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$$\longrightharp{xx}$$,
Como mencionado no protocolo, 5 L de células de E. coli co-transformadas com os dois plasmídeos que expressam septina foram cultivadas, e a expressão de septinas foi induzida pela adição de IPTG. Após 3 h, as células foram coletadas por centrifugação, ressuspensas em tampão de lise e lisadas por sonicação. O lisado foi então clarificado por centrifugação e a solução clarificada foi aplicada a uma coluna HisTrap (Figura 2A). Após a primeira purificação, as frações contendo septina foram agrupadas e aplicadas em uma coluna StrepTrap (Figura 2B). Isso normalmente produz cerca de 3-5 mL de ~ 1 μM de complexo de septina. Antes de agrupar as frações contendo septina, a eletroforese em gel de desnaturação pode ser usada para verificar a integridade das subunidades de septina e a razão estequiométrica equimolar entre as diferentes subunidades de septina que formam o complexo. (Figura 3A). Se o gel apresentar bandas igualmente intensas correspondentes aos pesos moleculares (Tabela 3) das subunidades de septina, o protocolo pode ser continuado. Caso contrário, recomenda-se iniciar o protocolo novamente. No exemplo mostrado para o octamero de septina humana com SEPT9_i1, a Figura 3A mostra claramente bandas correspondentes a SEPT9_i1, SEPT6, SEPT7 e SEPT2 (na ordem de cima para baixo) com intensidades semelhantes; o intervalo de confiança de 99% da intensidade normalizada foi de 1,128 ± 0,048 para SEPT2, 1,092 ± 0,034 para SEPT6, 1,108 ± 0,040 para SEPT7 e 1,067 ± 0,029 para SEPT9. Se SEPT2 for marcado com msfGFP, ele mudará muito abaixo SEPT9_i1. Dependendo do sistema de eletroforese usado e da presença da tag C-terminal TEV-Strep para SEPT7 (o que faz com que ele migre mais lentamente do que SEPT7 não marcado), as bandas SEPT7 e SEPT6 às vezes se fundem devido a seus pesos moleculares comparáveis. O próximo passo é agrupar as frações e dializá-las contra o buffer de septina com TDT. Após a diálise, se a concentração for muito baixa (<2 μM) ou se for necessária uma concentração maior para os experimentos, uma etapa de concentração pode ser incluída, conforme descrito no protocolo. Concentrações abaixo de 1 μM geralmente indicam uma má qualidade funcional das septinas. Uma concentração final de complexo de septina entre 3,5 μM e 7 μM funciona bem para a maioria dos ensaios in vitro . Essas concentrações geralmente são obtidas quando o volume após a concentração atinge 0,5-1 mL.

Figura 2: Exemplo de cromatogramas correspondentes à purificação de septina humana escura octamers_9i1 . (A) Cromatograma em coluna HisTrap. Após o pico de eluição da septina, a absorvância não volta a zero, provavelmente devido à presença de imidazol no tampão. A fração agrupada foi desde o início do pico de eluição até a estabilização da absorbância em torno de 250 mL. (B) Cromatograma em coluna StrepTrap. A fração agrupada foi desde o início do pico de eluição até que a absorbância voltou para cerca de 0 a 50 mL. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Para continuar com o controle de qualidade, foi realizada eletroforese nativa, conforme descrito no protocolo, (Figura 3B). Nos géis, observa-se uma banda maior correspondente aos heterooligômeros intactos e, geralmente, uma faixa menor correspondente aos dímeros. Os hexâmeros humanos são encontrados um pouco acima da banda de marcadores de 242 kDa, enquanto os octameros são encontrados acima da banda de 480 kDa, acima de sua massa molecular calculada. A localização dessas bandas foi verificada pela análise de western blot de extratos de células eucarióticas32. A marcação com msfGFP acopla cada SEPT2 com uma proteína msfGFP. Isso causa um aumento no peso molecular dos complexos de septina de 53,4 kDa (molécula de 26,7 kDa/msGFP). No entanto, no gel de eletroforese nativo, o peso molecular aparente dos complexos marcados com msfGFP é indistinguível do dos complexos não marcados.
Uma técnica complementar para testar se os complexos de septina estão intactos é a fotometria de massa por microscopia iSAT. O iSCAT monitora o espalhamento de luz de moléculas que pousam em uma lâmina de vidro amplificada pela interferência com a luz de referência, tipicamente a reflexão do laser na parte inferior da lâmina de vidro. Em seguida, uma abordagem de subtração de fundo é usada para dar contraste às partículas. Devido a essa correção, o sinal apresenta valores positivos e negativos, dependendo se as partículas pousam no vidro ou se afastam dele49. O sinal detectado é diretamente proporcional ao peso molecular das proteínas50. Portanto, uma calibração sinal-massa com um padrão de massa pode determinar a massa das proteínas da amostra. A Figura 3C mostra um exemplo de octameros de septina humana contendo SEPT9_i1. A maioria das partículas individuais detectadas (~50%) é de um peso molecular esperado para octameros completos contendo SEPT9_i1 (423 kDa) (Figura 3C). Existem também partículas com massas entre 150-300 kDa, mas nenhum pico claro é observado, indicando a possível presença de outras espécies de septina em baixa abundância. Da mesma forma, a maioria das partículas únicas detectadas para hexâmeros de Drosophila marcados com mEGFP é de um peso molecular esperado para hexâmeros intactos (361 kDa) (Figura 3D). Um pico claro adicional de 241 kDa indica a presença de tetrâmeros estáveis contendo duas proteínas de amendoim, uma DSep1 e uma mEGFP-DSep2. Finalmente, tanto o complexo de septina humana quanto o de mosca mostram um pico em torno de 80 kDa que poderia ser uma mistura de monômeros e dímeros, possivelmente amplificado por um traço de TDT ou qualquer outra pequena molécula que se agrega, mostrando um pico no lado positivo do gráfico45.

Figura 3: Exemplos de resultados do controle de qualidade do oligômero . (A) Exemplo de gel desnaturante mostrando diferentes frações do pico de eluição da purificação de septina humana escura octamers_9i1. (B) Exemplo de eletroforese nativa de diferentes complexos de septina. (C,D) Diferentes exemplos de resultados histográficos de fotometria de massa a 12,5 nM de complexos de septina: (C) septina humana escura octamers_9i1 e (D) hexâmeros de septina DSep1-msfGFP Drosophila . As linhas são encaixes gaussianos. (E) Imagem TEM de 25 nM de septina humana escura octamers_9i1 em tampão de septina. Barra de escala = 200 nm. (F) Imagem média de classe de octamers_9i1 de septina humana SEPT2-msfGFP. As tags msfGFP são visíveis como densidades difusas, nas duas extremidades. Barra de escala = 10 nm. Os painéis (E) e (F) são de propriedade da The Company of Biologists e foram adaptados de Iv et al.10 com permissão. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Dado que tanto os géis nativos quanto o iSCAT fornecem apenas informações médias de conjunto, a média de classe das imagens de microscopia eletrônica de transmissão de oligômeros de septina única foi usada para verificar a integridade e a pureza dos complexos por visualização direta. Em imagens MET de complexos de septina em tampão de septina, podem ser observadas hastes de 24 nm (hexâmeros) ou 32 nm (octameros) de comprimento. Um exemplo de um octamero de septina humano contendo SEPT9_i1 pode ser visto na Figura 3E. Ao classificar a média deles, cada uma das subunidades pode ser observada e contada, como visto para o octômero humano marcado com msfGFP com SEPT9_i1 na Figura 3F. Caso o oligômero seja marcado fluorescentemente, densidades extras que correspondem à SEPT2-msfGFP podem ser observadas no final das hastes (Figura 3F).
A combinação das técnicas acima prova que os octameros (ou hexâmeros) com a razão estequiométrica correta e alta pureza podem ser purificados usando o protocolo descrito. Finalmente, a última verificação de controle de qualidade é para a funcionalidade dos complexos de septina em termos de sua capacidade de polimerização. Na presença de baixa concentração de sal (<150 mM KCl com o tampão descrito 9), se as septinas não estiverem na presença de outras proteínas ou membranas lipídicas carregadas negativamente, elas se auto-montam em feixes9. As septinas são impedidas de polimerização, mantendo-as no tampão de armazenamento, que tem uma alta concentração de KCl (300 mM). Os heterooligômeros da septina são então diluídos a uma proporção de volume de 1:6 em um tampão da mesma composição, mas sem KCl para atingir uma concentração final de KCl de 50 mM. Para fazer imagens de fluorescência, este tampão é complementado com um sistema de limpeza de oxigênio para proteger do fotobranqueamento e com um supressor piscando. Na microscopia TIRF, pequenos aglomerados de proteínas podem ser observados dentro do campo TIRF raso (~100 nm; Figura 4A,B). Em um microscópio confocal, grandes aglomerados de estruturas filamentosas podem ser vistos flutuando mais alto em solução (Figura 4C). Finalmente, com o MET, pequenos feixes de septina (Figura 4D), correspondentes aos aglomerados observados pelo TIRF, e grandes feixes (Figura 4E), correspondentes às estruturas observadas por microscopia confocal, podem ser observados. As inserções da Figura 4D,E revelam que ambos os tipos de estruturas consistem em filamentos longos e finos que correm em paralelo, formando feixes com extremidades cônicas. Juntas, as imagens de fluorescência e TEM provam que os complexos de septina purificados podem polimerizar em filamentos, que por sua vez se auto-montam em feixes.

Figura 4: Exemplos de resultados do controle de qualidade da capacidade de polimerização. (A) Imagem TIRF de hexâmeros de septina humana de 300 nM (hexâmeros marcados com msfGFP a 10%) em fluoSPB. (B) Imagem TIRF de octameros de septina humana de 300 nM contendo SEPT9_i1 (10% de octamers9_i1 marcados com msfGFP) em fluoSPB. (C) Projeções confocais de intensidade máxima de pilhas Z em ~30 μm com 0,5 μm de espaçamento de 300 nM de septina humana octamers_9i3 no fluoSPB. (A-C) Barra de escala = 10 μm e escala de cinza invertida. (D,E) Exemplos de imagens TEM de (D) pequenos e (E) grandes feixes de septina humana octamers_9i1 em darkSPB. As inserções mostram regiões onde filamentos claros correndo paralelamente dentro do feixe podem ser observados. Barras de escala = 500 nm. Os painéis (C-E) são direitos autorais da The Company of Biologists e foram adaptados de Iv et al.10 com permissão. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Tabela 1: Lista de plasmídeos. Plasmídeos para purificar oligômeros de septina seguindo este protocolo. Todos os plasmídeos foram depositados em Addgene (primeira coluna). Por favor, clique aqui para baixar esta Tabela.
Tabela 2: Lista de buffers. Composições tampão utilizadas para a purificação e controle de qualidade de oligômeros de septina. Por favor, clique aqui para baixar esta Tabela.
Tabela 3: Pesos moleculares e coeficientes de extinção. Lista de pesos moleculares (MW) e coeficientes ópticos de extinção (ε) em um comprimento de onda de 280 nm calculado com ProtParam com base nas sequências do complexo, assumindo a fusão linear das subunidades de septina, os diferentes complexos de septina e as subunidades únicas de septina (apenas MW) que podem ser purificadas com os plasmídeos listados na Tabela 1. Por favor, clique aqui para baixar esta Tabela.