التوليف المباشر لجسيمات الذهب النانوية المرئية EM في الخلايا لتحليل توطين البروتين مع البنية التحتية المحفوظة جيدا

Summary

يصف هذا البروتوكول تقنية لصق المجهر الإلكتروني القابل للاستنساخ للكشف عن البروتينات الموسومة بالميتالوثيونين في الخلايا باستخدام تقنية جديدة لتخليق الجسيمات النانوية الذهبية القائمة على آلية قمع النوى الذاتية.

Abstract

يعد تحليل التوطين الدقيق لجزيئات البروتين في الخلايا ذات الدقة الهيكلية الفائقة ذا أهمية كبيرة لدراسة العمليات الفسيولوجية أو المرضية المختلفة في جميع الكائنات الحية. لذلك ، فإن تطوير العلامات القابلة للاستنساخ التي يمكن استخدامها كمجسات مجهرية إلكترونية له قيمة كبيرة ، تماما كما لعبت البروتينات الفلورية دورا حاسما في مجال التصوير البصري. تم الكشف مؤخرا عن آلية قمع النوى الذاتية (ANSM) ، والتي تسمح بالتوليف المحدد لجسيمات الذهب النانوية (AuNPs) على العلامات الغنية بالسيستين ، مثل ميتالوثيونين (MT) والبروتين المضاد للتجمد (AFP).

استنادا إلى ANSM ، تم تطوير تقنية وضع العلامات المجهرية الإلكترونية ، والتي تتيح الكشف المحدد عن البروتينات الموسومة في الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة بكفاءة غير مسبوقة في وضع العلامات. توضح هذه الدراسة بروتوكولا للكشف عن بروتينات اندماج MTn (متغير MT مهندس يفتقر إلى بقايا الألدهيد التفاعلية) في خلايا الثدييات ذات البنية التحتية المحفوظة جيدا. في هذا البروتوكول ، تم إجراء التثبيت بالتجميد والتجميد بالضغط العالي باستخدام مثبتات غير الألدهيد (مثل حمض التانيك ، أسيتات اليورانيل) للحفاظ على البنية التحتية شبه الأصلية وتجنب تلف نشاط العلامة الناجم عن تشابك الألدهيد.

تم استخدام إماهة بسيطة من خطوة واحدة قبل تخليق AuNP القائم على ANSM. أظهرت النتائج أن البروتينات الموسومة استهدفت عضيات مختلفة ، بما في ذلك أغشية وتجويف الشبكة الإندوبلازمية (ER) ، وتم الكشف عن مصفوفات الميتوكوندريا بكفاءة وخصوصية عالية. يوفر هذا البحث لعلماء الأحياء بروتوكولا قويا لمعالجة مجموعة هائلة من الأسئلة البيولوجية على مستوى الجزيء الواحد في السياقات الخلوية الفائقة.

Introduction

في عصر ما بعد الجينوم ، أحدث تطوير البروتين الفلوري الأخضر (GFP) كمراسل أحادي الجزيء للفحص المجهري الضوئي ثورة في مجال أبحاث علوم الحياة الحديثة ^1,2. لعقود من الزمان ، كان المجهر الإلكتروني (EM) أداة قوية لمراقبة البنية الخلوية بشكل حدسي بدقة^{نانوية 3}. ومع ذلك ، لا يزال التحديد الدقيق لجزيئات البروتين وتوطينها يمثل تحديا.

تقنية وضع العلامات EM الأكثر استخداما هي تقنية وضع العلامات المجهرية الإلكترونية المناعية (IEM) ، والتي تعتمد على تفاعل المستضد والجسم المضاد. ومع ذلك ، على الرغم من تطوير العديد من التقنيات في مجال وضع العلامات على IEM ، بما في ذلك التضمين ا....

Protocol

جميع المستلزمات المستخدمة في هذه التجربة مدرجة في جدول المواد. يظهر سير العمل خطوة بخطوة للبروتوكول الحالي في الشكل 1.

1. زراعة الخلايا على أقراص الياقوت

1. انقل أقراص الياقوت 3 مم × 0.16 مم إلى أنبوب طرد مركزي سعة 2 مل يحتوي على 1 مل من الإيثانول ، وقم بصوتنيكات في منظف بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق.
2. احرق كل قرص ياقوتي في لهب مصباح كحولي حتى لا توجد رواسب مرئية على السطح.
   ملاحظة: من خلال الطريقة المذكورة أعلاه ، يمكن إعادة تدوير أقراص الياقوت عدة مرات.
3. قم بتسمية جانب واحد من كل قرص ياقوتي برقم باستخدام قلم مقاوم للمذيبات (

النتائج

تعد تقنية تخليق AuNP القائمة على ANSM أداة مفيدة للغاية لوضع العلامات والكشف عن البروتينات الموسومة ب MT باستخدام TEM²⁶. للتحقق من متانتها في خلايا الثدييات ، تم إنشاء ثلاثة خطوط خلايا مستقرة تعبر عن EGFP-MTn-KDEL أو Ost4-EGFP-MTn أو Mito-acGFP-MTn في خلايا Hela. KDEL هو تسلسل احتفاظ / استرجاع للشبكة الإندوب.......

Discussion

تقدم الدراسة هنا تقنية قوية لوضع العلامات EM قابلة للاستنساخ لتصور جزيء واحد لجزيئات البروتين داخل البيئة الخلوية بدقة فائقة الهيكلية. توفر AuNPs التي تم تصنيعها مباشرة على علامات غنية بالسيستين المشفرة وراثيا توطينا واضحا ودقيقا للبروتينات المستهدفة. تحافظ تقنية التجميد والتجميد بالضغط ا.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.025 mm/0.275 mm Aluminum carrier	Beijing Wulundes Biotech Ltd., or Engineering Office of M. Wohlwend
0.2 M HEPES buffer			Dissolve HEPES (0.2 M) in 980 mL of ddH2O, then add 10 mL of 100 mM MgCl2 and 10 mL of 100 mM CaCl2 (final concentration 1 mM), respectively, adjust pH to 5.5
1.5 mL MaxyClear snaplock microtube	Axygen Scientific	MCT150C
2 mL polypropylene screw cap microtubes	Biologix	81-0204
200 mesh hexagonal copper grid	Tedpella inc	G200HEX
2-mercaptoethanol	Amresco	0482-250ML
35 mm cell culture dishes	Corning	430165
50 mL polypropylene centrifuge tubes	Corning	430928
Acetone	Beiijng Tong Guang Fine Chemicals Company	31025
Automated freeze substitution machine	Leica	AFS2
Customized 3.05 mm x 0.66 mm specimen holders for HPF	Beijing Wulundes Biotech Ltd.
D-penicillamine	TCI	P0147
Dulbecco’s modified Eagle medium	GBICO	C11965500BT
Fetal bovine serum	GBICO	10099-141C
Flat bottom embedding capsule	Tedpella inc
Foam cryobox
Formvar 15/95 resin	Electron Microscopy Sciences	15800
HAuCl4	Sigma	4022-1G
HEPES	sigma	H3375-500G
HPF machine	Wohlwend	HPF compact01
Methonal	Beiijng Tong Guang Fine Chemicals Company	12397
NaBH4	Sigma	480886-25G
OsO4	Electron Microscopy Sciences	19110
PBS-A buffer			Dissolve NaH2PO4 (1.125 mM), Na2HPO4 (3.867 mM), NaCl (100 mM) in 1 L of ddH2O, adjust to pH 7.4
Qualitative filter paper (medium speed)	Beyotime Biotechnology	FFT08
Sapphire discs	Beijing Wulundes Biotech Ltd., or Engineering Office of M. Wohlwend
Solvent resistant pen	Electron Microscopy Sciences	62053-B
SPI-Pon 812 resin	SPI Inc	02659-AB
Transmission electron microscopy	FEI	Tecnai G2 spirit
Trypsin-EDTA	GBICO	C25200-056
Tweezers	Dumont
Ultramictotome	Leica	FC7
Uranyl acetate	Electron Microscopy Sciences	22400