RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Rory Nolan1, Luis A. Alvarez1, Samuel C. Griffiths2, Jonathan Elegheert2, Christian Siebold2, Sergi Padilla-Parra1,2,3,4
1Cellular Imaging Group, Wellcome Centre Human Genetics,University of Oxford, 2Division of Structural Biology, Wellcome Centre Human Genetics,University of Oxford, 3Dynamic Structural Virology Group,Biocruces Health Research Centre, 4IKERBASQUE,Basque Foundation for Science
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Bu iletişim kuralı için ticari ışık mikroskobu tarama kullanarak floresans dalgalanma spektroskopisi üzerinde temel protein homo-Oligomerizasyonda vitro miktarının kalibrasyon-Alerjik bir yaklaşım açıklar. Doğru satın alma ayarları ve analiz yöntemleri gösterilir.
Numarası ve parlaklık protein homo-Oligomerizasyonda algılamak için bir kalibrasyon-Alerjik floresans dalgalanma spektroskopisi (FFS) tekniğidir. Bu geleneksel bir confocal mikroskop dijital yangın dedektörleri ile donatılmış kullanarak istihdam edilebilir. Vitro tekniği kullanımı için bir iletişim kuralı aracılığıyla nerede numarası ve parlaklık doğru önce ve sonra dimerizing uyuşturucu AP20187 ilavesi mVenus etiketli FKBP12F36V oligomeric durumunu ölçmek için görülebilir bir kullanım örneği gösterilir. Doğru mikroskop edinme parametreleri ve doğru veri ön işleme ve analiz yöntemleri kullanmanın önemini ele alınmıştır. Özellikle, photobleaching düzeltme tercih önemi vurgulanmıştır. Bu ucuz Yöntem protein-protein etkileşimler birçok biyolojik bağlamlarda eğitim için istihdam edilebilir.
Protein-protein etkileşimleri ben n in Vitro
Geleneksel olarak, kristalografisi ve cryo-elektron mikroskobu (cryoEM) ile birlikte nükleer manyetik rezonans deneyler doğru proteinlerin üç boyutlu mimari tanımlamak için ve işlevlerine göre anlaması için seçilmiş teknolojiler vardır onların yüksek çözünürlüklü yapısal detayları scrutinizing. Proteinler, ancak, statik yapılar değildir ve konformasyon değişiklikleri ve titreşim çeşitli zaman ve mekan içinde tabi olabilir. Bu yapısal yüzden bilgi crystallographic veya CryoEM veri (Örneğin, moleküler dinamiği simülasyonları ve tek molekül teknikleri) diğer teknikleri ile tamamlanabilir: işlev bir proteinin konformasyon için ilişkilidir değişiklikleri ve etkileşimleri ve bu bilgileri bir statik yapısı içinde mevcut değil. İntra moleküler dynamics için yoklama için çok etkili1Forster rezonans enerji transferi (smFRET) tek molekül dayalı teknikler vardır. Bu yaklaşımlardan farklı altgrupları karmaşık medya olarak değerlendirmek edebiliyoruz. Bu değişikliklerin hızlı ve veri (Örneğin, ikinci aralığı için nanosecond) edinimi sırasında oluşan çok önemlidir.
İki ana yaklaşım yaygın olarak algılamak ve bu değişiklikleri ölçmek için istihdam edilmektedir: proteinler çözüm ve yüzey-immobilizasyon. Arası moleküler etkileşimleri ve özellikle, ligandlar tarafından indüklenen dimerization süreci algılama için smFRET her zaman en iyi araç değildir. Gerçekten de, sadece mesafe (≈10 nm) ama aynı zamanda iki dipoller (donör ve alıcısı, χ2) yönünü FRET bağlıdır ve donör emisyon alıcısı'nın emilimi spectra2, ama belki de bu son durum ile çakışma azdır koşuluyla deneyci olabilir önemli değil FRET çift açmadı. SmFRET homo-dimerization problama için belirli bir dezavantaj faiz protein etiketleme üzerinden gelir: hetero smFRET için dimerization sadece olabilir % 50 tespit (Yani, hetero-perde sadece donör-alıcısı algılamak mümkün olacak ve alıcısı-donör homo-dimer ama değil donör verici veya alıcısı-alıcısı, dimer diğer % 50). Floresans korelasyon spektroskopisi (FCS) ve türevleri (protein difüzyon sabitler ve bağlama sabitler vitro tespit etmek için FCCS, vb3) başka bir alternatif kullanmaktır. Bu yaklaşımların tamamen homo-dimerization de ölçmek mümkün değildir, FCS bir önlemler konsantrasyon ve difüzyon ve RADIUS ve difüzyon katsayısı bir akışkanın parçacık olduğu gibi çok kötü moleküler ağırlık bağlıdır; Örneğin molekül ağırlığı 10 kat artış sadece 2,15 kat değişim difüzyon katsayısı4ima. İki renkli FCS veya FCCS, homo-dimer sadece % 50'si aynı sebepten dolayı yukarıdaki gibi görülecektir. Homo-dimerization vitro ve in vivo algılamak için en pratik ve kantitatif yaklaşımlar homo-perde5 ve numarası ve parlaklık (Y & B)6vardır. Aslında verildi ki homo-perde gerektirir belirli araçları kurtarma anizotropi değeri (Yani, optik elemanları/paralel ve dikey polarizasyon kurtarmak için analiz sistemleri), N & B sunulan burada olumlu bir teknik olarak protein homo-dimerization ve toplama algılar. O-ebilmek var olmak vitro ve in vivo ticari bir kurulum ile istihdam.
Numarası ve parlaklık
N & B son zamanlarda gözden geçirilmiş7oldu. O eleştiriyi canlı hücreleri tekniğinde uygulanması üzerinde duruldu. İçin faydalıdır bu denklemler olarak matematiksel biçimcilik verilere uygulanacak yeniden toplanan içinde vitro. İlk olarak, bazı terimleri ve matematiksel miktarları tanımlamak gereklidir:
O zaman, foton sayma dedektörleri ve varsayarak hareket eden varlıklar ve hiçbir arka plan ile


N B ve belirgin numarası olan belirgin parlaklıkolduğunu. Bu sonuçlar


Gamze vd. 8 gösterdi analog ekipman ile bir üç düzeltme dönem gerekir: S faktörü, arka plan ofsetve okuma gürültü σ02. O zaman, tekrar hareket eden varlıklar varsayarsak,


veren


Yukarıdaki Denklem için farklı olduğuna dikkat edin gamze ve ark. içinde verilen 8 ve sonraki bir daha gözden geçirme. 7 içinde gamze vd. S payda içinde bir yazım hatası nedeniyle ihmal ve bu hata İnceleme çoğaltılamaz. Yukarıdaki denklem doğru olandır. Talimatları Sölçmek için uzaklık ve σ02 - anlamlarını - açıklaması ile birlikte verilen tarafından gamze vd. 8
Parlaklık ε akışkanın varlıkların oligomeric durumuna orantılıdır: ε iki kez ve benzeri trimers için olduğu gibi monomerleri, iki kez hexamers için büyük için olduğu gibi monomerleri, trimers için üç kez büyük için olduğu gibi dimer için büyük olacak. Böylece parlaklık ε, ölçme, bir multimerization her türlü ölçmek.
Varsa mevcut, sayı oligomeric Birleşik bir karışımı ve parlaklığı bireysel oligomeric Birleşik mevcut kurtarma yeteneğine sahip değildir. Bu tekniğin bir kısıtlamadır.
Algoritma ve nandb yazılım detrend
Have be photobleaching düzeltme önemini daha önce9vurguladı. Photobleaching kaçınılmaz olarak hızlandırılmış modunda ışık mikroskobu deneyler sırasında oluşur; hem canlı hücreleri ve içinde vitro. Pek çok yaklaşım7beyazlatma için düzeltmek için literatürde tarif edilmistir. Üstel filtreleme detrending parametre T otomatik seçeneği ile mevcut en iyi tekniktir. Ücretsiz, açık kaynak yazılım nandb9içine entegre edilmiştir. Gerçekten de, bu parametre seçim büyük olasılıkla keyfi ve yanlış olacaktır çünkü onların detrending parametre el ile seçmek Kullanıcı yazılımlar hatalı sonuçlara yol açabilir. Otomatik algoritması verileri inceler ve uygun parametresi, Kullanıcı müdahalesi9için gerek kalmadan belirler. Hatta en iyi seçim düzeltme parametresi ile detrending kendi sınırlamaları vardır ve iyi sadece photobleaching yüzde % düşük simülasyonlar9ile gösterildiği gibi çalışır. Öyle ki bir parlaklığı düşük değerlerle çalışabilirsiniz ilginçtir, otomatik detrending rutin, onun doğruluğunu kullanıldığında (hatta B < 1,01) ve bu nedenle düşük yoğunluklarda ve hala homo-dimerization ölçmek için kesin olarak.
Photobleaching da başka bir sorun neden olur: photobleached fluorophores içinde karmaşık bir multimer varlığı. Bu bir trimer görünür bir dimer gibi trimer olarak üç birimi olmayan flüoresan olduğunda Örneğin, yapar. Hur ve Mueller10 için bu sorunu gidermek nasıl gösterdi ve bu düzeltme da bir sonraki İnceleme7' vurguladı. Bu düzeltme9nandb yazılımlardır.
FKBP12 F36V sistem
FKBP12F36V hangi değil doğal olarak oligomerize ama AP20187 ilaç (halk dilinde ligand dimerizing BB da bilinir)11,12eklenmesi dimerize için bilinen bir proteindir. Bu sayı ve parlaklık için ideal bir test çalışması yapar: etiketli FKBP12F36V ile oligomeric durumunu iki katına BB eklenmesi dikkat edilmelidir.
1. FKBP12 F36V - mVenus arıtma
2. Multiwell plaka dizi hazırlanması
3. Kalibrasyon-Alerjik Confocal edinme
4. detrend ve parlaklık R paket nandb kullanarak çözümleme
Detrending ve monomeric parlaklık
Veriyi kazanılmış sonra bir çözüm ilgi protein oligomeric durumunu belirlemek için parlaklık hesaplamalar başlayabilirsiniz. Çözümde ağartma etkisi kadar sert olmayabilir olsa bile olarak vivo içindeolabilir, yoğunluğu izleme hala muhtemelen fluorophore,18 ama bu arkasındaki nedenleri ile ilgili photophysical etkileri nedeniyle sabit demek olmayacaktır muhtemelen tam olarak anlaşılır değil. Bu parlaklığı hesaplanırken bir etkisi vardır; monomer-dimer geçişler belirlemeye çalışırken, bu çok önemli bir yönüdür. Şekil 2biriçinde gösterilen veri için algoritma otomatik uygulayarak detrend, yoğunluğu izleme düzgün FKBP12F36V-mVenus parlaklık çözüm için daha doğru bir değer sağlayan düzeltildi. Ayrıca bb, detrending, B olmadan önce ise 1,026, = detrending, B sonra 1.005 (Şekil 2b) =.
FKBP12 belirlenmesi F36V -mVenus monomer-dimer geçişler vitro
20.000 saf FKBP12F36V mVenus - 100 nM çözüm olarak satın alınan görüntülerin dizileri Protokolü bölümünde belirtilen. 10.000 çerçeveleri satın alınan sonra homodimerizer uyuşturucu BB alınıyor ise çözümü eklendi. 5.000 kare ardışık her dizi analiz edildi (Şekil 3). Ortalama parlaklık 5 dakika sonra BB ek B oldu FKBP12F36V dimer gösteren bir logosuna 2 kat artmasıdır 1.010 =. Kinetik işlemin Şekil 3bgösterilir; BB ek olarak FKBP12F36V dimerization tam arasındaki gecikme yaklaşık 2 dakika oldu.
Protein toplamları tanımlaması
Protein toplamları sayısı sınırlı sayıda çerçeveler hem de yoğunluk izleme (Şekil 4) tespit edildi. Bu toplamları doğal proteinler ile çalışırken çözümde meydana ve sonicating ve/veya protein seyreltme artan tarafından elimine edilebilir. Yine de, bazı biyolojik sorunlar, bir monomer ve büyük toplamları arasındaki geçişler algılamak gerekiyor. Şekil 4 bir örnek gösterir nerede dağınık bir FKBP12F36V protein toplama gözlem birim (resim 16 x 16); Bu veriler atılan bizim önceki hesaplamaları için ancak, bir örnek Şekil 4 ' te bu toplamları tespit edilebilir ve aynı ayarları ve yaklaşım kullanarak karakterize göstermek için gösterilir. FKBP12F36V-mVenus BB ile tedavi için 5000 görüntüleri değerlendirirken ilk bakışta, bir ortalama parlaklık kurtarabilirsiniz (B = 1.010). Ham parlaklık görüntü ile ilgilenen, bir açıkça, yine de, bir bölge B ≈ 1.080 yüksek değeri yaklaşık 8 piksel ilgi görebilirsiniz. Yörenin ilgi t birkaç kare ile çakışacak nerede bir FKBP12F36V toplamak yayılmış gözlem çevresi 34-37 s =. Toplam gözlem hacmindeki uzun süre doğru boyutunu belirlemek için yeterli kalır değil.

Resim 1 . N & B protein monomer-dimer geçişler çözümde algılamak için uygulanması. (a) basitleştirilmiş bir lazer kaynağı ile donatılmış mikroskop (LSM) tarama bir Lazer optik yol (514 ayarla nm mVenus durumunda etiketli proteinler) bir daldırma amaç (bizim durumumuzda bir 63X1.4NA yağ) (mavi oklar) yönelik bir 100 nM çözüm aydınlatıcı FKBP12F36V-mVenus çözüm. Emisyon Floresan (yeşil ok) geçer bir dikroik aynadan ve emisyon ışık temizler bir bant filtre doğru yönlendirilir ve tam bir nokta dijital dedektörü önce foton sayma yeteneğine sahip yer alan 1 havadar ünitesinde bir iğne deliği ayarlayın. (b) girin ve floresan yoğunluğu dalgalanmaları bir dizi üreten Gauss şekil confocal ses çıkış tek FKBP12F36V-mVenus moleküller aydınlatıcı 16 x 16 piksel ile aydınlatma confocal hacmi taranır. (c) zaman içinde elde görüntüsü serisi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Resim 2 . Otomatik detrending monomerleri çözümde bir nüfusa doğru ölçmek için gereklidir. (a) 5000 16 x 16 piksel görüntü yığınını Protokolü bölümünde açıklandığı gibi satın alınmıştır. İlk kare yoğunluğunu uzun ağartma ve diğer solvent ve/veya photophysic etkileri ile ilgili dönem dalgalanmalar gösterir ortalama yoğunluğu zaman çözüldü profil ile birlikte gösterilir. Ne olursa olsun neden uzun vadeli bu dalgalanmalar için onlar parlaklık hesaplamaları etkileyebilir ve bu nedenle detrending gerektirir. Otomatik detrend, bir alır B ise 1,026, = detrending, B otomatik sonra 1.005 =. Ayrıca, parlaklık olmadan (panelleri yaptı, ikinci satır) ve ile (anda panelleri, ikinci satır) düzgün filtreleme gösterilir. (b) aynı veri sundu (a) değişimleri ve yoğunluğu ve gösterilen parlaklık ait sonuçları. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 3 . In vitro N & B FKBP12F36V monomer ve dimer gerçek zamanlı arasında geçiş çözmeniz mümkün. Dimerizer uyuşturucu BB ek bir iki kat artış gerçek parlaklık (dan 0.005 0.010 içinde gerçek moleküler parlaklık için) 2 dk sonra sonuçlandı. (a) ilk kare yoğunluğunu değişimleri görüntü ortalama yoğunluğu profil ile birlikte gösterilir. Parlaklık olmadan (panelleri yaptı, ikinci satır) ve ile (anda panelleri, ikinci satır) düzgün filtreleme gösterilir. parlaklık çizilir (b) demek (her 5000 kare) doğru moleküler parlaklık ε kullanarak. Dimerization 2 dakika sonra BB ekleme oluşur (t = 1 dk) t 4 dk =. Monte eğrisi dimerization sonra dimerizer ilaç (BB) eklenmesi doğru eğilim strese sigmoidal bir işlevdir. Hata çubukları, her zaman bir noktada parlaklık dağıtım standart hatasını temsil eder. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 4 . İn vitro N & B çözüm protein toplamları boyutunu gidermek için. (a) değişimleri zaman çözüldü yoğunluğu izleme FKBP12F36V-mVenus edinimi için parlaklık görüntüleri ile birlikte gösterilir (ikinci sırada). (b) ile kırmızı noktalı daire vurgulanır yoğunluğu en fazla zaman çözüldü değişimleri yoğunluğu izleme gösterir (üst sol panel). Özellikle bu zamanı için karşılık gelen ilk yoğunluğu kare (t = 34 saniye) gösterilir ve aydınlatma alan girerek bir FKBP12F36V-mVenus toplamak kırmızı bir ok gösterir. Düzgünleştirilmiş parlaklık görüntü içine daha yakından bakmak bir bölgesi yüksek oligomeric içeren ilgi gösterir ve görüntünün geri kalanı monomerler ve dimer ortalama ile B arasında bir karışımı içeren 1.008 =. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Bu iletişim kuralı için ticari ışık mikroskobu tarama kullanarak floresans dalgalanma spektroskopisi üzerinde temel protein homo-Oligomerizasyonda vitro miktarının kalibrasyon-Alerjik bir yaklaşım açıklar. Doğru satın alma ayarları ve analiz yöntemleri gösterilir.
Bu eser Wellcome Trust tarafından desteklenen 105278/Z/14/2 adında için vermek Wellcome Güven Merkezi insan genetiği için Wellcome güven çekirdek Ödülü 203852/Z/16/2 tarafından finanse edilmektedir. C.S. Grup çalışmalarında kanser Araştırmaları İngiltere (C20724/A14414) ve Avrupa Birliği'nin ufuk 2020 araştırma ve yenilik programı hibe 647278 altında Avrupa Araştırma Konseyi tarafından desteklenmektedir.
| RosettaTM (DE3) pLysS hücreleri | Novagen | 70956-3 | |
| Ampisilin | Sigma Aldrich | PubChem Madde Kimliği 329824407 | |
| Kloramfenikol | Sigma Aldrich | PubChem Madde Kimliği: 24892250 | |
| LB başlangıç kültürü | QIAGEN | ||
| LB ortamı | QIAGEN | https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/head/search/external-link-icon.gif | |
| IPTG | Sigma Aldrich | PubChem Madde Kimliği 329815691 | |
| IMAC tamponu | Medicago | 09-1010-10 | |
| EDTA içermeyen proteaz inhibitörleri | Sigma Aldrich | 11873580001 | |
| TALON reçinesi | Clonetech | ||
| Nikel sefaroz | GE Healthcare | ||
| S200 16/60 sütun | GE Healthcare | ||
| Cam tabanlı 8 kuyulu gözlem çanağı | Ibidi | 80827 |