Method Article
ووصف التنصت وضع مجهر القوة الذرية (AFM) طريقة لتصور DNA البلازميد ، بروتينات حشوية ، والمجمعات الحمض النووي والبروتينات. الأسلوب يشمل النهج البديل لإعداد العينات للتصوير فؤاد التالية التلاعب البيوكيميائية. ويلاحظ والتي تحتوي على الحمض النووي محددة التفاعل البروتين المناطق العازلة في ظروف شبه فيزيولوجي.
قوة ذرية المجهر (فؤاد) يسمح للتصور الفردي للبروتينات ، جزيئات الحمض النووي ، ومجمعات البروتين البروتين ، والمجمعات الحمض النووي والبروتينات. في نهاية ناتئ المجهر هو تحقيق نانو النطاق الذي يخترق المناطق صورة تتراوح بين نانومتر وميكرومتر ، وقياس الارتفاع من الجزيئات يستريح على سطح الركيزة في أي لحظة معينة. القوات الكهروستاتيكية تسبب البروتينات والدهون والأحماض النووية لإرفاق فضفاضة إلى الركيزة في التوجهات العشوائية والسماح التصوير. البيانات التي تم إنشاؤها تشبه الخريطة الطوبوغرافية ، حيث حل والجزيئات ثلاثية الأبعاد من أحجام الجسيمات منفصلة (الشكل 1) 1،2. التنصت وضع فؤاد ينطوي على التذبذب المتكرر للتعزية ، والذي يسمح التصوير من المواد الحيوية لينة نسبيا مثل الحمض النووي والبروتينات. واحدة من فوائد ملحوظة من فؤاد على غيرها من تقنيات النانو المجهري هو قدرتها على التكيف النسبي لتصور البروتينات الفردية والجزيئات في مجمعات المخازن المائية ، بما في ذلك شبه فيزيولوجي ظروف تخزينها مؤقتا ، في الوقت الحقيقي ، ودون تلوين أو طلاء العينة ليتم طباعتها.
الطريقة المعروضة هنا يصف التصوير من الحمض النووي وعامل النسخ immunoadsorbed (أي مستقبلات جلايكورتيكود ، GR) مخزنة في محلول (الشكل 2). ويمكن فصل البروتينات والمجمعات Immunoadsorbed البروتين من بيليه الأجسام المضادة immunoadsorbing حبة من روح التنافس مع الأجسام المضادة وحاتمة ثم التقط (الشكل 2A). وهذا يسمح للتلاعب البيوكيميائية من الجزيئات الحيوية التي تهم قبل التصوير. المنقى مرة واحدة ، يمكن أن تكون مختلطة الحمض النووي والبروتينات ويمكن تصوير مجمع التفاعل الناتجة كذلك. الربط من الحمض النووي لالميكا يتطلب الموجبة ثنائي التكافؤ 3 ، مثل Ni 2 + 2 + أو Mg ، والتي يمكن أن تضاف إلى مخازن العينة بعد الحفاظ على نشاط البروتين. باستخدام نهج مماثل ، وقد استخدمت لتصوير فؤاد الانزيمات الفردية ، بما في ذلك بوليميريز الحمض النووي الريبي (4) وانزيم تصليح 5 ، منضما إلى جدائل الحمض النووي الفردية. هذه التجارب تعطي تفسيرا واضحا في البروتين البروتين والحمض النووي والبروتينات البيوفيزيائية التفاعلات التي تحدث على المستوى الجزيئي. يمكن للجسيمات التصوير الجزيئات الفردية مع فؤاد مفيدا لتحديد الجسيمات التجانس ولتحديد الترتيب الفعلي للعناصر المكونة للجسيمات تصوير. بينما تم تطوير الطريقة الحالية لرؤية خيوط GR - البروتين والحمض النووي كوصي 1،2 المجمعات التي يمكن ربط الموارد الوراثية ، ويمكن تطبيقه على نطاق واسع لعينات الحمض النووي والتصوير والبروتين من مصادر متنوعة.
1. إعداد الحمض النووي والبروتينات العينات المراد تصويره خالية من الملوثات
2. تصاعد فؤاد التحقيق
3. تحديد موقع طرف ناتئ ، والانحياز ليزر ، وتعديل photodetector
4. المواقع فؤاد الرأس وناتئ توليف
5. تصوير سطح العينة الميكا
6. الجزيئات الحيوية التي تهم التصوير
7. ممثل النتائج :
وعرضت أمثلة من الصور AFM في الشكل 4. الميكا الركيزة (A) على سطح مستو جزيئيا على الحمض النووي والبروتينات التي يمكن أن تمتص. التصوير الميكا قبل عينات جزيء حيوي يوفر السيطرة السلبية وتقييم الضوضاء التصوير. كما يوفر مستوى من الضمانات التي يتم ضبطها بشكل صحيح ناتئ والتصوير عينة اللاحقة سوف يكون ناجحا. يتم التعرف بسهولة المزدوج تقطعت بهم السبل الحمض النووي البلازميد (B ، D) ، supercoiled المفترض ، من خلال مظهرها غير متماثلة وموحدة إيداع على الركيزة الميكا غير ملحوظة سابقا. مجمعات البروتين من أحجام الجسيمات الرصينة (C ، E) هي أيضا مميزة فريدة من الركيزة الميكا. الاختلافات حجم الجسيمات تبين عدم تجانس العينة ، ويمكن أن تكون مفيدة لتقريب رياضيات الكيمياء بروتين معقد أو النشاط البيوكيميائية. الشكل العام قطري ، وثابت من التوجه المواليجزيئات البروتين لوحظ في الفريق C قطعة أثرية والتصوير ، والبروتينات وسيكون متوقعا المنحى على الركيزة الميكا بطريقة عشوائية. الأسباب المحتملة لهذا الأثر لاحظ هو غيض المادية أو شذوذ في AFM التصوير السريع جدا من معدل المسح الضوئي. بينما الطرف الإلتواء (مبين في الشكل 1B) يمنع المطلقة حسابات قياس طول مايو المحاور x و y وقياس الارتفاع (ض محور) و x النسبية وقياسات ذ مفيدا مع ذلك لتقدير الخصائص الفيزيائية الحيوية الجزيئات الحيوية للتصوير.
الشكل 1 : عرض تخطيطي للاستفادة من الوضع المجهري القوة الذرية (AFM). A ، المجهر. في نهاية ناتئ هو غيض الحادة التي تتأرجح صعودا وهبوطا كما يمسح على سطح الركيزة الميكا الذي كثف مجمعات الجزيئية البيولوجية. كما الماسح يتحرك في اتجاهات x و y ، ينعكس شعاع الليزر من الجزء الخلفي للناتئ على موقف حساسة للكشف عن الثنائي الضوئي لرسم خريطة العمودي (ض) المسافة غيض التحركات لأنها تمر عبر مجمعات الجزيئية البيولوجية جالسا على الميكا. باء تشويه للصورة في الاتجاهين x و y التي تسببها الإلتواء الحافة. في دائرة نصف قطرها الاسمي من طرف نيتريد السيليكون التقليدية هي أكبر من الجزيئات يمكن تصوير ، وعلى حافة الحافة الاتصالات العينة. كما يخترق السطح النتائج الإلتواء طرف في تصوير الجزيئات التي تظهر بشكل اكبر في الاتجاهين x و y ولكن ليس الاتجاه ض. ويمكن تقليل هذا التأثير عن طريق استخدام النصائح مع دائرة نصف قطرها أصغر غيض الاسمية.
الشكل 2 : توضيحات من البروتين والحمض النووي immunoadsorbed إعداد العينة. بيان من مجمع GR immunoadsorbed • البروتين hsp70 من الأضداد وحيدة النسيلة (ماب) - A - Sepharose البروتين (PAS) بيليه. وسوف تفرخ immunopellet مع الببتيد الذي يحتوي على خريطة موقع حاتمة تسهيل الافراج عن GR • بروتين معقد hsp70 من بيليه ، مما يسمح بجمع معقدة من طاف وتصور من قبل فؤاد. B ، إعداد الحمض النووي للتصوير فؤاد يتطلب استخدام منطقة عازلة الموجبة الامتزاز ثنائي التكافؤ. وكاتيون ثنائي التكافؤ يزيد من تقارب من الحمض النووي لالركيزة الميكا.
الشكل 3 : الترتيب النهائي للرئيس فؤاد ، السائل صاحب التحقيق الخلية ، العينة ، صاحب العينة ، وهلالة العازلة. ويجب اتخاذ العناية ، عند ايداع عينة والعازلة إضافية على الركيزة الميكا لتجنب الاتصال الجسدي بين طرف الماصة ورئيس فؤاد ، استدعاء السائل ، والركيزة الميكا. ب ، أ. التكبير وهلالة عازلة تمتد من القرص عينة لصاحب الخلية التحقيق السائل.
الشكل 4 : micrographs القوة الذرية الركيزة الميكا (A) ، 2xGal4 - 2xGRE - DNA البلازميد luciferease 8 (B ، D) ، والموارد الوراثية • مجمعات البروتين hsp70 (C ، E) مخزنة في الحل. الميكا بمثابة صورة للمقارنة مع السيطرة على تصورات من الحمض النووي والبروتينات. وأعدت GR • مجمعات البروتين hsp70 بواسطة امتزاز مناعي من GR معبي مع hsp70 ثم أفرج عنه من الأجسام المضادة بيليه حبة باستخدام خريطة موقع الضد المتنافسة (موضح في الشكل 2A). وقد أعدت بواسطة الحمض النووي البلازميد miniprep التقليدية. لوحات A ، B ، C ويتم من التكبير ما يعادل (الحانات النطاق = 200 نانومتر) ، وكذلك لوحات D و E (الحانات النطاق = 40 نانومتر).
فؤاد يوفر تقنية فريدة من نوعها مجهرية قادرة على الجزيئات الحيوية الفردية غير المصقول في التصوير المائي وقرب حلول فيزيولوجي مخزنة في الوقت الحقيقي. وهذا يسمح للتصور من البروتينات الفردية وجزيئات الحمض النووي ، فضلا عن المجمعات والمجمعات multiprotein بالبروتين الحمض النووي. يمكن أن جزيئات الجزيئات التصوير مع فؤاد مفيدا لتقييم تجانس العينة وتحديد الترتيب الفعلي للعناصر المكونة للجسيمات ملاحظتها. ويمكن ملاحظة هذا النهج من جزيئات الجزيئات الفردية أن تكون إضافة مفيدة لتقنيات الكيمياء الحيوية التقليدية ، مثل فحوصات مناعي ، بولي أكريلاميد الكهربائي للهلام ، واللوني حجم العمود الاستبعاد ، والتي توفر بيانات تلخيصي كبيرة تمثل 10 3 11 -10 مجمعات الجزيئية البيولوجية لمصلحة فرد موجود في العينة.
يمكن لجميع البحوث في رياضيات الكيمياء متعدد البروتينات ، والتفاعلات الجزيئية البيولوجية ، ومتطلبات العامل المساعد يتم التحقيق باستخدام فؤاد. ويمكن تكييف الطريقة المعروضة هنا لاستيعاب الأسئلة البيوفيزيائية محددة من الفائدة. على سبيل المثال ، وذلك باستخدام مسبار خلية السائل حامل قادرة على تبادل العازلة ، فمن الممكن لمتطلبات الفحص العامل المساعد لتكوين البروتين المعقدة. يمكن تشكيل الحمض النووي والبروتينات وفصلها في التجمعات القريبة من الوقت الحقيقي ، وحتى في الوقت الذي يجري تصويره. يمكن توليد الحمض النووي مع تسلسل محدد من الفائدة (على سبيل المثال عناصر الاستجابة الظني ، أو رواية تسلسل البروتين ملزمة) ، مختلطة مع بروتين الربط الافتراض ، وتصوير لتقديم أدلة مباشرة على التفاعلات بين الجزيئات.
التنصت على وضع التصوير فؤاد هو الى حد كبير أقل تعقيدا إذا تستخدم العينات الجافة بدلا من العينات في المحاليل المائية ، وتقف على الحمض النووي DNA الخطية والبلازميدات دائرة مغلقة على حد سواء تم تصويره في هذا السبيل 3،9. الأسلوب المقدمة هنا تستخدم عينات مخزنة في الحلول من أجل توفير بيئة التصوير أكثر الفسيولوجية. وينبغي أيضا أساليب أخرى جديرة بالذكر من البروتينات التصوير النظر فيها ، بما في ذلك مجال الأشعة تحت الحمراء القريبة من المجهري 10. الاستخدام المتكامل للامتزاز مناعي في القرين مع فؤاد يوفر فرصة لإعداد مجموعة كبيرة من المجمعات البروتين ، وذلك باستخدام تقنيات راسخة البيوكيميائية ، وتصور لهم ثم بعد الإفراج عن بيليه الأجسام المضادة حبة immunoadsorbing. على سبيل المثال ، كان يعاير GR immunoadsorbed لارتباطه مع البروتين hsp70 كوصي الجزيئية (1) ، وكذلك البروتين السيارات داينين 2 باستخدام هذا النهج من أجل تقدير حجم التعقيد وstoichiometries. حجم الجسيمات وخصائص الفيزيائية الحيوية (مثل الصلابة) كانت مفيدة في التحقق من هوية الجزيئات الحيوية التي لوحظت في عينات من تصوير فؤاد 11،12. ومن الممكن أيضا لتأكيد الهوية جزيء حيوي عن طريق إضافة لجزيء حيوي التفاعل (مثل ليجند أو ريتوكسيماب) ، التي من شأنها ربط هدفها وتسبب زيادة حجم الجسيمات إذا كان الهدف هو جزيء حيوي الحالي.
وقد تم تمويل هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة GM086822 المنحة. فإن الكتاب أود أن أشكر الدكاترة. أليك Pakhomov والاس بول (جامعة تقنية النانو واشنطن مرفق المستخدم (NTUF)) واندريا سليد (بروكر AXS) لما قدموه من مساعدة تقنية من الخبراء. وقد أجريت DNA فؤاد التصوير في جامعة. واشنطن NTUF ، وهو عضو في شبكة تقنية النانو البنية التحتية الوطنية. ويعود الفضل في البلازميد 2xGal4 - 2xGRE - luciferease من قبل المختبر الدكتور كيث ياماموتو (جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
اسم كاشف | شركة | فهرس العدد | |
---|---|---|---|
البعد 3100 | بروكر | البعد 3100 | |
البعد السوائل الخليوي | بروكر | DTFML - DD - سعادة | |
رافعة حادة نيتريد (SNL) السيليكون نيتريد فؤاد التحقيق | بروكر | SNL - 10 | |
Microlever حادة رافعة نيتريد (MSNL) السيليكون نيتريد فؤاد التحقيق | بروكر | MSNL - 10 | |
NanoScope البرمجيات فؤاد الصك | بروكر | 004-132-000 | |
أقراص معدنية فؤاد العينة | تيد بيلا | 16208 | |
الصف V1 أقراص ميكا ، 12 مم | تيد بيلا | 50-12 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved