Este protocolo descreve um processo para a fabricação de redes lipídicas de nanotubos usando motilidade de quinase deslizante em conjunto com vesículas lipídicas unilamellar gigantes.
Artigo de método
Este protocolo descreve um processo para a fabricação de redes lipídicas de nanotubos usando motilidade de quinase deslizante em conjunto com vesículas lipídicas unilamellar gigantes.
As redes lipídicas de nanotubos (LNT) representam um sistema de modelo in vitro para estudar o transporte molecular e a biofísica lipídica com relevância para os túbulos lipídicos onipresentes encontrados em células eucarióticas. No entanto, os LNTs in vivo são estruturas altamente não-equilibradas que requerem energia química e motores moleculares para serem montados, mantidos e reorganizados. Além disso, a composição dos In vivo LNTs é complexa, composta por várias espécies lipídicas diferentes. Métodos típicos para extrusão de LNTs são demorados e intensivos em mão-de-obra, e requerem pinças ópticas, microesferas e micropipettos para puxar à força nanotubos de vesículas lipídicas gigantes. Apresentado aqui é um protocolo para o ensaio de motilidade deslizante (GMA), no qual redes LNT em larga escala são rapidamente geradas a partir de vesículas unilamellar gigantes (GUVs) usando motilidade de microtúbula alimentada por cinesina. Usando este método, as redes LNT são formadas a partir de uma ampla gama de formulações lipídicas que imitam a complexidade dos LNTs biológicos, tornando-as cada vez mais úteis para estudos in vitro de biofísica lipídica e transporte associado à membrana. Além disso, este método é capaz de produzir redes LNT de forma confiável em um curto espaço de tempo (<30 min) utilizando equipamentos de laboratório comumente usados. Características da rede LNT, como comprimento, largura e particionamento lipíduo também são incapazes de alterar a composição lipídica dos GUVs usados para a fabricação das redes.
A fabricação de redes lipídicas de nanotubos (LNT) é de crescente interesse pelo exame in vitro de estruturas lipídicas de noquilibrium 1,2,3. As células usam túbulos lipídios para o transporte difuso de proteínas4 e ácidos nucleicos5, bem como comunicação célula-celular 6,7. O ritúlume endoplasmático e o aparelho golgi são particularmente interessantes, pois essas organelas ligadas à membrana são os locais principais para síntese lipídica e proteica, bem como o transporte dessas biomoléculas integrais dentro do citoplasma de uma célula 8,9. As membranas dessas organelas são compostas de múltiplas espécies lipídicas, incluindo sphingolipids, colesterol e fosfolipídios10 que, em última análise, ajudam a definir sua funcionalidade. Assim, para replicar mais de perto e estudar essas organelas, os LNTs in vitro devem ser fabricados a partir de vesículas com formulações lipídicas cada vez mais complexas11.
Vesículas unilamellar gigantes (GUVs) são usadas de forma generalizada para estudar o comportamento da membrana lipídica porque podem ser sintetizadas de forma confiável com formulações complexas que incluem colesterol, fosfatidylcolina (PC), fosfatidyletanolamina (PE), fosfatidylserina (PS) e fosfatidylinositol (PI)12,13. Descrito aqui é um método para fabricar LNTs de GUVs com formulações lipídicas variadas usando o ensaio de motilidade deslizante (GMA), no qual os LNTs são extrudados com base no trabalho realizado por motores de cinesina e filamentos de microtúbulos que atuam em GUVs. Neste sistema, as proteínas motoras de cinesina adsorvidas a uma superfície propel microtúbulos biotinínos, convertendo energia química da hidrólise de ATP em trabalho útil (especificamente, a extrusão de LNTs de vesículas biotinína)11. A rede LNT resultante fornece uma plataforma modelo para estudar os efeitos das diferenças nas fases lipídicas sobre as alterações na morfologia LNT.
Resumidamente, as proteínas motoras da cinesina são introduzidas em uma câmara de fluxo em uma solução contendo caseína, que permite a adsorção dos motores na superfície de vidro da câmara. Em seguida, microtúbulos biotinínos em uma solução contendo fluxo ATP através da câmara e são autorizados a ligar-se aos motores de cinesina e começar a motilidade. Uma solução streptavidin é então introduzida na câmara e permitida a ligação não covalente aos microtúbulos. Finalmente, os GUVs contendo um lipídio biotinilatado são introduzidos na câmara e se ligam aos microtúbulos revestidos de streptavidin, em seguida, extrude LNTs para formar redes de grande escala ao longo de 15-30 min. Este método produz grandes redes LNT ramificadas utilizando equipamentos de laboratório padrão e reagentes a um baixo custo11.
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1. Preparação de soluções de microtúbulos de estoque
ATENÇÃO: Óculos de segurança, luvas e um jaleco devem ser sempre usados em todo o protocolo.
2. Preparação de vesículas unilamellar gigantes (GUVs)

3. Preparação de estoques de ensaios de motilidade e reagentes
4. Ensaio de motilidade deslizante (GMA)
5. Caracterização da rede LNT
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As redes LNT (Figura 4) foram fabricadas utilizando o protocolo descrito, que utiliza o trabalho realizado pelo transporte de cinesina de microtúbulos para extrusão de LNTs de GUVs. Resumidamente, os GUVs foram preparados utilizando a reidratação do gel de agarose utilizando solução de sacarose, e os microtúbulos foram polimerizados em solução GPEM e estabilizados em BRB80T. Em seguida, motores de cinesina foram introduzidos em uma célula de fluxo formando uma camada ativa de motores na supe...
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As redes LNT são uma ferramenta útil para estudos in vitro para propriedades de membrana e o transporte de biomoléculas, como proteínas transmembranas. Além disso, o uso de formulações lipídicas complexas para fabricar redes LNT permite estudos mais biologicamente relevantes. Outros estudos de fabricação têm usado ou 1) formulações lipídicas simples e vesículos multilamellar ou 2) técnicas de motilidade mais complicadas para fabricar redes de GUVs compostas por formulações lipídicas complexas. O método descrito aqui perm...
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Sandia National Laboratories é um laboratório multi-missão gerenciado e operado pela National Technology & Engineering Solutions of Sandia, LLC., uma subsidiária integral da Honeywell International, Inc., para a Administração Nacional de Segurança Nuclear do DOE dos EUA sob contrato DE-NA-0003525. Este artigo descreve resultados técnicos e análises objetivas. Quaisquer opiniões ou opiniões subjetivas que possam ser expressas no artigo não representam necessariamente as opiniões do Departamento de Energia dos EUA ou do Governo dos Estados Unidos.
Este trabalho foi apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências Básicas de Energia, Divisão de Ciências e Engenharia de Materiais (BES-MSE). A síntese de cinesina e a microscopia de fluorescência foram realizadas por meio de um projeto de usuário (ZIM) no Center for Integrated Nanotechnologies, um Office of Science User Facility operado para o Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA (DOE).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Objetiva de Imersão em Óleo de Abertura Numérica 100x/1.4 Olympus | 1-U2B836 | Objetiva de Óleo Olympus UPlanSApo 100x/1.40 Corrigida ao Infinito, Distância de Trabalho RMS Thread Filtro ND 0.12mm | |
| Filtro ND | Olympus | ||
| AMP-PNP | Sigma-Aldrich | A2647 | (β,γ-imidoadenosina 5′-trifosfato) |
| ATP | Sigma-Aldrich | A7699 | Adenosina 5'-trifosfato de hidrato de sal dissódico BioXtra |
| Brightline Pinkel DA/FI/TR/Cy5/Cy7-5X-A000 conjunto de filtros | Semrock | LED-DA/FI/TR/Cy5/Cy7-5X-A-000< | br/> Conjunto de filtros BrightLine Pinkel, otimizado para DAPI, FITC, TRITC, Cy5 e Cy7 e outros fluoróforos semelhantes, iluminados com fontes de luz à base de LED |
| Caseína | Sigma-Aldrich | 22090 | Hidrolisado de caseína para microbiologia |
| Catalase | Sigma-Aldrich | C9322 | Catalase de fígado bovino |
| Clorofórmio | Sigma-Aldrich | 288306 | Clorofórmio anidro contém 0,5-1,0% de etanol como estabilizador |
| Colesterol | Avanti | 700000P | colesterol (lã de ovino, >98%) (pó) |
| D-Glicose | Sigma-Aldrich | G7021 | D-(+)-Glicose em pó, BioReagente, adequado para cultura de células, adequado para cultura de células de insetos, adequado para cultura de células de plantas, ≥ 99,5% |
| DOPC | Avanti | 850375C | 1,2-Dioleoil-sn-glicero-3-fosfocolina (em clorofórmio) |
| DOPE-Biotina | Avanti | 870282C | 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfoetanolamina-N- (biotinil) (sal de sódio) |
| DPPC | Avanti | 850355P | 1,2-dipalmitoil-sn-glicero-3-fosfocolina (pó) |
| DPPE-Biotina | Avanti | 870285P | 1,2-dipalmitoil-sn-glicero-3-fosfoetanolamina-N-(biotinil) (sal de sódio) |
| DTT | Sigma-Aldrich | 43816 | Solução de DL-Ditiotreitol 1 M |
| EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | EGTA, ácido egtázico, ácido etileno-bis(oxietilenoenitrilo)tetracético, éter glicol ácido diamina tetracético |
| Glicose Oxidase | Sigma-Aldrich | G6125 | Glicose Oxidase de Aspergillus niger Tipo II, ≥ 10.000 unidades/g sólido (sem adição de oxigênio) |
| Glicerol | Fisher | G33 | Glicerol (Certificado ACS), Fisher Chemical |
| GTP | Sigma-Aldrich | G8877 | Guanosina 5′-trifosfato de sal de sódio hidrato |
| IX-81 Microscópio Olympus | Microscópio | N/A | IX81 da Olympus |
| KOH | Sigma-Aldrich | 1050121000 | Potássio Cloreto de Hidróxido de |
| Magnésio | Sigma-Aldrich | M1028 | 1.00 M solução de cloreto de magnésio |
| Orca Flash 4.0 Câmera Digital | Hamamatsu | C13440-20CU | ORCA-Flash 4.0 V3 Câmera digital CMOS |
| Oregon Green-DHPE | Invitrogen | O12650 | Oregon Green 488 1,2-Dihexadecanoil-sn-Glicero-3-Fosfoetanolamina |
| Paclitaxel | ThermoFisher | P3456 | Paclitaxel (equivalente a taxol) - para uso apenas em pesquisa |
| PIPES | Sigma-Aldrich | P6757 | Ácido 1,4-Piperazinadietanossulfônico, Piperazina-1,4-bis (ácido 2-etanossulfônico), Piperazina-N, N′-bis (ácido 2-etanossulfônico) |
| Texas Red-DHPE | Invitrogen | T1395MP | Texas Red 1,2-Dihexadecanoil-sn-Glicero-3-Fosfoetanolamina, Triethylammonium Salt |
| Trolox | Sigma-Aldrich | 238813 | (±)-6-Hidroxi-2,5,7,8-tetrametilcromano-2-ácido carboxílico |
| Tubulina, | citoesqueleto | T333P | Proteína de tubulina (biotina) cérebro de porco |
| Tubulina, Hy-Lite 488 | Citoesqueleto | TL488M | Proteína de tubulina (HiLyte 488 fluorescente) cérebro de porco |
| Tubulina, | citoesqueleto | T240 | Proteína de tubulina cérebro de porco |
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