Este protocolo descreve a purificação e marcação covalente da reflectina A1, bem como um ensaio de diluição de FRET para caracterizar a troca dinâmica da proteína reflectina entre os conjuntos de proteínas em função da idade.
Artigo de método
Este protocolo descreve a purificação e marcação covalente da reflectina A1, bem como um ensaio de diluição de FRET para caracterizar a troca dinâmica da proteína reflectina entre os conjuntos de proteínas em função da idade.
Como o driver molecular para a iridescência sintonizável em cefalópodes, o comportamento da fase sintonizável da proteína reflectina A1 continua a ser um foco da engenharia de biomateriais. A modulação da concentração de sal e da densidade de carga líquida da proteína da reflectina A1 leva a proteína a formar conjuntos dinâmicos como intermediários para a separação de fases líquido-líquido. Os conjuntos de reflectina, embora limitados em tamanho pela extensão da neutralização da carga da repulsão catiônica e coulombiana da proteína, estão inicialmente em troca dinâmica com monômeros ou oligômeros da solução circundante. Um novo ensaio de diluição de transferência de energia de ressonância de fluorescência (FRET) foi usado, em conjunto com ensaios de espalhamento dinâmico de luz (DLS) e concentração de proteínas, para caracterizar o fluxo bidirecional de proteína entre os conjuntos de reflectina A1 e uma fase diluída em função da idade de montagem. Este ensaio de diluição FRET distingue entre fluxo unidirecional e bidirecional de proteína para dentro e para fora de conjuntos de proteínas e, portanto, pode ser aplicado durante a formação do conjunto. A diferenciação entre conjuntos de proteínas dinâmicos e cineticamente interrompidos é crucial para entender suas origens biofísicas, e este novo ensaio de diluição de FRET pode ser adaptado para complementar as investigações biofísicas de outros conjuntos de proteínas.
A iridescência sintonizável em lulas loliginídeas é mediada por proteínas de reflectina em células de iridócitos 1,2,3. Os iridócitos contêm invaginações de membrana extensas e regulares que formam pilhas de lamelas de Bragg densas em proteínas, que refletem a luz de maneira dependente do ângulo e comprimento de onda 1,4,5,6. Uma cascata de sinal desencadeada por acetilcolina culmina na fosforilação de proteínas de reflectina catiônica 1,2,7, reduzindo a repulsão eletrostática intra e interproteica e conduzindo a condensação de reflectinas nas lamelas de Bragg de partículas de raio hidrodinâmico de 10-50 nm para um condensado líquido denso 3,8,9. A reflectina A1 in vitro forma conjuntos de raio de 10+ nm estáveis em tamanho cujos tamanhos são ajustados com precisão pela densidade de carga líquida da proteína 10,11,12, e esse comportamento coloidal sintonizável atraiu muito interesse da bioengenharia no projeto de materiais biofotônicos sintonizáveis baseados em reflectina 13,14,15,16,17,18 . Recentemente, foi demonstrado que o NaCl impulsiona a montagem da reflectina A1 e a LLPS (separação de fases líquido-líquido) aumentando entropicamente a contribuição energética do efeito hidrofóbico e rastreando as cargas repulsivas dos ligantes catiônicos alternados19.
Para condensados semelhantes a líquidos densos em proteínas, a troca dinâmica entre a fase densa e a fase diluída pode ser prontamente analisada usando FRAP (Recuperação de Fluorescência Após Fotobranqueamento) de gotículas inteiras20; É necessário um ensaio análogo para montagens de proteínas em escala nanométrica. Relatórios recentes de montagens de proteínas fisiologicamente relevantes como intermediários para LLPS19 , 21 , 22 sugeriram a necessidade de métodos equivalentes para interrogar a dinâmica de montagem e a troca dinâmica entre as montagens e a fase diluída coexistente. Os aglomerados de proteínas podem incluir colóides semelhantes a vidro cineticamente interrompidos produzidos por decomposição espinodal interrompida, conjuntos de equilíbrio dinâmico que trocam monômeros ou oligômeros da fase diluída e aglomerados metaestáveis 23,24,25,26,27. A dinâmica de montagem de proteínas dependente da idade é, portanto, fundamental para entender os processos físicos que impulsionam a formação de conjuntos de proteínas no contexto de um comportamento de fase mais complexo.
Abordagens baseadas em FRET que analisam a interação entre conjuntos de proteínas marcadas com fluoróforos doadores e conjuntos de proteínas marcadas com fluoróforos aceptores têm sido usadas para caracterizar a dinâmica de clusters de proteínas metaestáveis21. Ao misturar esses clusters, o surgimento de FRET demonstra troca e transporte de proteína para os clusters21. No entanto, para algumas proteínas, como a reflectina A1, os aglomerados se formam e crescem continuamente ao longo da duração do experimento19. Para tais proteínas, é necessária uma abordagem que desconvolucione o transporte unidirecional de proteína em clusters, como pode ocorrer durante a formação contínua de clusters dinamicamente interrompidos, e o transporte bidirecional de proteína entre os conjuntos.
Uma abordagem de diluição de FRET realiza isso por meio da diluição de fluoróforo (Figura 1), na qual uma diminuição no FRET significa transporte bidirecional de proteína entre os conjuntos. Conjuntos de proteínas da proteína reflectina foram preparados contendo quantidades iguais de proteína marcada com fluoróforo aceitador ou fluoróforo doador. Esses conjuntos de reflectina co-marcados foram diluídos com uma solução contendo conjuntos de reflectina não marcados, e a troca dinâmica de proteína entre os conjuntos foi analisada em função da idade de montagem. Este método distingue a formação contínua de aglomerados de proteínas cineticamente interrompidos de agrupamentos dinâmicos, incluindo, mas não se limitando a agrupamentos metaestáveis, agrupamentos que crescem devido ao amadurecimento de Ostwald ou processos de engrossamento semelhantes, agrupamentos que crescem por fusão e agrupamentos que não são intermediários para LLPS. Ele não distingue apenas entre esses diferentes mecanismos de troca dinâmica, o que requer métodos ortogonais, como espalhamento dinâmico de luz, análise de rastreamento de nanopartículas (NTA) e ensaios de Bradford19 , 21 . Este protocolo descreve métodos para a purificação da reflectina A1 do tipo selvagem e do mutante A1-C232S contendo cisteína única, a marcação covalente de A1-C232S e a análise de diluição FRET.
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Os reagentes e os equipamentos utilizados estão listados na Tabela de Materiais.
1. Purificação de proteínas e marcação covalente
2. Séries temporais FRET
3. Análise dos dados
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Após diluir os conjuntos de reflectina A1 contendo proteína marcada com fluoróforo doador e proteína aceptora marcada com fluoróforo com conjuntos de reflectina A1 não marcados, foi observada uma diminuição inicial na emissão de FRET a 588 nm em relação aos conjuntos não diluídos (Figura 2A). A FRET para conjuntos de 0 min de idade foi semelhante ao controle positivo, e o FRET para conjuntos de 1620 min de idade (o tempo entre a formação do conjunto e a mistura de conjuntos de reflectina não...
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Um ponto comum de perda de proteína durante a purificação é a ressuspensão incompleta dos pellets do corpo de inclusão para todas as etapas do protocolo de purificação do corpo de inclusão e a ressuspensão final dos corpos de inclusão purificados em ácido acético 8 M ureia 5% v/v. A resolubilização do corpo de inclusão pode levar até 24 h de agitação vigorosa com uma pequena barra de agitação magnética em um tubo cônico de 40 mL. Para evitar perda significativa de proteína para os filtro...
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Os autores não têm nada a divulgar.
A pesquisa foi apoiada pelo Instituto de Biotecnologias Colaborativas por meio de subsídios W911NF-19-2-0026 e W911NF-23-1-0330 do Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA. O conteúdo das informações não reflete necessariamente a posição ou a política do Governo, e nenhum endosso oficial deve ser inferido.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 10 μ Micropipeta com capacidade L | |||
| 2 μ Micropipeta com capacidade L | |||
| 2-[(5-fluoresceinil)aminocarbonil]etilometanossulfonato | Santa Cruz Biotecnologias | SC-216155 | CAS 351330-42-2 |
| 20 μ Micropipeta com capacidade L | |||
| 200 μ Micropipeta com capacidade L | |||
| Ácido 3-(N-morfolino)propanossulfônico, ácido 4-morfolina-propanossulfônico | Sigma-Aldrich | M1254 | CAS 1132-61-2 |
| Ácido acético | Sigma-Aldrich | Rolamento A6283 | CAS 64-19-7 |
| Acetonitrilo | Sigma-Aldrich | 34851-1L | CAS 75-05-8 |
| Ágar em pó | Carolina Biológica | 842133 | CAS 9002-18-0 |
| Folha de alumínio | |||
| Filtro ultracentrífugo Amicon, 10 kDa MWCO | Millipore Sigma | UFC501008 | Capacidade de 0,5 ml |
| Filtro ultracentrífugo Amicon, 10 kDa MWCO | Millipore Sigma | UFC901008 | Capacidade de 15 ml |
| Balança analítica | |||
| Benzonase | Millipore-Sigma | 70664-3 | CAS 9025-65-4 |
| Reagente de extração de proteína BugBuster | Millipore Sigma | 70584-3 | |
| Espectrômetro de Fluorescência Cary Eclipse | Cary-Eclipse | ||
| Cary Eclipse Software | |||
| Tubos de centrífuga de 50 ml da Corning | Millipore-Sigma | CLS430829 | |
| Seringas descartáveis, Luer-Lok 10 mL | Cole-Parmer | UX-12915-02 | |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D8418 | CAS 67-68-5 |
| Gelo seco | |||
| Sistema FPLC de bomba dupla | |||
| Sistema de HPLC de bomba dupla | |||
| Etanol | Millipore Sigma | EX0280-3 | CAS 64-17-5 |
| Rotor de centrífuga de chão com capacidade para frascos de 500 ml | |||
| Centrífuga de chão | |||
| Congelador, -80° C | |||
| Hotte | |||
| Cloridrato de guanidina | Thermo Científico | AAA135430B | 50-01-1 |
| Coluna de cromatografia de troca catiônica HiTrap SP HP | Cytiva | 17115101 | |
| Ácido clorídrico | Sigma-Aldrich | Rolamento 258148-25ML | CAS 7647-01-0 |
| Incubadora | |||
| Isopropilo β-D-1-tiogalactopiranosídeo | Sigma-Aldrich | I6758-1G | |
| Sulfato de canamicina | Sigma-Aldrich | K1637 | CAS 25389-94-0 |
| Liofilizador | |||
| Lisozima | Thermo Científico | 90082 | |
| Barra de agitação magnética | |||
| Placa de agitação magnética | |||
| Micro eletrodo de pH S7 | Metler Toledo | 51343160 | |
| Microcentrífuga com controle de temperatura | |||
| Filtro de seringa Millex PVDF | Millipore | SLGVR33RS | 0,22 μ m, 33mm de diâmetro. |
| Filtro Milli-Q Millipak | Millipore Sigma | MPGP002A1 | |
| Sistema de purificação de água Milli-Q UltraPure | Millipore Sigma | ||
| NaCl | Thermo Científico | AA12314A9 | CAS 7647-14-5 |
| Frascos de centrífuga Nalgene, estilo 3120 | Millipore-Sigma | B1283-4EA | Para peletizar bactérias |
| Laboratório orbital agitador com incubadora | |||
| Computador pessoal | |||
| Placas de Petri | Sigma-Aldrich | Pág. P5731-500EA | |
| Plasmídeo PJ411 | DNA 2.0 | ||
| Proteína LoBind Tubos cônicos | Eppendorf | EP30108302 | Capacidade de 5 ml |
| Proteína LoBind Tubos de microcentrífuga | Eppendorf | EP022431102 | Capacidade de 0,5 ml |
| Balão Erlenmeyer com defletor de pirex 1.000 ml | Millipore-Sigma | CLS44501 | Para incubação de culturas bacterianas |
| Copos Pyrex Griffin 2.000 mL | Millipore-Sigma | CLS10002L | Para toda a preparação de tampão e solução |
| Frascos redondos de armazenamento de mídia Pyrex 1.000 ml | Millipore-Sigma | CLS13951L | Para armazenamento de todo o tampão e preparação da solução, use com filtros de frasco a vácuo |
| Qiaprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | |
| Refrigerador | |||
| Células competentes Rosetta 2 (DE3) | Novagen | 71397-3 | |
| de diálise Slide-a-lyzer 10K MWCO | Thermo Científico | PI66383 | Capacidade de 0,5 ml |
| Acetato de sódio trihidratado | Sigma-Aldrich | S8625 | CAS 6131-90-4 |
| Hidróxido de sódio | Sigma-Aldrich | Rolamento 567530-250GM | CAS 1310-73-2 |
| Filtro superior de garrafa de vácuo Steritop | Millipore Sigma | S2GPT05RE | 0,22 μ M Filtro estéril |
| Sub-microcubeta, capacidade de 50 uL | Células Starna | 16.40F-Q-10/Z15 | |
| metanotiossulfonato de sulforrodamina | Santa Cruz Biotecnologias | SC-220172 | CAS 386229-71-6 |
| Ácido trifluoroacético | Sigma-Aldrich | 106232-25G | CAS 407-25-0 |
| Triptona | Spectrum Chemical | T1333 | |
| Ureia | Thermo Científico | AAA123600E | CAS 57-13-6 |
| Espectrômetro UV-VIS | |||
| Extrato de levedura | Gibco | 211929 |
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