascórbico (100 mM em dH 2 O) * | estabilizar agonista |
| * Adicionar imediatamente antes do início do ensaio |
Tabela 2. constituintes do tampão. Detalhes Esta tabela dos reagentes usados para fazer tanto celular Tampão e tampão de droga para uso no experimento. Faça ambos os buffers fresco todos os dias do experimento; Tampão de armazenamento celular a 37 ° C, e a solução tampão de drogas, à temperatura ambiente.

Tabela 3. Exemplo de arquivo CSV para análise. Este arquivo de dados de exemplo destaca a entrada definido após um experimento. Vários experimentos podem ser inseridos no mesmo arquivo CSV e podem ser discernidos na coluna "aditivo", se necessário. Cadalinha deve ser preenchida com as seguintes informações:
O nome do arquivo - SPC indivíduo arquivos gráfico Receptor - designar quais construção GPCR foi testado (por exemplo, Β2)
Binder - designar quais péptido variante da construção foi testada (por exemplo, S)
Agonista - designar sem tratamento (N) ou condições tratadas com droga (D)
Directory - a pasta do caminho em que os arquivos são salvos SPC, geralmente organizados por data
OD - registrou densidade óptica da amostra em espectrofotômetro
Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta tabela.
Os autores declaram que não têm interesses conflitantes.
Métodos simples para detectar a ativação seletiva de proteínas G por receptores acoplados à proteína G continuam sendo um grande desafio na sinalização celular. Aqui, os biossensores de transferência de energia de ressonância Fӧrster (FRET) foram desenvolvidos amarrando um GPCR a peptídeos de proteína G para sondar mudanças conformacionais em concentrações controladas em células vivas.
RUM foi financiado pela Fellowship da American Heart Association Pré-doutoramento (14PRE18560010). A pesquisa foi financiada pelo Desenvolvimento Scientist Grant American Heart Association (13SDG14270009) e do NIH (1DP2 CA186752-01 & 1-R01-GM-105646-01-A1) para SS
| Sensor de peptídeo B2-AR-10 nm-Gas | Addgene | 47438 | https://www.addgene.org/Sivaraj_Sivaramakrishnan/ |
| GeneJET Plasmid Miniprep Kit | Fermentas/Fisher Sci | FERK0503 | Elue em células de tampão de eluição Tris de 2 mM |
| HEK-293T-Flp-n | Life Technologies | R78007 | |
| Tripsina (0,25%) | Life Technologies | 25200056 | |
| DMEM- alta glicose | Life Technologies | 11960-044 | Quente em 37 C banho-maria antes do uso |
| FBS, certificado, Inativado por calor, origem americana | Life Technologies | 10082147 | |
| Glutamax I 100x | Life Technologies | 35050061 | |
| HEPES | Corning | MT25060CL | |
| Opti-MEM | Life Technologies | 31985-070 | Meio de soro reduzido; Leve à RT antes de usar |
| XtremeGene HP reagenet de transfecção | Roche | 6366236001 | Altamente recomendado por sua consistência. Traga para RT antes de usar |
| FluoroMax 4 | Horiba | Use com o software FluorEssence V3.8 | |
| Cubeta de quartzo de comprimento de caminho de 3 mm | Starna | NC9729944(16.45F-Q-3/z8.5) | Pode necessitar de suporte/adaptador de cubeta para uso em Fluorômetro, disponível na Starna |
| Sc100-S3 Bomba de água de circulação aquecida | Fisher Scientific | 13-874-826 | Quente até 37 ° C antes de usar |
| Thermomixer Heat Block | Eppendorf | 22670000 | Warm to 37 & C antes do uso |
| Água livre de DNA/RNAse ultrapura | Life Technologies | 10977015 | Uso em RT |
| D(+)-glicose, anidro | Sigma | G5767 | |
| aprotinina de pulmão bovino | Sigma | A1153 | |
| hemissulfato de leupeptina | EMD | 10-897 | |
| Ácido L-ascórbico, grau reagente | Sigma | A0278 | |
| (-)- bitartarato de isoproterenol (+) | Sigma | I2760 | Utilizar alíquota nova em cada experiência |