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Descrevemos um método para o recrutamento localizado de proteínas mOrange-Nano em membranas modelo, como bicamada lipídica suportada e vesículas unilamelares gigantes usando a proteína fotocomutável disiLID8. Aspectos que contribuem para a qualidade do padrão incluem a qualidade das proteínas, bem como a boa qualidade dos SLBs e GUVs.
Para garantir uma boa qualidade proteica após a expressão e purificação, é importante primeiro avaliar as propriedades fotocomutáveis do disiLID. Para isso, a absorção do cofator FMN deve ser medida no escuro e após a iluminação da luz azul. Espera-se que os espectros UV-Vis do disiLID mostrem o pico triplo característico do cofator FMN no escuro, que diminui significativamente com a iluminação da luz azul e se recupera no escuro13. Esse comportamento fotocomutável é crucial para obter recrutamento reprodutível e reversível nas etapas a seguir. Trabalhar com luz vermelha protetora e expor o disiLID à iluminação externa mínima durante a preparação das amostras aumenta o desempenho dos experimentos.
Outra etapa crítica, e talvez a mais crucial, é a formação de SLBs adequados. Defeitos nas membranas e / ou a formação de SLBs não homogêneos (ou seja, a presença de SLBs multicamadas ou remendados) afetarão a qualidade do padrão de proteína. Portanto, para usuários inexperientes, recomenda-se reproduzir o protocolo rotulando os SUVs com alguns corantes de membrana, como DiD e DiO, a fim de formar SLBs marcados com fluorescência. Desta forma, as propriedades e a qualidade dos SLBs podem ser bem caracterizadas com microscopia de fluorescência. As medições FRAP representam uma abordagem típica para avaliar a qualidade de um SLB, avaliando a fluidez das membranas. Alternativamente, no caso de SLBs biotinilados, como os descritos neste protocolo, o SAv marcado com fluorescência (por exemplo, Atto 488-SAv) pode ser usado para visualizar e avaliar a qualidade dos SLBs.
A primeira parte do protocolo descreve a formação de padrões em SLBs. Para garantir um resultado ideal, é importante adicionar mOrange-Nano aos SLBs e deixar a amostra incubar no escuro por 15 min. Durante a fotoativação, a seleção do ROI não se restringe a um tamanho específico. No entanto, a intensidade do laser e o tempo de exposição precisam ser regulados para reduzir o fotobranqueamento indesejado das proteínas fluorescentes.
Este método não se restringe a proteínas biotiniladas, e outras abordagens podem ser usadas para ancorar disiLID em SLBs. Por exemplo, o disiLID marcado com His pode ser expresso e ancorado em SLBs contendo Ni-NTA. No entanto, é crucial expressar Nano e disiLID com tags diferentes para evitar a substituição das proteínas nos SLBs. Este método também permite a possibilidade de inverter a ordem das proteínas, funcionalizando assim SLBs com Nano e recrutando disiLID (ou proteínas fundidas com disiLID) após iluminação de luz azul.
Para o controle dinâmico da localização da proteína, a localização reversível da proteína na região selecionada deve ser possível repetidamente. Para conseguir isso, a concentração de Nano (200 nM) na solução é um parâmetro crítico para obter alta reversibilidade.
Outra preocupação é o recrutamento de Nano para a superfície GUV funcionalizada com disiLID. Como no caso da padronização de proteínas em SLBs, esse método pode ser estendido a diferentes estratégias de funcionalização de membranas. Neste protocolo, todo o GUV foi iluminado com luz azul para recrutar mOrange-Nano em toda a superfície do GUV. No entanto, a seleção de pequenas ROIs localizadas na membrana GUV deve levar à localização precisa de proteínas em uma área mais restrita.
Este método apresenta apenas uma limitação relacionada à escolha do fluoróforo empregado para a imagem do recrutamento de Nano na membrana dos SUVs ou GUVs. Em particular, fluoróforos com um espectro de excitação na faixa de luz azul devem ser evitados, pois seu uso interferirá na fotoativação do (dis)iLID. Portanto, a escolha de fluoróforos na faixa de luz verde ou vermelha (por exemplo, mOrange ou Cy5) é recomendada para este tipo de experimento.
O design disiLID oferece uma maneira simples e adaptável de melhorar o recrutamento local de proteínas para as membranas e amplia a faixa dinâmica do iLID e Nano da optogenética4. Esses métodos se concentram no recrutamento de Nano em membranas mímicas, como bicamadas lipídicas e GUVs. No entanto, esta abordagem é extensível às inúmeras ferramentas optogenéticas em células onde (dis)iLID ou Nano estão ligados a uma membrana.