Aktomiyozin demetlerinin in vitro oluşumu ve optik cımbız kullanılarak miyozin topluluk kuvveti oluşumunun ölçülmesi sunulmuş ve tartışılmıştır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Aktomiyozin demetlerinin in vitro oluşumu ve optik cımbız kullanılarak miyozin topluluk kuvveti oluşumunun ölçülmesi sunulmuş ve tartışılmıştır.
Miyosinler, ATP'yi aktin filament (AF) izleri boyunca adım atmak için hidrolize eden motor proteinlerdir ve motilitesi ve kas kasılması gibi hücresel süreçlerde gereklidir. Kuvvet üretme mekanizmalarını anlamak için, miyozin II hem tek moleküllü (SM) seviyede hem de optik yakalama gibi biyofiziksel yöntemler kullanılarak in vitro motor ekipleri olarak araştırılmıştır.
Bu çalışmalar, üç boncuklu bir düzenlemedeki tek moleküllü seviyeden, sert bir boncuk veya kayma düzeninde örtü kayması yüzeyinde birlikte çalışan motor gruplarına geçerken miyozin kuvvet üretme davranışının büyük ölçüde farklılık gösterebileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, bu tahlil yapıları, miyozin grup dinamiklerinin viskoelastik yapısal hiyerarşi içinde bir hücre içinde olduğu gibi değerlendirilmesine izin vermez. Çoklu aktin filamentlerle etkileşime giren miyozin toplulukları tarafından kuvvet oluşturma mekaniğini araştırmak için optik cımbız kullanan bir yöntem geliştirdik.
Bu aktomiyozin demetleri, motor iletişimi ve topluluk kuvveti çıkışını yakalayan hiyerarşik ve uyumlu bir ortamda araştırmayı kolaylaştırır. Tahlilin özelleştirilebilir doğası, miyozin topluluğundaki, aktin filament demetindeki veya çevredeki ortamdaki değişikliklerin farklı kuvvet çıktılarına nasıl yol açtığını anlamak için deneysel koşulların değiştirilmesine izin verir.
Motor proteinleri, kimyasal enerjiyi mekanik çalışmaya dönüştürerek yaşam için gereklidir 1,2,3. Myosin motorları, bir ize benzer filamentler boyunca adımlar atarak aktin filamentleri ile etkileşime girer ve aktin-miyozin ağlarının dinamikleri, diğer temel görevlerin yanı sıra kas kasılması, hücre hareketliliği, sitokinezi sırasında kasılma halkası ve hücre içindeki yükün hareketini gerçekleştirir 3,4,5,6,7,8 . Miyosinlerin çok önemli rolleri olduğundan, miyozin-aktin ağının işlevselliğindeki başarısızlık, hipertrofik kardiyomiyopatide (HCM) kalp hiperkontraktilitesine neden olan miyozin ağır zincirindeki mutasyonlar gibi hastalık gelişimine yol açabilir 9,10,11,12,13,14 . Kas kasılmasında, bireysel miyozin motorları, AF'lerin 4,15,16,17,18'in göreceli kaymasını gerçekleştiren gerekli mekanik enerjiyi sağlamak için bir topluluk olarak çalışarak birbirleriyle işbirliği yapar. Myosin motorları, AF'ler arasında çapraz köprüler oluşturur ve hizalanmış filamentlerin17,18,19,20,21 dikenli ucuna doğru toplu olarak hareket etmek için mekanokimyasal döngüsü nedeniyle konformasyonel değişiklikler kullanır.
Optik yakalama gibi teknikler kullanılarak SM düzeyinde kantitatif in vitro motiliteli testlerin geliştirilmesi, SM kuvvet üretiminin ve adım boyutlarının ölçülmesi de dahil olmak üzere bireysel miyozin motorlarının nasıl çalıştığına dair benzeri görülmemiş ayrıntıların toplanmasını kolaylaştırmıştır 22,23,24,25,26,27,28,29,30 . Finer ve ark., tek miyozin II motorlarının kuvvet oluşturma mekaniğini araştırmak için "üç boncuk" veya "dambıl" optik yakalama testini geliştirdiler23,31. Kas miyozin II, AF'leri sözleşmek için ekipler halinde çalıştığından, ancak SM seviyesinde işlemsel olmadığından, optik yakalama testi oryantasyonunun klasik motora bağlı boncuk yaklaşımı32'den yeniden düzenlenmesi gerekiyordu. Dambıl tahlilini oluşturmak için, bir AF'yi bir kapaklı boncuğa bağlı bir miyozin motoru üzerinde tutmak için iki optik tuzak kullanıldı ve tek motor tarafından kuvvet çıkışı, AF'nin tuzak23 içindeki hareketleriyle ölçüldü.
Bununla birlikte, SM kuvvetleri ve tek bir motor / tek filament tahlili oryantasyonu kullanarak, sistem düzeyinde kuvvet üretimi hakkında tam bir görüntü vermez, çünkü miyozin II de dahil olmak üzere birçok motor proteini izolasyonda çalışmaz ve genellikle parçalarının toplamı olarak işlev görmez 15,16,17,32,33,34,35,36 . Birden fazla filament ile etkileşime giren birden fazla motor içeren daha karmaşık yapılar, miyozin ve aktin filamentlerinin ağlarının sinerjisini daha iyi anlamak için gereklidir15,32. Dambıl tahlili oryantasyonu, bir boncuğa bağlı birden fazla miyozin bulundurarak veya bir yüzeye bağlı miyozin kalınlığında bir filament kullanarak ve motorların asılı AF 4,23,34,37,38,39,40 ile etkileşime girmesine izin vererek küçük topluluk kuvveti oluşumunu araştırmak için kullanılmıştır.
Diğer küçük topluluk tahlilleri arasında, miyozin motorlarının bir kapak kayması yüzeyine kaplandığı ve 4,35,36,38,39,40,41,42,43 motor ekibi tarafından üretilen kuvveti araştırmak için bir AF'ye bağlı bir boncuk kullanıldığı bir in vitro filament kayma testi bulunmaktadır. . Her iki durumda da, miyosinler sert bir yüzeye bağlanır - boncuk veya örtü kayması - ve bir AF kullanır. Bu gibi durumlarda, motorlar serbestçe hareket edemez veya birbirleriyle iletişim kuramazlar ve miyozinlerin katı bir şekilde bağlanmış olması, motorların sarkomer32'de birlikte çalışacağı uyumlu, hiyerarşik ortamı yansıtmaz. Önceki çalışmalar, miyozin II'nin çevresini algılayabildiğini ve kuvvet üretimi ve görev oranı41,44,45 gibi özellikleri değiştirerek değişen viskoelastik veya motor konsantrasyon koşullarına göre uyum sağlayabileceğini öne sürmüştür. Bu nedenle, miyozin II topluluk kuvveti üretiminin mekanik temellerinin daha gerçekçi bir resmini çizmek için motor iletişimini ve sistem uyumluluğunu teşvik eden ve yakalayan bir optik yakalama testi geliştirmeye ihtiyaç vardır.
Burada, iki aktin filamenti arasında etkileşime giren çoklu miyozin motorlarından oluşan aktomiyozin demetleri veya sandviçler oluşturarak hiyerarşik yapıyı in vitro optik yakalama ile birleştirmek için bir yöntem geliştirdik. Bu modüler tahlil geometrisi, moleküler ve çevresel faktörlerin topluluk miyozin kuvveti üretimini nasıl etkilediğini doğrudan araştırma yeteneğine sahiptir. Ayrıca, bu aktin-miyozin toplulukları aracılığıyla kuvvet oluşturma mekanizmalarının araştırılması, kas kasılması gibi büyük ölçekli hücresel görevlerinmoleküler seviye 9,10,13'ten nasıl yayıldığını modellemeye ve anlamaya yardımcı olma potansiyeline sahiptir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. Gravür kapakları
2. Aktin filament polimerizasyonu
3. Myosin ve boncuk hazırlama
4. Akış hücresi hazırlığı
5. Aktomiyozin demeti hazırlama
6. Optik Tuzak (NT2 Nanotracker2) kullanarak kuvvet ölçümleri
NOT: Aşağıdaki protokol özellikle NT2 sistemi için olsa da, bu tahlil, floresan yeteneklerine sahip özel olarak üretilenler de dahil olmak üzere diğer optik yakalama sistemleriyle birlikte kullanılabilir. Genel iş akışı, slaytın yüzeyini odakta tutmak, boncuk kalibrasyonları yapmak ve floresan aktin demetlerini bularak veri elde etmekle aynı kalır. NT2 sistemi için, Ek Şekil S1, Ek Şekil S2, Ek Şekil S3, Ek Şekil S4, Ek Şekil S5, Ek Şekil S6 ve Ek Şekil S7, optik yakalama sistemi ve yazılım arabirimi hakkında ayrıntılı bilgi sağlar.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Aktomiyozin demet sistemlerini içeren akış hücreleri, mikroskop sürgüsü ve çift taraflı yapışkan banttan yapılmış bir kanalla ayrılmış kazınmış bir kapak kaymasından oluşan standart bir tasarıma sahiptir (Şekil 1). Tahlil daha sonra protokolde açıklandığı gibi aşamalı tanıtımlar kullanılarak kapaktan yukarı doğru oluşturulur. Son tahlil, şablon rodamin etiketli aktin filamentlerinden oluşur; istenen miyozin konsantrasyonu ( Şekil 2 ve Şekil 3'teki temsili sonuçl...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Aktin filamentlerle etkileşime giren miyozin topluluklarının dinamiklerini araştırmak için floresan görüntüleme ile birlikte optik cımbız kullanan in vitro bir çalışma yapıldı. Aktin-miyosin-aktin demetleri, kas miyozin II, demetin dibinde ve kapak kayma yüzeyinde rodamin aktin ve demetin üstünde 488 etiketli, biyotinile aktin filamentleri kullanılarak birleştirildi. Tavşan kasından elde edilen aktin proteini, genel aktin tamponları (GAB) ve aktin polimerize edici tamponlar (APB) kullanılarak polimerize edildi v...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların beyan edecekleri herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Bu çalışma kısmen Mississippi Üniversitesi Lisansüstü Öğrenci Konseyi Araştırma Bursu (OA), Mississippi Üniversitesi Sally McDonnell-Barksdale Honors College (JCW, JER), NNX15AH78H (JCW, DNR) hibe numarası altında Mississippi Uzay Hibe Konsorsiyumu ve 848586 hibe numarası (DNR) altında Amerikan Kalp Derneği tarafından desteklenmektedir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Aktin proteini (biotin): iskelet kası | Hücre iskeleti | AB07-A | Biyotinile aktin proteini |
| Aktin proteini, tavşan iskelet kası | Hücre iskeleti | AKL99-A | Aktin proteini |
| Alexa Fluor 488 Phalloidin | Invitrogen | A12379 | Aktin stabilizatörü ve Alexa Fluor 488 lekesi |
| ATP | Fisher scientific | BP413-25 | Aktin için gereklidir montaj ve miyozin motilitesi |
| Beta-D-glukoz | Fisher bilimsel | MP218069110 | Floresan görüntüleme sırasında fotoağartmayı azaltmak için kullanılan oksijen süpürme sisteminin bir parçası |
| Kurutma Derecesi Bloker (kazein) | Biorad | 1706404 | |
| yüzeyi bloke etmek için kullanılırKalsiyum klorür, aktin miyozin ağının dinamikleri üzerinde gerekli kontrolü sağlar | |||
| Katalaz | bilimsel | ICN10040280 | Floresan görüntüleme sırasında fotoağartmayı azaltmak için kullanılan oksijen süpürme sisteminin bir parçası |
| Lameller | Fisher scientific | 12544C | Akış hücreleri yapmak için kullanılır |
| DTT | Fisher bilimsel | AC327190010 | Tampon hazırlama |
| için kullanılırEtanol | Fisher scientific | A4094 | Regent lamelleri temizlemek için kullanılır |
| Glikoz oksidaz | Fisher scientific | 34-538-610KU | Floresan görüntüleme sırasında fotoağartmayı azaltmak için kullanılan oksijen süpürme sisteminin bir parçası |
| KCl | Fisher scientific | P217-500 | Tampon hazırlama için kullanılır |
| KOH | Fisher scientific | P250-1 | Lamelleri aşındırmak ve ayarlamak için kullanılır tampon pH |
| MgCl2 | Fisher scientific | M33-500 | Tampon hazırlama için kullanılır |
| Mikroskop slaytları | Fisher scientific | 12-544-2 | Akış hücreleri yapmak için kullanılır |
| Miyozin II proteini: tavşan iskelet kası | Hücre iskeleti | MY02 | Tavşan iskelet kasından izole edilen tam uzunlukta miyozin motor proteini |
| Nanotracker2 | Bruker/JPK | NT2 | Optik yakalama aleti |
| Poli-l-lizin | Sigma-Aldrich | P8920 | Aktin filamentlerinin lamel cam yüzeyine yapıştırılması |
| Rhodamine Phalloidin | Hücre iskeleti | PHDR1 | Aktin stabilizatörü ve rodamin floresan boyası |
| Streptavidin boncukları, 1 & mu; m | Spherotech | SVP-10-5 | Optik yakalama kolu |
| Tris-HCl | Fisher scientific | PR H5121 | Tampon hazırlama için kullanılır |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.