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Many proteins perform their function when attached to membrane surfaces. The binding of extrinsic proteins on nanodisc membranes can be indirectly imaged by transmission electron microscopy. We show that the characteristic stacking (rouleau) of nanodiscs induced by the negative stain sodium phosphotungstate is prevented by the binding of extrinsic protein.
Monotopic proteins exert their function when attached to a membrane surface, and such interactions depend on the specific lipid composition and on the availability of enough area to perform the function. Nanodiscs are used to provide a membrane surface of controlled size and lipid content. In the absence of bound extrinsic proteins, sodium phosphotungstate-stained nanodiscs appear as stacks of coins when viewed from the side by transmission electron microscopy (TEM). This protocol is therefore designed to intentionally promote stacking; consequently, the prevention of stacking can be interpreted as the binding of the membrane-binding protein to the nanodisc. In a further step, the TEM images of the protein-nanodisc complexes can be processed with standard single-particle methods to yield low-resolution structures as a basis for higher resolution cryoEM work. Furthermore, the nanodiscs provide samples suitable for either TEM or non-denaturing gel electrophoresis. To illustrate the method, Ca2+-induced binding of 5-lipoxygenase on nanodiscs is presented.
In der medizinischen Forschung wird viel Aufmerksamkeit auf Membranproteine fokussiert, entweder intrinsisch oder extrinsisch, in einer Vielzahl von Lipid-Wechselwirkungen beteiligt. Arbeiten mit lipidinteragierenden Proteinen enthält entweder einen Ersatz zu den Lipiden der Auswahl wie Detergenzien, amphipols 1 oder kleinen Proteinen 2 oder eine Membran Ersatz zu finden , die das Protein löslich und aktiv hält. Lipoic Membran Ersatzstoffe sind Liposomen und Nanoscheiben (ND) , 3, 4.
Nanoscheiben sind nahezu native Membranplattform....
1. Herstellung von Nanoscheiben
Die Methode, die wir vorschlagen, ist abhängig von der Herstellung von Nanoscheiben Bindung der Membranoberfläche für monotopen Membran-Protein bereitzustellen. Da es keine Transmembranprotein in die Lipid - Doppelschicht nanodisc eingebettet ist, werden die Nanoscheiben hier als "leere Nanoscheiben" (2A) bezeichnet. Diese weisen ein berechnetes Molekulargewicht von 256 kDa für eine Zusammensetzung von zwei MSP1E3D1 Gerüstproteine und etwa 260 Moleküle vo.......
Das Verfahren kann in drei Teile unterteilt werden: die Rekonstitution von leeren Nanoscheiben, die Herstellung von Protein-nanodisc Komplexe und die negative Färbung für die TEM dieser Komplexe. Jeder Teil wird separat in Bezug auf Beschränkungen der Technik, wichtige Schritte, und nützliche Änderungen gerichtet.
Die Rekonstitution von leeren Nanoscheiben. Kritische Schritte und Einschränkungen in der Herstellung und Verwendung von Nanoscheiben.
Für die Hers.......
The authors have nothing to disclose.
Die Autoren danken der schwedischen Research Council, Stockholm County Council, und KI Mittel für ihre Unterstützung. Die Expression und Reinigung von MSP wurde am Karolinska Institutet / SciLifeLab Protein Science Core Facility (http://PSF.ki.se) durchgeführt. Die Autoren möchten sich auch Dr. Pasi Purhonen und Dr. Mathilda Sjöberg für die gemeinsame Nutzung ihrer technischen Know-how und für ihre rechtzeitige Unterstützung zu danken.
....Name | Company | Catalog Number | Comments |
Transmission electron microscope: JEOL2100F | JEOL | ||
CCD camera | Tiez Video and Imaging Processing System GmbH, Germany | ||
Glow discharger | Baltec | ||
TEM grid: 400 mesh | TAAB | GM016/C | |
Size exclusion chromatography: Agilent SEC-5 | Agilent Technologies | 5190-2526 | |
Superdex 200 HR 10/300 | GE Healthcare Life Sciences | 17-5172-01 | |
Plasmid:MSP1E3D1 | Addgene | 20066 | |
Bacteria: BL21DE3 | NEB | C2527H | |
Bacteria: BL21 (DE3) T1R pRARE2 | Protein Science Facility, KI, Solna | ||
Purification Matrix: ATP agarose | Sigma Aldrich | A2767 | |
Purification Matrix: HisTrap HP-5 ml | GE Healthcare Life Sciences | 17-5247-01 | |
Lipid:POPC | Avanti polar lipids | 850457C | 25 mg/ml in chloroform |
Hydrophobic beads: Bio-Beads, SM-2 Resin | Bio-Rad | 1523920 | |
13 mm syringe filter: 0.2 μm | Pall life sciences | PN 4554T | |
Stain: Sodium phosphotungstate tribasic hydrate | Sigma Aldrich | 31648 | |
2-mercaptoethanol | Sigma Aldrich | M3148-250ML | |
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) | Bio-Rad | 161-0301 | |
Protease inhibitor cocktail | Sigma Aldrich | 4693132001 | |
TCEP | Sigma Aldrich | 646547 | |
Detergent: Sodium cholate hydrate | Sigma Aldrich | C6445-10G | |
Sodium Cholate | 500 mM Sodium cholate | Resuspend in miliQ water and store at -20°C | |
Lipid Stock | 50 mM POPC, 100 mM sodium cholate, 20 mM Tris-HCl pH 7.5, 100 mM NaCl | Store at 4°C for a week or Store -80°C for a month, after purging the solution with nitrogen | |
MSP standard buffer | 20 mM Tris-HCl pH 7.5, 100 mM NaCl, 0.5 mMEDTA | Store at 4°C | |
Non-Denaturaing Electrophoresis Anode Buffer | 50 mM Bis Tris 50 mM Tricine, pH 6.8 | BN2001 | Purchased from Thermofisher Scientific |
Non-Denaturaing Electrophoresis Cathode Buffer | 50 mM Bis Tris 50 mM Tricine, pH 6.8 0.002% Coomassie G-250 | BN2002 | Purchased from Thermofisher Scientific |
Non-Denaturaing Electrophoresis 4X Sample loading Buffer | 50 mM BisTrispH 7.2, 6N HCl, 50 mM NaCl, 10% (w/v) glycerol, 0.001% Ponceau S | BN2003 | Purchased from Thermofisher Scientific |
Denaturaing Electrophoresis Running Buffer | 25 mM Tris-HCl pH 6.8, 200 mM Glycine, 0.1 % (w/v) SDS | Inhouse receipe | |
Denaturaing Electrophoresis 5X Sample loading Buffer | 0.05 % (w/v) Bromophenolblue, 0.2 M Tris-HCl pH 6.8, 20 % (v/v) glycerol, 10% (w/v) SDS,10 mM 2-mercaptoethanol | Inhouse receipe | |
Terrific broth | Tryptone - 12.0g Yeast Extract - 24.0g 100 mL 0.17M KH2PO4 and 0.72M K2HPO4 Glycerol - 4 mL | Tryptone, yeast extract and glycerol were prepared to 900 ml and autoclaved seperately. KH2PO4 and K2HPO4 were prepared and autoclaved separately. Both were mixed before using the medium |
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