Здесь описан набор методов характеристики взаимодействия белков с мембранами клеток или микровезикулами.
Методическая статья
Здесь описан набор методов характеристики взаимодействия белков с мембранами клеток или микровезикулами.
В организме человека большинство основных физиологических реакций, участвующих в иммунном ответе и свертывании крови, протекают на мембранах клеток. Важным первым шагом в любой мембранозависимой реакции является связывание белка на фосфолипидной мембране. Разработан подход к изучению взаимодействия белков с липидными мембранами с использованием флуоресцентно меченых белков и проточной цитометрии. Этот метод позволяет изучать белково-мембранные взаимодействия с использованием живых клеток и природных или искусственных фосфолипидных везикул. Преимуществом данного метода является простота и доступность реагентов и оборудования. В этом методе белки маркируются с помощью флуоресцентных красителей. Тем не менее, могут использоваться как самодельные, так и коммерчески доступные, флуоресцентно меченые белки. После конъюгации с флуоресцентным красителем белки инкубируют с источником фосфолипидной мембраны (микровезикулами или клетками), а образцы анализируют методом проточной цитометрии. Полученные данные могут быть использованы для расчета кинетических констант и равновесия Kd. Кроме того, можно оценить приблизительное количество сайтов связывания белка на фосфолипидной мембране с помощью специальных калибровочных шариков.
Биомембраны разделяют внутреннее содержимое клеток животных и внеклеточное пространство. Обратите внимание, что мембраны также окружают микровезикулы, образующиеся в течение жизненного цикла клетки, и органеллы. Клеточная мембрана преимущественно состоит из липидов и белков. Мембранные белки выполняют сигнальные, структурные, транспортные и адгезивные функции. Однако липидный бислой также необходим для взаимосвязи животной клетки с внеклеточным пространством. В данной работе предложен метод исследования периферического взаимодействия внешних белков с липидной мембраной.
Наиболее ярким примером реакций, происходящих на внешнем мембранном слое животной клетки, является реакция свертывания крови. Важной особенностью свертывания крови является то, что все основные реакции протекают на фосфолипидных мембранах клеток и микровезикул, возникающих из этих клеток, а не в плазме 1,2,3. К мембранозависимым реакциям относят процесс запуска коагуляции (на клеточных мембранах субэндотелия, воспаленный эндотелий или активированные иммунные клетки, при участии тканевого фактора), все реакции основного каскада - активация факторов IX, X, протромбина; активация фактора XI тромбином (на мембранах активированных тромбоцитов, эритроцитов, липопротеинов, микровезикул); реакции белкового пути С; инактивация ферментов свертывания (на мембранах эндотелиальных клеток с участием тромбомодулиновых кофакторов, рецептора эндотелиального белка С, гепарансульфата); и реакции контактного пути (на мембранах тромбоцитов и некоторых микровезикул с участием неизвестных кофакторов). Таким образом, невозможно исследовать свертываемость крови без изучения взаимодействия различных белков плазмы с мембраной клеток крови.
В данной работе описан метод на основе проточной цитометрии для характеристики взаимодействия белков с липидными мембранами клеток или микровезикул. Такой подход изначально предлагался для изучения взаимодействия плазмы крови с тромбоцитами и искусственными фосфолипидными везикулами. Более того, большинство исследуемых белков взаимодействуют непосредственно с отрицательно заряженными мембранными фосфолипидами, в частности с фосфатидилсерином 4,5. Дополнительно существуют белки, взаимодействие которых с мембраной опосредовано специальными рецепторами6.
Важной способностью проточной цитометрии является различение свободных и связанных лигандов без дополнительного разделения. Эта особенность цитометрии позволяет изучать равновесное связывание лигандов в конечной точке и помогает выполнять непрерывные кинетические измерения. Методика бессложна и не требует сложной пробоподготовки. Проточная цитометрия активно используется для количественного изучения динамики взаимодействия флуоресцентных пептидов, рецепторов и G-белков в интактных и детергентно-проницаемых нейтрофилах7. Этот подход также применим для изучения белково-ДНК-взаимодействий и кинетики активности эндонуклеазы в режиме реального времени8. Со временем этот метод был использован для количественного изучения высокоаффинных белково-белковых взаимодействий с очищенными липидными везикулами9 или, в более общем плане, с мембранными белками, экспрессируемыми в высокоэффективной системе экспрессии клеток Sf910. Также описаны количественные методы характеристики белково-липосомных взаимодействий с использованием проточной цитометрии трансмембранных белков11.
В этом методе используются самодельные калибровочные бусины, чтобы избежать использования коммерчески доступных бусин7. Калибровочные шарики, используемые ранее7 , предназначались для работы с флуоресцеином, который существенно ограничивал ассортимент доступных флуоресцентных лигандов на белках. Кроме того, в этой статье предлагается новый способ получения и анализа кинетических данных для разумного разрешения времени. Хотя этот способ описан для искусственных фосфолипидных везикул, нет очевидных ограничений его приспособляемости к клеткам, природным везикулам или искусственным фосфолипидным везикулам с другим липидным составом. Способ, описанный в настоящем описании, позволяет оценить параметры взаимодействия (kon, koff) и равновесия (Kd) и облегчает количественную характеристику числа сайтов связывания белка на мембране. Обратите внимание, что этот метод дает приблизительную оценку количества сайтов связывания. Преимуществами метода являются его относительная простота, доступность и приспособляемость к нативным клеткам и природным и искусственным микровезикулам.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Флуоресцентная маркировка белка

(2)
(3)
(4)2. Приготовление фосфолипидных везикул
3. Выделение тромбоцитов из цельной крови
4. Обнаружение белково-липидного взаимодействия методом проточной цитометрии
5. Анализ данных проточной цитометрии
(5)
(6)
(7)6. Преобразование интенсивности флуоресценции в среднее число сайтов связывания
(8)
(9)
(10)Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Способ проточной цитометрии, описанный в настоящем описании, используется для характеристики связывания белков плазменной коагуляции с активированными тромбоцитами. Кроме того, в качестве модельной системы применялись фосфолипидные везикулы PS:PC 20:80. Эта статья в основном фокусируется на искусственных фосфолипидных везикулах в качестве примера. Параметры цитометра, в частности, напряжение фотоумножителя (ПМТ) и компенсация должны быть подобраны для каждого конкретного прибора, объекта исследования (клеток, искусственн...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Предложенный способ может быть адаптирован для грубой характеристики взаимодействия белков с фосфолипидными мембранами из различных источников и композиций. Описанная здесь количественная проточная цитометрия уступает поверхностному плазмонному резонансу (SPR) по нескольким параметрам. В частности, он имеет более низкую чувствительность и временное разрешение и требует флуоресцентной маркировки белков. Флуоресцентная маркировка может привести к изменению конформации и потере активности для многих белков и поэтому требует...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов для раскрытия.
Авторов поддержал грант Российского научного фонда 20-74-00133.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| A23187 | Sigma Aldrich | C7522-10MG | |
| Alexa Fluor 647 NHS Ester (сукцинимидиловый эфир) | Thermo Fisher Scientific | A37573 | флуоресцентный краситель |
| Апираза из картофеля | Sigma Aldrich | A2230 | |
| BD BD FACSCantoII | BD Bioscience | ||
| бычий сывороточный альбумин | VWR Life Science AMRESCO | Am-O332-0.1 | |
| Кальция хлоридный, безводный, порошкообразный, ≥ 97% | Sigma Aldrich | C4901-100G | |
| Флуоресцентный спектрометр Cary Eclipse | Agilent | ||
| D-(+)-глюкоза | Sigma Aldrich | G7528-1KG | |
| DiIC16(3) (1,1'-дигексадецил-3,3,3',3'-тетраметилиндокарбоцианин перхлорат) | Thermo Fisher Scientific | D384 | |
| DMSO | Sigma Aldrich | D8418 | |
| EDTA динатриевая соль | VWR Life Science AMRESCO | Am-O105B-0.1 | |
| FACSDiva | BD Программное обеспечение для | сбора данных цитометрии | |
| FlowJo | Tree Star | программное обеспечение для анализа данных | |
| HEPES | Sigma Aldrich | H4034-500G | |
| Human Factor X | Enzyme research | HFX 1010 | |
| Гидроксиламина гидрохлорид | Panreac | 141914.1209 | |
| L-&альфа;-фосфатидилхолин (мозг, свинья) | Avanti Polar Lipids | 840053P | |
| L-α-фосфатидилсерин (мозг, свинья) (натриевая соль) | Avanti Polar Lipids | 840032P | |
| Магния хлорид | Sigma Aldrich | M8266-100G | |
| Мини-экструдер | Avanti Полярные липиды | 610020-1EA | |
| OriginPro 8 SR4 v8.0951 | Корпорация | Статистическое программное обеспечение | |
| Фосфатно-солевой буфер (PBS) Таблетки, биотехнологический класс | VWR Life Science AMRESCO | 97062-732 | |
| Хлорид калия | Sigma Aldrich | P9541-500G Простагландин | |
| E1 | Cayman Chemical | 13010 | |
| Sephadex G25 | GE Healthcare | GE17-0033-01 | гелевая фильтрующая среда для очистки белка |
| Sepharose CL-2B | Sigma Aldrich | CL2B300-500ML | гелевая фильтрующая среда для очистки тромбоцитов |
| бикарбонат натрия | Corning | 61-065-RO | |
| Sodium chloride | Sigma Aldrich | S3014-500G | |
| Sodium phosphate одноосновной | Sigma Aldrich | S3139-250G | |
| Спиновые коллумны с мембраной 0,2 &; m | Sartorius | VS0171 | |
| Дигидрат цитрата тринатрия | Sigma Aldrich | S1804-1KG |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение