Kinesin Powered Moleküler minibüsleri üzerine Kargo Yükleniyor

Biology

Your institution must subscribe to JoVE's Biology section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

Fonksiyonlu mikrotübül üzerinde kayma yüzeyi yapıştırılır kinesin motorlu proteinlerinin nano ölçekli bir taşıma sistemi olarak hizmet verebilir oluşan Moleküler mekik. Burada, tipik bir servis sistemi montaj açıklanmıştır.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Jeune-Smith, Y., Agarwal, A., Hess, H. Cargo Loading onto Kinesin Powered Molecular Shuttles. J. Vis. Exp. (45), e2006, doi:10.3791/2006 (2010).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Hücreler kinesin motor proteinlerin ve mikrotübül filamentler gibi aktif hücre içi kargo taşımacılığı desteklemek için, gelişmiş moleküler makineler gelişmiştir. Kinesins kuyruk etki alanı yüklerin çeşitli bağlar iken, kinesins baş etki alanı mikrotübül kafes boyunca adım ATP molekülleri depolanan kimyasal enerjiyi kullanır. Uzun, sert mikrotübül, uzun mesafe hücre içi ulaşım için parça olarak hizmet vermektedir.

Bu motorlar ve filamentler, aynı zamanda moleküler mekik 1 bileşenleri olarak microfabricated sentetik ortamlarda istihdam edilebilir. Sık kullanılan bir tasarım, kinesin motorlar kendi kuyrukları ile parça yüzey demirlemiş ve Fonksiyonlu mikrotübüllerin bu motorlar ile hareketli yük taşıyan unsurları, olarak hizmet vermektedir. Bu mekik, biotin ve streptavidin arasında güçlü ve seçici bir bağlayıcılığı kullanan kargo ile yüklenebilir. Anahtar bileşenleri (biotinlenmiş tubulin, streptavidin ve biotinlenmiş kargo) ticari olarak kullanılabilir.

Klasik ters motilite tayini 2 Bina, inşaat moleküler mekiklerinin burada ayrıntılı. Kinesin Motor proteinleri kazein ile kaplanmış bir yüzeye adsorbe; mikrotübül, biotinlenmiş tubulin polimerize kinesin yapıştırılır ve daha sonra rodamin etiketli streptavidin ile kaplı. ATP konsantrasyonu kargo 3 yükleme için optimum bir mikrotübül kayma hızı elde etmek için subsaturating konsantrasyon tutulur. Son olarak, biotinlenmiş floresein etiketli nanokürecikler kargo olarak eklenir. Nanokürecikler kayma yüzeyine yapışan mikrotübül ve nanokürecikler arasındaki çarpışmalar sonucu olarak mikrotübül eklemek.

Protokol biotinlenmiş DNA 4, kuantum noktaları 5 veya biotinlenmiş antikorlar 4-6 aracılığıyla antijenleri geniş bir yelpazede çeşitli yüklerin kolayca yüklemek için modifiye edilebilir.

Protocol

1) Tamponlar ve Reaktifler

Bu çözümler, önceden hazırlanmış ve uygun büyüklükteki alikotları saklanmalıdır. Bir kısım tipik bir deney ve taze bir kısım her motilite tayini için kullanılması gereken yeterli bir çözüm bulunmalıdır. Saklama koşulları ve tipik kısım boyutları da aşağıdaki protokollerden söz edilmektedir.

1. BRB80 tampon, (80 mM BORU, 1 mM MgCl 2, 1 mM EGTA deiyonize distile (dd) su, KOH ile 6.9 pH değeri ayarlanmış)

  • Gg su EGTA 0.5 M 100 mL stok çözelti olun. 2 M NaOH çözeltisi ile 7.0 pH ayarlayın.
  • 1 M MgCl 2 gg su 100 mL stok çözelti olun. Çözüm Otoklav.
  • 24,2 g BORU ve gg su yaklaşık 800 ml, 3,1 g KOH pelet ekleyin ve erimesi için karıştırın. 1 M KOH çözeltisi kullanılarak 6.9 pH ayarlayın. 0.5 M EGTA stok solüsyonu ve 1 mL 1 M MgCl 2 stok solüsyonu 2 ml ekleyin. Gg su ile hacmi 1000 ml 'ye kadar getirin.
  • Ileride kullanmak üzere -20 ° C'de 50 ml şahin tüpleri ve dondurma haline kısım. BRB80 tüp şu anda kullanılmakta olan 4 ° C ya da oda sıcaklığında saklanabilir.

2. Magnezyum Klorür, MgCl 2 (100 mM gg su)

  • 100 mM son bir konsantrasyon elde etmek için gg su sulandırınız.
  • Ileride kullanmak üzere -20 ° C'de 0.5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve mağaza içine kısım (10 mcL hacmi)

3. Guanozin-5'-trifosfat, disodyum tuzu, GTP (25 mM NaOH tarafından 7 ayarlanabilir gg su, pH)

  • Tartılır ve gg suda çözülür ve 2 M NaOH çözeltisi ile pH ayarlamak 7.
  • 260 nm dalga boyunda UV absorbans ölçerek konsantrasyon olun. (11.7 x 103 M -1 cm -1 bir sönüm katsayısı kullanın).
  • 0.5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve gelecekte kullanılmak üzere -20 ° C'de muhafaza içine kısım (10 mcL hacim).

4. Dimetil sülfoksit, DMSO

  • 0.5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve gelecekte kullanılmak üzere -20 ° C'de muhafaza içine kısım (10 mcL hacim).

5. Taxol (DMSO 1 mM)

  • Tartılır ve 1 mM son bir konsantrasyon elde etmek için davlumbaz altında DMSO içinde çözülür.
  • 0.5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve gelecekte kullanılmak üzere -20 ° C'de muhafaza içine kısım (20 mcL hacim).

6. D-(+)-Glikoz (gg su 2 M)

  • Tartılır ve 2 M. nihai bir konsantrasyon elde etmek için gg su içinde çözülür
  • 0.5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve gelecekte kullanılmak üzere -20 ° C'de muhafaza içine kısım (20 mcL hacim).

7. Glikoz Oksidaz, (BRB80 içinde 2 mg / ml)

  • 2 mg / ml son bir konsantrasyon elde etmek için BRB80 içinde eritin.
  • 0.5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve gelecekte kullanılmak üzere -20 ° C'de muhafaza içine kısım (20 mcL hacim).

8. Dithiothreitol, DTT (1 M gg su)

  • 1 M. nihai bir konsantrasyon elde etmek için, davlumbaz altında gg suda çözülür
  • 0.5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve gelecekte kullanılmak üzere -20 ° C'de muhafaza içine kısım (20 mcL hacim).

9 - Katalaz, (BRB80 içinde 0.8 mg / ml)

  • 0.8 mg / ml son bir konsantrasyon elde etmek için en az 2 kademeli BRB80 içinde eritin. UV absorbansı 276 nm ve 406 nm (276 nm de 3.1 x 10 5 M -1 cm -1 ve 2.2 x 5 10 M 406 nm'de -1 cm -1 bir sönüm katsayısı kullanın ölçerek her aşamada konsantrasyonunu belirlemek ve denklemi A = cL).
  • 0.5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve gelecekte kullanılmak üzere -20 ° C'de muhafaza içine kısım (20 mcL hacim).

10 Adenozin-5'-trifosfat, ATP (100 mM MgCl 2 100 mM)

  • Gg su içinde 100 mM MgCl 2 stok solüsyonu hazırlayın. Kuru toz tartılır ve 100 mM son bir konsantrasyon elde etmek için bu stok solüsyonu çözülür.
  • 260 nm dalga boyunda UV absorbans ölçerek konsantrasyon olun. (15,4 x 10 3 M -1 cm -1 bir sönüm katsayısı kullanın).
  • 0.5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve gelecekte kullanılmak üzere -20 ° C'de muhafaza içine kısım (20 mcL hacim).

11. Kazein çözeltisi (20 mg / ml kazein BRB80 içinde)

  • Yaklaşık 3 g kazein, 30 ml, 50 ml şahin tüp dd su ekleyin. Vorteks çözüm yaklaşık 1 saat kadar kalın tutarlılık geliştirir.
  • 30 dakika boyunca yaklaşık 15000 gr santrifüjleyin. Filtre 0.5 mikron ve 0.2 mikron şırınga filtreler aracılığıyla süpernatantı.
  • UV absorbansı 280 nm (0.67 mL mg -1 cm -1 bir sönüm katsayısı kullanın) ölçerek süpernatantı konsantrasyonu belirleyin. 20 mg / ml BRB80 seyreltilir.
  • Kısım (20 mcL hacmi)0.5 mL mikrosantrifüj tüpler ve ileride kullanmak üzere -20 ° C'de saklayın.

2) Standart Çözümleri

Bu deney gün hazırlanır ve deney bittikten sonra atılmalıdır. Her 1 mL hazırlayın.

1. BRB80CS0.5

  • BRB80, buz üzerinde 0.5 mg / ml ve mağaza nihai bir konsantrasyonu kazein çözüm seyreltilir. Bu çözüm, önce kinesin akış hücresi içine giriliyor ve yüzey adsorpsiyon sonra kinesin aktivite tutmak yardımcı olur.

2. BRB80CA

  • 0.2 mg / ml kazein ve 1 mM ATP BRB80 ve buz üzerinde mağaza hazırlayın. Kinesin daha önce bu çözüm akış hücresi içine giriş kullanarak seyreltilir.

3. BRB80T

  • BRB80 oda sıcaklığında 10 mcM ve mağaza nihai konsantrasyonu taksol çözüm sulandırınız. Bu çözüm, mikrotübül stabilize etmek için kullanılır.

4. BRB80CT

  • 10 mcM taksol ve BRB80 0.2 mg / ml kazein ve oda sıcaklığında saklayın hazırlayın. Bu da antifade ve mikrotübül çözümler hazırlamak için kullanılır.

5. BRB80AF

  • 20 mM D-glukoz, 20 mikrogram / ml glukoz oksidaz, katalaz 8 mcg / mL, 10 mM DTT ve BRB80CT 20 mcM ATP ve oda sıcaklığında saklayın hazırlayın. Bu çözüm streptavidin ve nanokürecikler sulandırmak için kullanılan ve akış hücresi aşırı streptavidin "yıkama". Kinesin hızı bu çözüm ATP konsantrasyonu ayarlayarak kontrol edilebilir.

3.) kinesin Hazırlık

  • Express kinesin yabani tip, tam uzunlukta Drosophila melanogaster kinesin ağır zincir ve C-terminal Onun Escherichia coli-tag oluşan inşa ve 6 açıklandığı gibi bir Ni-NTA sütun kullanarak arındırmak.
  • -80 0,5 mL mikrosantrifüj tüpleri ve mağaza alikotları (10 mcL her) ° C ileride kullanmak üzere. Bu alikotları aktif kinesin konsantrasyonu yaklaşık 200 nM. 7
  • Tipik bir deneme için, kinesin çözüm BRB80CA 20 kat sulandırmak. Buz üzerinde çözüm KIN20 ve mağaza etiketleyin.

4.) Mikrotubul Hazırlık

  • 0,5 mL'lik bir mikrosantrifüj tüp, 25 mcL büyüme çözüm hazırlamak: 4 mM MgCl 2, 1 mM GTP ve% 5 DMSO (v / v) BRB80 tampon.
  • 20 mg liyofilize biotinlenmiş tubulin bir kısım için bu çözüm 6.25 mcL ekleyin.
  • 37 ısı banyo Vortex, sonra yerde ° C ila 30 dakika polimerize. Yavaşça BRB80T ve vorteks 100 kat sulandırınız. Oda sıcaklığında çözüm MT100 ve mağaza etiketleyin.
  • BRB80AF MT100, 10 kat seyreltme olun. Çözüm MT1000 Etiket.

5) Streptavidin ve Nanokürecikli Çözüm

BRB80AF 100 nM bir konsantrasyon AlexaFluor568-etiketli streptavidin hazırlayın. Buz üzerinde STV100 ve mağaza etiket. Aynı şekilde, BRB80AF çözüm nanokürecikler 5000 kat sulandırmak. Buz üzerinde NS5000 ve mağaza Etiket.

6.) Akış Hücre İnşaat

Çift taraflı bant ile ayrılmış iki cam lamelleri kullanarak flowcell oluşturun. Bu akış hücresi, yaklaşık 2 cm uzunluğunda 1 cm genişliğinde ve 100 mm yüksekliğinde ve yaklaşık 20 mcL bir hacmi vardır. Çözümleri filtre kağıdı kullanarak diğer bir pipet ve kötülerin dışarı kullanarak, bir taraftan akış hücresi içine tanıtıldı.

7) Ters Testi Meclisi

Cam yüzey ilk kinesin adsorpsiyon üzerine, onun işlevselliğini korumak sağlar kazein ile kaplanmıştır. Kinesin adsorbe sonra, mikrotübül kinesin tarafından tutuldukları tanıtıldı. Mikrotübüller sonra floresan streptavidin ile kaplıdır. Aşırı streptavidin yıkadıktan sonra, biotinlenmiş polistiren floresein nanokürecikler (40 nm çapında) tanıtıldı. Yüzey adsorbe sabit nanokürecikler hareketli mikrotübül ile çarpışır ve onları (Şekil 1) yüklenir.

Sonraki çözüm getirilmesi önce izin çözümler ve zaman akış sırasına göre aşağıda listelenmiştir.

  • BRB80CS0.5, 5 dakika
  • KIN20, 5 dakika
  • MT1000, 5 dakika
  • STV100, 5 dakika
  • BRB80AF, 3x
  • NS5000

8) Mikroskopi

Nanokürecikli giriş hemen sonra mikroskop sahnede akış hücresi monte edin. Bu deneyde, bir 100X petrol hedefi (NA 1.45), bir X-cite 120 lambası (EXFO, Ontario, Kanada) ve bir IXON EMCCD kamera (ANDOR, Eclipse TE2000-U floresan mikroskop (Nikon, Melville, NY) ile donatılmış South Windsor, CT) kullanılmıştır. FITC filtresi küp (# 48001) ve TRITC filtre küp (# 48002, Chroma Teknolojileri, Rockingham, VT), görüntü nanokürecikler ve mikrotübül respecti için kullanılır.vely alt yüzey akış hücreleri. Maruz kalma arasındaki süre 2 sn iken maruz kalma süresi, 0.2s

Şekil 1
Şekil 1. Moleküler mekik şematik çizim.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Küçük değişiklikler ile bu protokolü kinesin-mikrotübül tabanlı motilite testleri başarıyla monte etmek için çeşitli gruplar tarafından kullanılan olmuştur. Son motilite çözüm 10 mM DTT,% 0.5 'β-mercaptoethanol ile değiştirilebilir. 2 saatten fazla standart çözümler (BRB80AF KIN20 ve MT1000) olmamalıdır. Taksol ve özellikle mikrotübül içeren herhangi bir çözüm, buz üzerinde atÛlmamalÛdÛr. Işlevsel bileşenleri fotohasar UV uyarma ışık akışını hücrenin aşırı maruz kalma: mikrotübül ve kinesin akış hücresi gibi polistren nanokürecikler gibi yüksek oksijen yayınım polimerler içeriyorsa 8. Bu etki daha da belirgindir 9.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Çıkar çatışması ilan etti.

Acknowledgements

Biz yoğun olan grup, daha sonra bize adapte oldu bir kayma motilite tayini için temel protokolü geliştirildi Jonathon Howard, borçlu. NSF hibe DMR0645023 mali destek minnetle kabul edilmektedir.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Adenosine-5’-triphosphate (ATP) Invitrogen A1049
Biotin tubulin Cytoskeleton, Inc. T333
Casein Sigma-Aldrich C-0376
Catalase Sigma-Aldrich C-9322
D-(+)-Glucose Sigma-Aldrich G-7528
Dimethylsulfoxide (DMSO) Sigma-Aldrich D-8779
Dithiotreitol (DTT) Bio-Rad 161-0610
Ethylene glycol-bis(2-amin–thylether)-N,N,N′,N′-tetraacetic acid (EGTA) Sigma-Aldrich E-4378
FluoSpheres Biotinylated microspheres, 40 nm, yellow-green fluorescent (505/515) Invitrogen F-8766
Glucose oxidase Sigma-Aldrich G-7016
Guanosine-5’-triphosphate (GTP) Roche Group 106399
Magnesium Chloride (MgCl2) Sigma-Aldrich 63069
Paclitaxel (Taxol) Sigma-Aldrich T1912
1,4-Piperazinediethanesulfonic acid, Piperazine-1,4-bis(2-ethanesulfonic acid), Piperazine-N,N′-bis(2-ethanesulfonic acid) (PIPES) Sigma-Aldrich P-6757
Potassium hydroxide (KOH) Sigma-Aldrich P-6310
Sodium hydroxide (NaOH) Sigma-Aldrich 480878
Streptavidin Alexa Fluor 568 conjugate Invitrogen S11226

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Agarwal, A., Hess, H. Biomolecular motors at the intersection of nanotechnology and polymer science. Progress in Polymer Science. 35, (1-2), 252-252 (2010).
  2. Howard, J., Hunt, A. J., Baek, S. Assay of microtubule movement driven by single kinesin molecules. Methods Cell Biol. 39, 137-137 (1993).
  3. Agarwal, A., Katira, P., Hess, H. Millisecond curing time of a molecular adhesive causes velocity-dependent cargo-loading of molecular shuttles. Nano Lett. 9, (3), 1170-1170 (2009).
  4. Diez, S., Reuther, C., Dinu, C., Seidel, R., Mertig, M., Pompe, W., Howard, J. Stretching and Transporting DNA Molecules Using Motor Proteins. Nano Lett. 3, (9), 1251-1251 (2003).
  5. Bachand, G. D., Rivera, S. B., Boal, A. K., Gaudioso, J., Liu, J., Bunker, B. C. Assembly and transport of nanocrystal CdSe quantum dot nanocomposites using microtubules and kinesin motor proteins. Nano Lett. 4, (5), 817-817 (2004).
  6. Coy, D. L., Wagenbach, M., Howard, J. Kinesin takes one 8-nm step for each ATP that it hydrolyzes. J. Biol. Chem. 274, (6), 3667-3667 (1999).
  7. Katira, P., Agarwal, A., Fischer, T., Chen, H. -Y., Jiang, X., Lahann, J., Hess, H. Quantifying the performance of protein-resisting surfaces at ultra-low protein coverages using kinesin motor proteins as probes. Advanced Materials. 19, 3171-3171 (2007).
  8. Vigers, G. P. A., Coue, M., McIntosh, J. R. Fluorescent Microtubules Break Up Under Illumination. J. Cell Biol. 107, 1011-1011 (1988).
  9. Brunner, C., Hess, H., Ernst, K. -H., Vogel, V. Lifetime of biomolecules in hybrid nanodevices. Nanotechnology. 15, (10), S540-S540 (2004).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics