Von der Swiss National Science Foundation unterstützt wurde; Das Schweizer Sinergia-Programm; die polnisch-schweizerischen Forschungsprogramm (PSPB-094/2010); die NFS in der chemischen Biologie; und LipidX von der Schweizer SystemsX.ch Initiative, durch den Schweizerischen Nationalfonds (, J. G.) ausgewertet. O. M. wurde durch eine EMBO langfristige Fellowship (ALTF-516-2012) unterstützt.

1. Lösungen und Vorbereitungen Hinweis: alle Puffer und Lösungen sollten bereit sein, in bidestilliertem (Dd) H 2 O. Da die Hydratation Zustand von Saccharose variiert, die Endkonzentration aller Saccharose-Lösungen muss ermittelt werden mit einem Refraktometer.
<ol><li>Prepare Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung ohne zweiwertigen kationen (PBS-): 137 mM NAKI, 2,7 mM KCl, 1,5 mM KH 2 PO 4 und 6,5 mM Na 2 HPO 4. Den pH-Wert 7,4 einstellen. Sterilisieren durch Autoklavieren (1 Zyklus bei 121 ° C für 15 min) und bei Raumtemperatur lagern.</li>
	<li>300 mM Imidazol-Stammlösung vorbereiten: 0,204 g Imidazol in 10 mL DdH 2 O.Adjust der pH-Wert 7,4 bei 4 ° C mit HCl. Filter-Sterilisieren mit 0,22 μm pore Größe Filter und Lagerung bei 4 ° c</li>
	<li>Vorbereiten Homogenisierung Puffer (HB; vorbereiten ca. 100 mL): 250 mM Saccharose in 3 mM Imidazol. Anpassen des pH-Werts 7,4 bei 4 ° C mit einem pH-Meter. Filter-Sterilisieren mit einem 0,22 μm Pore Größe Filter und Lagerung bei 4 ° C. Ergänzung der HB kurz vor Gebrauch mit einem Cocktail von Protease-Inhibitoren bei Endkonzentrationen entspricht 10 mM Leupeptin, 1 mM Pepstatin A und 10 ng/mL Aprotinin.</li>
	<li>Für Schritt Floating Farbverläufe, vorbereiten, 62 %, 39 % und 35 % Saccharose-Lösungen in 3 mM Imidazol, pH 7,4, wie unten beschrieben. Genau zu bestimmen, die Endkonzentration aller Saccharose-Lösungen mit einem Refraktometer.
	<ol><li>Vorbereiten 100 mL 62 % Saccharoselösung in 3 mM Imidazol, pH 7.4. Auflösen von DdH 2 O 80,4 g Saccharose einrühren vorgewärmt, 35 ° C. Fügen Sie 1 mL 300 mM Imidazol-Stammlösung und Füllung zu 100 mL mit DdH 2 O. anpassen den pH-Wert 7,4 bei 4 ° c Filter-Sterilisieren mit 0,22 μm Pore Größe Filter und Speicher bei 4 ° c</li>
		<li>Bereiten 100 mL 35 % Saccharoselösung in 3 mM Imidazol, pH 7.4. Auflösen von 40,6 g Saccharose in DdH 2 O. Add 1 mL 300 mM Imidazol-Stammlösung rühren und füllen bis 100 mL mit DdH 2 O. anpassen den pH-Wert 7,4 4 ° C. Filter Sterilisieren mit 0,22 μm pore Größe Filter und Lagerung bei 4 ° c</li>
		<li>Bereiten 39 % Saccharose in 3 mM Imidazol, pH 7,4 50 mL. Verdünnen Sie die 62 % Saccharose-Lösung mit 35 % Saccharoselösung. Shop bei 4 ° c</li>
	</ol></li> <li>3 g Paraformaldehyd (PFA) durch Rühren in 100 mL PBS-pre-warmed bis 60 ° C unter Zugabe von 1 M NaOH tropfenweise auflösen; den endgültige pH-Wert 7,4 mit NaOH einstellen. Filter-Sterilisieren mit einem 0,22-μm-Pore-Größe-Filter und Lagerung bei-20 ° c 
	Achtung: 3 % PFA ist eine toxische Reagenzien.</li>
	<li>Bereiten Sie 1 M KCl-Stammlösung. 3,73 g KCl durch Rühren in 50 mL DdH 2 O. Filter-sterilisieren Sie einen 0,22-μm Pore Größe Filter verwenden und bei Raumtemperatur lagern.</li>
	<li>Vorbereiten 50 X konzentrierte Stammlösung mit 0,625 M Hepes bei pH 7,0 und 75 mM MgOAc 2 in DdH 2 O. Aliquot und Speicher bei-20 ° c</li>
	Eindeckmedium <li>vorbereiten. Durch Rühren 2,4 g Poly(vinyl alcohol) M w ~ 31.000 (PVA) mit 6 g Glycerin mischen. 6 mL DdH 2 O und lassen für mindestens 2 h bei Raumtemperatur. Fügen Sie 12 mL 0,2 M Tris-Cl (pH 8,5) und Hitze auf etwa 53 ° C mit gelegentlichen rühren, bis die PVA aufgelöst hat.</li>
	<li>Klären die Lösung durch Zentrifugation bei 5.000 X g für 20 min bei Raumtemperatur. Erfassen den Überstand und Hinzufügen von 2,5 % (w/V) 1,4 - Diazabicyclo-[2.2.2] Oktan (DABCO) Immunofluoreszenz bei Fluoreszenz-Erkennung zu verhindern. Wirbel für ca. 30 s, aufzulösen. Aliquoten in 1,5 mL-Kunststoff-Rohre und bei-20 ° c</li>
</ol> 2. Zellkultur <ol><li>Kultur HeLa-Zellen in Dulbecco &#39; s Modified Eagle Medium ergänzt mit 10 % fetalen Kälberserum, 10 % nicht-essentiellen Aminosäuren, 10 % L-Glutamin und 1 % Penicillin-Streptomycin. Pflegen sie bei 37 ° C in einem 5 % CO 2 Inkubator.</li>
	<li>Transfect Zellen 24 h vor dem Experiment mit GFP-RAB5 10, mit kommerziellen Transfection Reagens laut Hersteller &#39; Anweisungen s.</li>
	<li>Im Bedarfsfall bereiten Endosomal Brüche und Zytosol von Zellen eines Proteins von Interesse (z.B. Verwendung von RNAi oder CRISPR/Cas9) und/oder eine Wildtyp oder mutierte Form des Proteins des Interesses überexprimierenden erschöpft.</li>
</ol> 3. Endosomal Bruchteil Vorbereitung Hinweis: dieses Protokoll beschreibt die direkte Vorbereitung der subzellularen Brüche mit Endosomen und anderen leichten Membranen. Bei Bedarf können gereinigtes Endosom Fraktionen auch gebrauchte 11 sein. Bereiten Sie 2 Petrischalen (10 cm Außendurchmesser; 57 cm 2) konfluierende Zellen GFP-RAB5 als Ausgangsmaterial zum Ausdruck zu bringen. Die Gesamtzahl der konfluierende HeLa-Zellen in 2 Petrischalen entspricht etwa 2,5 x 10 7 Zellen. Wenn nötig, die Endosomen auch zubereitet werden aus den Zellen eines Proteins von Interesse (z.B. Verwendung von RNAi oder CRISPR/Cas9) und/oder überexprimiert eine Wildtyp oder mutierte Form des Proteins des Interesses, immer Ausdruck GFP-RAB5 erschöpft.
 Vorsicht: sollten alle Schritte des Protokolls Fraktionierung auf Ice durchgeführt werden
<ol><li>Die Petrischalen auf eine nasse Metallplatte in eine flache Eiskübel und waschen Sie die Zellen zweimal mit 5 mL eiskaltem PBS-.</li>
	<li>Entfernen Sie alle PBS - aus dem letzten Waschen und 3 mL eiskaltem PBS-pro Schale. Zellen sollten nicht während der Behandlung trocken: bei Bedarf legen Sie den Eiskübel auf eine rockende Plattform, die Zellen mit Flüssigkeit ausreichend abdeckt.</li>
	<li>Mechanisch entfernen die Zellen mit PBS-Puffer aus die Petrischalen mit einem flexiblem Polizisten (d. h. hausgemachte Zelle Schaber). Kratzen Sie die Zellen aus der Gerichte zuerst in einer schnellen, kreisförmigen Bewegung um die Außenseite der Schale, gefolgt von einer Abwärtsbewegung in der Mitte der Schale. Schaben sanft zu &#34; Blätter &#34; der angeschlossenen Zellen. Sanft zu übertragen die Zellen mit einer Kunststoff Pasteurpipette mit einer weiten Öffnung, eine 15 mL konische Polypropylen Rohr auf Ice</li>
	<li>Zentrifuge für 5 min bei 175 X g und 4 ° C.</li>
	<li>Sanft entfernen den überstand (SN) und 1-3 mL HB zum Pellet. Mit einer Kunststoff Pasteurpipette mit einer weiten Öffnung sanft nach oben und unten einmal um die Zellen zu Aufschwemmen pipette.</li>
	<li>Zentrifuge für ca. 7-10 min bei 1.355 x g und 4 ° C. sanft entfernen die SN.</li>
	<li>Zelle Homogenisierung führen. 
	Hinweis: Bedingungen sollen sanft damit die Plasmamembranen der Zellen gebrochen sind, aber die Endosomen intakt bleiben.
	<ol><li>Hinzufügen eines bekannten Volumens von HB mit Protease-Inhibitoren auf jede Zelle Pellet (ca. 100 μl pro Zelle Pellet). Pipette mit einer Mikropipette 1.000 µL, sanft nach oben und unten, bis die Zellen Nukleinsäuretablette sind. Tue nicht Luftblasen einzuführen.</li>
		<li>Vorbereitung eine 1-mL Tuberkulin-Spritze mit einer 22G Nadel vorher gespült mit HB und frei von Luft oder Luftblasen.</li>
		<li>Füllen Sie die Spritze mit der Zellsuspension relativ langsam (damit keine Luftblasen), legen Sie die abgeschrägte Spitze der Nadel an der Wand des Rohres und vertreiben die Zellsuspension schnell auf die Plasmamembranen der angeschlossenen Zellen zu scheren.</li>
		<li>Nehmen Sie eine kleine aliquoten Homogenat (ca. 3 µL) und in 50 µL HB auf einen Objektträger zu verdünnen. Mischen und mit einem Glas Deckgläschen abdecken. Homogenat unter dem Phasenkontrast-Mikroskop verfügt über einen 20 X oder 40 X Objektiv zu inspizieren. 
		Hinweis: Unter optimalen Bedingungen, die meisten Zellen sind gebrochen, aber Kerne, die als dunkelgrau erscheinen und Runde Strukturen, sind nicht ( Abbildung 1).</li>
		<li>Wiederholen Sie Schritt 3.7.3 und 3.7.4 bis die meisten Zellen sind gebrochen; in der Regel 3-6 wechselvollen Striche durch die Nadel notwendig sind. Halten Sie eine kleine aliquoten (10-30 µL) von Homogenat zur Proteinbestimmung.</li>
	</ol></li> <li>Zentrifuge Homogenat für 7 min bei 1.355 x g und 4 ° c 
	Hinweis: nach der Zentrifugierung, das Pellet (definiert als die nuklearen Pellet; NP) enthält die Kerne und der Überstand (definiert als die postnukleare überstand; PNS) enthält die Zellflüssigkeit und die Organellen auf Homogenisierung und frei schwebend veröffentlicht.</li>
	<li>Sammeln sorgfältig die PNS. Halten Sie kleine aliquoten (10-30 µL) des PNS und NP zur Proteinbestimmung und entsorgen Sie die NP.</li>
	<li>Einstellen der PNS 40,6 % Saccharose durch das Verdünnen der 62 % Saccharose-Lösung mit PNS 1:1.1 Verhältnis von PNS:62 % Saccharose. Mischen Sie sanft aber gründlich, ohne Luftblasen zu erstellen. Überprüfen Sie die Saccharose-Konzentration mit dem Refraktometer.</li>
	<li>Ort der PNS bei 40,6 % Saccharose am unteren Rand eine Ultrazentrifugation Rohr. Sorgfältig mit 2,5 mL 35 % Saccharoselösung überlagern und füllen die Zentrifugenröhrchen mit HB. 
	Hinweis: Die Saccharose-Lösungen sollten geschichtet werden, so dass Schnittstellen deutlich sichtbar sind.</li>
	<li>Ultrazentrifuge Gradienten für 1 h bei ̴165, 000 X g und 4 ° c</li>
	<li>Entfernen Sie vorsichtig die weiße Schicht von Lipiden auf den Farbverlauf. Sammeln Sie als nächstes die Schnittstelle mit Endosomen zwischen HB und 35 % Saccharose, mit einer 200 μL Mikropipette mit Cut Spitze. 
	Hinweis: Die Endosomal Brüche können direkt in die in-vitro- Actin Polymerisierung Assay verwendet werden oder kann regelmÄÑig auf dem Eis, Blitz in flüssigem Stickstoff eingefroren und bei-80 gelagert ° C.</li>
	<li>Bestimmen die Proteinkonzentration der PNS und Endosomal Brüche. 
	Hinweis: Diese Konzentration sollte mindestens 100 µg/mL. Ca. 2,5 x 10 7 Zellen in 2 Petrischalen gewachsen sind notwendig, um ein PNS mit mindestens 100 µg/mL zu erhalten (siehe Hinweis oben).</li>
</ol> 4. Zytosol Vorbereitung Hinweis: bereiten Sie 2 Petrischalen (10 cm Durchmesser; 57 cm 2) konfluierende HeLa-Zellen als Ausgangsmaterial. Bei Bedarf kann die Zellflüssigkeit auch aus Zellen eines Proteins von Interesse (z.B. Verwendung von RNAi oder CRISPR/Cas9) und/oder überexprimiert ein Wildtyp oder die mutierte Form des Proteins des Interesses erschöpft vorbereitet werden. Für das Endosom Fraktionierung Protokoll sollten alle Schritte durchgeführt werden, auf Ice
<ol><li>Wiederholen Sie die Schritte 3.1-3.8.</li>
	<li>Legen Sie die PNS in ein Zentrifugenröhrchen und Ultrazentrifugen für 45 min bei ̴250, 000 X g und 4 ° c</li>
	<li>Sorgfältig entfernen Sie die weiße Schicht an der Spitze und die SN (Zytosol Bruch) zu sammeln, ohne störende Microsome Pellet. Halten Sie ein Aliquot der Zellflüssigkeit Fraktion zur Proteinbestimmung. 
	Hinweis: Die Zellflüssigkeit kann direkt in die in-vitro- Actin Polymerisierung Assay verwendet werden oder kann regelmÄÑig auf dem Eis, Blitz in flüssigem Stickstoff eingefroren und bei-80 gelagert ° C.</li>
	<li>Bestimmen die Konzentration des Proteins von dem Zytosol. 
	Hinweis: Es sollte mindestens 3 mg/mL.</li>
</ol> 5. Measuring Endosom-abhängige Aktin-Polymerisation In Vitro Assay Hinweis: Endosom-abhängige Aktin-Polymerisation kann mit zwei alternative Vorgehensweisen durchgeführt werden. Bei dem ersten Ansatz werden die Materialien gemischt in einem Reagenzglas, fixiert, und auf einem Deckgläschen übertragen und analysiert. Im zweiten Ansatz, der hier beschrieben wird kann der Test direkt in der bildgebenden Kammer durchgeführt werden und können behoben und analysiert werden ohne mechanische Störung ( Abbildung 2). In diesem zweiten Ansatz die Assay-Mischung ist nicht aus einem Reagenzglas auf einem Deckgläschen übertragen und somit bleibt unbeirrt, verringert die Gefahr von F-Aktin-Netzwerken wird physisch während der Übertragung gestört. Darüber hinaus ist der zweite Ansatz kompatibel mit einer Zeitraffer-Analyse der F-Aktin-Polymerisation. Es sei darauf hingewiesen, dass kein Unterschied in der Analyse von F-Aktin-Polymerisation mit beiden Ansätzen beobachtet wurde. 
Hinweis: Verwendung schneiden Tipps im gesamten Protokoll.
<ol><li>In einem Reagenzglas <ol><li>sanft Mischung eiskalte gereinigten GFP-RAB5 Endosomen (Schritt 3) mit Zytosol (Schritt 4) in einem Verhältnis von 01:10 (Proteinkonzentration) in eine eiskalte 1,5 mL konische Röhrchen. 
		Hinweis: Ein typisches Experiment erfolgt mit ca. 40-50 µL.</li>
		<li>Stellen Sie das eiskalte Reaktionsgemisch zu Endkonzentrationen von 125 mM KCl (mit 1 M KCl Vorratslösung), 12,5 mM Hepes und 1,5 mM MgOAc 2 (mit den 50 x Stammlösung). Passen Sie dann die Mischung mit Protease-Inhibitoren, Endkonzentrationen von 10 mM Leupeptin, 1 mM Pepstatin A und 10 ng/mL Aprotinin. Vorsichtig mischen aller Komponenten.</li>
		<li>Legen Sie das Reagenzglas mit der Reaktionsmischung bei 37 ° C, ohne Zittern, und die gewünschte Zeit inkubieren. 
		Hinweis: In der Regel dauert es ca. 3 min, Aktin-Polymerisation Endosomen und 30 min für die Bildung eines umfassenden Netzwerks erkennen.</li>
		<li>Zum gewünschten Zeitpunkt (z.B. 3 min oder 30 min), die Reaktion zu stoppen, indem man das Reagenzglas auf Eis und fügen Sie 1/10 (Vol:vol) der vorgekühlte 3 % PFA Lösung.</li>
		<li>0.3:10 (Vol:vol) von 200 Einheiten/mL (~6.6 μM) Phalloidin konjugiert, rot-Orange Färbung der polymerisierte Actin Fleck hinzufügen.</li>
		<li>Ort 12 μL der Mischung auf 12 μL PVA Eindeckmedium auf einem Mikro Objektträger. Setzen Sie ein 18 x 18 mm 2 Coverslipon Glasplatte.</li>
		<li>Analyse die Probe mit der konfokalen Mikroskopie.</li>
	</ol></li> <li>In der bildgebenden Kammer <ol><li>um mikroskopische Bildgebung Kammern, verwenden Plasma Reiniger für 1 min zu einem Deckgläschen rund 18 mm Durchmesser und rund 35 mm Durchmesser Petrischale, ausgestattet mit einem 20 mm Glasboden reinigen (0,16 0,19 mm).</li>
		<li>Inkubieren Sie die gereinigten Oberflächen mit 1 % β-Casein für 20 min, Proteinbindung, das Glas zu minimieren. Waschen zweimal mit 3 mM Imidazol.</li>
		<li>Add Endosom und Zytosol, in der gleichen Mischung wie in den Schritten 5.1.1 und 5.1.2, in eine vorgekühlte 1,5 mL Teströhrchen assay und ergänzen die Assay-Mischung mit 0,1 μg/μL Rhodamin-Aktin.</li>
		<li>Einstellen der endgültigen Brechungsindex des Gemisches auf 1,375 (26,5 % Saccharose) mit 39 % Saccharoselösung. 
		Hinweis: In der Regel wird das gleiche Volumen hinzugefügt; Dies muss jedoch werden empirisch nachjustiert, abhängig von der Saccharose-Konzentration von der gesammelten Bruch, anhand einer Refractometer, da die Saccharose-Konzentration von Experiment zu Experiment leicht ändern kann.</li>
		<li>Legen Sie die Mischung auf die vorbehandelte 35-mm-Schale (Schritt 5.2.1) und bedecken Sie es mit der vorbehandelten 18 mm Deckglas (Schritt 5.2.1).</li>
		<li>Legen Sie die Kammer bei 37 ° C ohne schütteln.</li>
		<li>Analyse der Probe mittels konfokale Fluoreszenzmikroskopie.</li>
	</ol></li></ol> 6. Bild-AcFassung und Analyse von Aktin Netzwerk <ol><li>Bildaufnahme <ol><li>erwerben die Bilder auf einem inversen Scan confocal Mikroskop. 
		Hinweis: Erwerb Bildeinstellungen wurden für eine invertierte Scan confocal Mikroskop mit einem 63 X 1,25 NA Öl Ziel optimiert. Passen Sie die Leistung des Lasers (in der Regel ca. 50 %), ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen.</li>
	</ol></li> <li>Quantifizierung des Aktin-Netzwerks <ol><li>fluoreszierenden Mikrographen zu analysieren. Die Opensource-Software CellProfiler (v2.1.1) 12 verwenden, um die Menge an Aktin pro Endosom messen (alternative Software kann verwendet werden).
		<ol><li>Ermitteln Sie zuerst Endosomen als das primäre Objekt mit der GFP-RAB5-Signal. Dann die F-Aktin verbunden mit individuellen Endosomen mit der Ausbreitung der Aktin-Signals zu quantifizieren (rot-Orange Farbstoff konjugiert Phalloidin) als sekundäre Objekt.</li>
			<li>Durchschnittliche und normalisieren die Nummer des zugehörigen Materials für jedes Objekt in der Kontrollbedingung.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
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Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessenkonflikte.

Aktin spielt eine entscheidende Rolle im Endosom Membran Dynamik4,14. Wir berichteten bereits, dass Aktin Nukleation und Polymerisation auf frühen Endosomen auftreten bilden kleine F-Aktin Patches oder Netzwerke. Diese F-Aktin-Netzwerke sind absolut erforderlich für Membrantransport über frühen Endosomen den Abbau Weg. Eingriffe bei jedem Schritt dieses Prozesses Keimbildung und Polymerisation verhindert Endosom Reifung und somit nachgelagerten Transport zur ...

In höheren Eukaryoten Zellen sind Proteine und Lipide in frühen Endosomen verinnerlicht wo sortieren auftritt. Einige Proteine und Lipide, die dazu bestimmt sind, bespielt werden, werden in röhrenförmigen Regionen von den frühen Endosomen aufgenommen und dann transportiert die Plasmamembran oder die Trans-Golgi-Netzwerk (TGN)1,2. Im Gegensatz dazu sind andere Proteine und Lipide selektiv in Regionen von den frühen Endosomen verpackt, die ein multivesicular Erscheinungsbild aufweisen. Diese Regionen zu erweitern und nach Loslösung von frühen Endosomal Membranen, schließlich Reifen in freien Endosomal Träger Vesikel oder multivesicular Einrichtungen (ECV/MVBs), die verantwortlich sind für die Güterbeförderung in Richtung späten Endosomen1, 2.
Aktin spielt eine entscheidende Rolle in dem Umbau Membranverfahren Endosomal Sortierkapazität und Endosom Biogenese zugeordnet. Protein sortieren auf den recycling Bahnen um die Plasmamembran oder die TGN richtet sich nach der komplexen Retromer und die damit verbundenen Proteine. Diese Sortierung Maschinen scheint die Bildung von recycling Tubuli über Wechselwirkungen von komplexen, Retromer mit der Wespe und Narbe homolog (WASH) komplexen und verzweigten Aktin3,4,5 gekoppelt werden . Im Gegensatz dazu Moleküle bestimmt für Abbau, besonders Signalisierung Rezeptoren aktiviert, die Endosomal Sortierung komplexe erforderlich für Transport (ESCRT)2,6in Intraluminal Vesikel (ILVs) sortiert sind, 7. Während die mögliche Rolle von Actin in der ESCRT-abhängige Sortiervorgang nicht bekannt ist, spielt F-Aktin eine wichtige Rolle in der Biogenese der ECV/MVBs und Transport über frühen Endosomen. Vor allem fanden wir, dass annexin A2 bindet Cholesterin angereicherte Regionen der frühen Endosom und zusammen mit spire1, nucleates F-Aktin-Polymerisation. Die Bildung der verzweigten Aktin-Netzwerks auf Endosomen beobachtet erfordert die verzweigte Aktivität des Proteins Aktin-bezogene (ARP) 2/3 Komplex, sowie der ERM-Protein-Moesin und die Aktin-bindende Protein Cortactin8,9.
Hier beschreiben wir einen Mikroskopie-basierte in-vitro- Assay, der Keimbildung und Polymerisation von F-Aktin auf frühen Endosomal Membranen in den Reagenzgläsern wiederherstellt. Dieser Test hat früher zu untersuchen, die Rolle von annexin A2 in F-Aktin Nukleation und Moesin und Cortactin bei der Bildung der Endosomal Aktin Netze8,9. Mit diesem Protokoll in Vitro werden die komplexen Abfolge von Reaktionen auf Endosomen während Aktin-Polymerisation der biochemischen und molekularen Analyse der sequentielle Schritte des Prozesses, einschließlich Aktin Nukleation, lineare zugänglicher Polymerisation, Verzweigung und Vernetzung.

<table><tbody><tr><td>NaCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>71380</td><td></td></tr><tr><td>KCl</td><td>Acros Organics</td><td>196770010</td><td></td></tr><tr><td>KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>AppliChem</td><td>A1042</td><td></td></tr><tr><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;HPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Acros Organics</td><td>424370025</td><td></td></tr><tr><td>Hepes</td><td>AppliChem</td><td>A3724</td><td></td></tr><tr><td>Magnesiun acetate tetrahydrate</td><td>Fluka</td><td>63047</td><td></td></tr><tr><td>Dithiothreitol (DTT)</td><td>AppliChem</td><td>A2948</td><td></td></tr><tr><td>Imidazole</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10125</td><td></td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Fluka</td><td>71690</td><td></td></tr><tr><td>Sucrose</td><td>Merck Millipore</td><td>107687</td><td></td></tr><tr><td>Leupeptin</td><td>Roche</td><td>11017101001</td><td></td></tr><tr><td>Pepstatin</td><td>Roche</td><td>10253286001</td><td></td></tr><tr><td>Aprotinin</td><td>Roche</td><td>10236624001</td><td></td></tr><tr><td>Paraformaldehide</td><td>Polysciences. Inc</td><td>380</td><td></td></tr><tr><td>Alexa Fluor 555 phalloidin</td><td>Molecular Probes</td><td>A34055</td><td></td></tr><tr><td>Actin rhodamine</td><td>Cytoskeleton. Inc</td><td>APHR-A</td><td></td></tr><tr><td>Mowiol 4-88</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>81381</td><td>poly(vinyl alcohol), Mw ~31 000</td></tr><tr><td>DABCO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D-2522</td><td></td></tr><tr><td>Tris-HCl</td><td>AppliChem</td><td>A1086</td><td></td></tr><tr><td>&amp;beta;-casein</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C6905</td><td></td></tr><tr><td>Filter 0.22 &amp;mu;m</td><td>Millex</td><td>SL6V033RS</td><td></td></tr><tr><td>Round 10 cm dishes for cell culture</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>150350</td><td></td></tr><tr><td>Plastic Pasteur pipette</td><td>Assistent</td><td>569/3 40569003</td><td></td></tr><tr><td>15-mL polypropylen tube</td><td>TPP</td><td>91015</td><td></td></tr><tr><td>Hypodermic Needle 22G Black 30mm</td><td>BD Microlance</td><td>300900</td><td></td></tr><tr><td>Sterile Luer-slip 1mL Syringes without needle</td><td>BD Plastipak</td><td>300013</td><td></td></tr><tr><td>Micro glass slides</td><td>Assistent</td><td>2406</td><td></td></tr><tr><td>18 x 18-mm glass coverslip</td><td>Assistent</td><td>1000/1818</td><td></td></tr><tr><td>SW60 centrifuge tube</td><td>Beckman coulter</td><td>344062</td><td></td></tr><tr><td>TLS-55 centrifuge tube</td><td>Beckman coulter</td><td>343778</td><td></td></tr><tr><td>200-&amp;mu;L yellow tip</td><td>Starlab</td><td>S1111-0706</td><td></td></tr><tr><td>1,000-&amp;mu;L Blue Graduated Tip</td><td>Starlab</td><td>S1111-6801</td><td></td></tr><tr><td>1.5-mL test tube</td><td>Axygen</td><td>MCT-175-C 311-04-051</td><td></td></tr><tr><td>18-mm diameter round coverslip</td><td>Assistent</td><td>1001/18</td><td></td></tr><tr><td>35-mm diameter round dish with a 20-mm glass bottom (0.16 - 0.19 mm)</td><td>In vitro Scientific</td><td>D35-20-1.5-N</td><td></td></tr><tr><td>Refractometer</td><td>Carl Zeiss</td><td>79729</td><td></td></tr><tr><td>Plasma cleaner</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td></td></tr><tr><td>Sorvall WX80 Ultracentrifuge</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>46900</td><td></td></tr><tr><td>Tabletop ultracentrifuge</td><td>Beckman coulter</td><td>TL-100</td><td></td></tr><tr><td>SW60 rotor</td><td>Beckman coulter</td><td>335649</td><td></td></tr><tr><td>TLS-55 rotor</td><td>Beckman coulter</td><td>346936</td><td></td></tr><tr><td>Confocal microscopy</td><td>Carl Zeiss</td><td>LSM-780</td><td></td></tr><tr><td>Fugene HD transfection reagent</td><td>Promega</td><td>E2311</td><td></td></tr><tr><td>Protein assay reagent A</td><td>Bio-Rad</td><td>500-0113</td><td></td></tr><tr><td>Protein assay reagent B</td><td>Bio-Rad</td><td>500-0114</td><td></td></tr><tr><td>Protein assay reagent S</td><td>Bio-Rad</td><td>500-0115</td><td></td></tr><tr><td>Cell scraper</td><td>Homemade</td><td></td><td>Silicone rubber piece of about 2 cm, cut at a very sharp angle and attached to a metal bar or held with forceps</td></tr><tr><td>Refractometer</td><td>Carl Zeiss</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Minimum Essential Medium Eagle (MEM)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M0643</td><td></td></tr><tr><td>FCS</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>10270-106</td><td></td></tr><tr><td>MEM Non-Essential Amino Acids (NEAA)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>11140-035</td><td></td></tr><tr><td>L-Glutamine</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>25030-024</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin-Streptomycin</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>15140-122</td><td></td></tr><tr><td>pH Meter 691</td><td>Metrohm</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ImageJ software</td><td></td><td></td><td>NIH, Bethesda MD</td></tr></tbody></table>

in vitro polymerization of f-actin on early endosomes

Viele frühen Endosom Funktionen, insbesondere Ladung Eiweiß Sortier- und Membran Verformung, kurz F-Aktin-Filamente kernhaltige auf Endosomal Membrane Flecken hängen. Wir haben festgestellt, einen Mikroskopie-basierte in-vitro- Assay, der Keimbildung und Polymerisation von F-Aktin auf frühen Endosomal Membranen in den Reagenzgläsern, wiederherstellt, wodurch dieser komplexen Abfolge von Reaktionen zu genetischen und biochemischen Manipulationen. Endosomal Fraktionen werden von float in Saccharose Steigungen aus Zellen, die mit dem Ausdruck der frühen Endosomal Protein GFP-RAB5 vorbereitet. Cytosolischen Brüche bereiten wir aus separaten Chargen von Zellen. Endosomal und cytosolischen Brüche können gespeichert werden in flüssigem Stickstoff eingefroren bei Bedarf. In dem Assay Endosomal und cytosolischen Brüche werden gemischt und die Mischung wird bei 37 ° C unter geeigneten Bedingungen (z. B. Ionenstärke, Verringerung der Umwelt) inkubiert. Zum gewünschten Zeitpunkt die Reaktionsmischung ist fest und die F-Aktin erschließt sich mit Phalloidin. Aktin Nukleation und Polymerisation werden dann durch Fluoreszenzmikroskopie analysiert. Hier berichten wir, dass dieser Test verwendet werden, um die Rolle der Faktoren zu untersuchen, die entweder in Aktin Nukleation auf der Membran oder im nachfolgenden Dehnung, Verzweigungen oder Vernetzung von F-Aktin-Filamente beteiligt sind.

Um Einblicke in die Entstehung von F-Aktin-Patches auf frühen Endosom Membranen, folgten wir das Protokoll gemäß Abbildung 2. Kurz, Zellen wurden mit GFP-RAB5 transfiziert und dann frühen Endosomen von subzellulären Fraktionierung vorbereitet wurden. Diese gereinigten frühen Endosomen wurden mit Zytosol inkubiert, um Aktin sowie andere Faktoren, die möglicherweise in der Reaktion zur Verfügung zu stellen. Am Ende der Inkubationszeit war die Reaktion d...

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In Vitro Polymerization of F-actin on Early Endosomes

Frühen Endosom Funktionen hängen F-Aktin-Polymerisation. Hier beschreiben wir einen Mikroskopie-basierte in-vitro- Assay, der Keimbildung und Polymerisation von F-Aktin auf frühen Endosomal Membranen in den Reagenzgläsern, wiederherstellt wodurch dieser komplexen Abfolge von Reaktionen zu biochemischen und genetischen Manipulationen.

In-vitro- Polymerisation von F-Aktin auf frühen Endosomen

Many early endosome functions, particularly cargo protein sorting and membrane deformation, depend on patches of short F-actin filaments nucleated onto ...

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In Vitro Polymerization of F-actin on Early Endosomes

Unit 1

The Cytoskeleton I: Actin and Microfilaments

SCIENTISTS IN ACTION

8.9K Aufrufe.  University of Geneva. Frühen Endosom Funktionen hängen F-Aktin-Polymerisation. Hier beschreiben wir einen Mikroskopie-basierte in-vitro- Assay, der Keimbildung und Polymerisation von F-Aktin auf frühen Endosomal Membranen in den Reagenzgläsern, wiederherstellt wodurch dieser komplexen Abfolge von Reaktionen zu biochemischen und genetischen Manipulationen.

Serie: In Vitro Polymerization of F-actin on Early Endosomes

Monitoring Actin Disassembly with Time-lapse Microscopy

Okay, so what I'd like to do today is to show you how to construct a flow chamber, a fusion chamber for imaging on an upright microscope. What then I then do is I create two spaces using film. So what I do is I take the para film, I cut it into small strips.Next I'm going to, this will basically form the channels for the, the walls, and I dry them with a tilted air. I put the cover slip on top of the para, And here's the finished. Then I heat it on a heat block to melt the param and basically create a seal.So what this is, is the, the cover glass here, and then on top of the cover glass is two layers of phim as you see right here. And then on top of this, again, there's a, it's a 22 by two two mil meter cover slip. This one right here, which I pressed against the param to fall the seal.Okay, so the liquid goes in in one direction here and I can suck it out with a filter paper here in this direction. And I'll show you how to do that in a bit. So what I like to do is I like to put it in a humidified chamber, which is very simple.Take two kind of elevated strips and have a filter of paper underneath. And to keep it noisy as I, I put the cover, cover slip on the flow chamber on. Now the way you introduce a solution to the chamber is that you just put the pipet tip at the entrance of the chamber and you just split.Now what I do is I incubate the chamber with the lid closed for 10 minutes. What I usually do to suck the liquid out from the other side is to use it, get a filter paper and cut it into thin strips like this. And I take one of these thin strips and I simultaneously apply the solution into the entrance while putting the filter paper at the exit to suck the exchange, the solution.So you'll see the liquid flowing through the solution. And then I wait for five minutes for the mid close. Now what I'm ready to do is to actually put that the actin it and the actin, I actually have to polymerize, I polymerize inside the flow chamber and it's just the same procedures before.So because like this, and then now that the action is polymerized, I wash out all the un excess un polymerized action using a large volume of just buffer. So here I have about a hundred microliters and it's a few reaction chamber volumes worth of buffer. Just, you know, when the filter paper becomes saturated, I have to change the direction.Okay?And so I'm ready to do imaging with this. So perfusion chamber with actin attached to it. Now I take the slide, mount it under the microscope, and since I'm imaging with an oil objective, I'm gonna put some immersion oil on the top surface of the cover, grass touch, such so assess solution or protein or anything on acting inside.So what I do is I can actually exchange the solution side while I'm doing the time lapse imaging. As such.

Überwachung Aktin Demontage mit Zeitraffer-Mikroskopie

Forschung

Biologie

Labeling F-actin Barbed Ends with Rhodamine-actin in Permeabilized Neuronal Growth Cones

The motile tips of growing axons are called growth cones. Growth cones lead navigating axons through developing tissues by interacting with locally expressed molecular guidance cues that bind growth cone receptors and regulate the dynamics and organization of the growth cone cytoskeleton3-6. The main target of these navigational signals is the actin filament meshwork that fills the growth cone periphery and that drives growth cone motility through continual actin polymerization and dynamic remodeling7. Positive or attractive guidance cues induce growth cone turning by stimulating actin filament (F-actin) polymerization in the region of the growth cone periphery that is nearer the source of the attractant cue. This actin polymerization drives local growth cone protrusion, adhesion of the leading margin and axonal elongation toward the attractant.
Actin filament polymerization depends on the availability of sufficient actin monomer and on polymerization nuclei or actin filament barbed ends for the addition of monomer. Actin monomer is abundantly available in chick retinal and dorsal root ganglion (DRG) growth cones. Consequently, polymerization increases rapidly when free F-actin barbed ends become available for monomer addition. This occurs in chick DRG and retinal growth cones via the local activation of the F-actin severing protein actin depolymerizing factor (ADF/cofilin) in the growth cone region closer to an attractant8-10. This heightened ADF/cofilin activity severs actin filaments to create new F-actin barbed ends for polymerization. The following method demonstrates this mechanism. Total content of F-actin is visualized by staining with fluorescent phalloidin. F-actin barbed ends are visualized by the incorporation of rhodamine-actin within growth cones that are permeabilized with the procedure described in the following, which is adapted from previous studies of other motile cells11, 12. When rhodamine-actin is added at a concentration above the critical concentration for actin monomer addition to barbed ends, rhodamine-actin assembles onto free barbed ends. If the attractive cue is presented in a gradient, such as being released from a micropipette positioned to one side of a growth cone, the incorporation of rhodamine-actin onto F-actin barbed ends will be greater in the growth cone side toward the micropipette10.
Growth cones are small and delicate cell structures. The procedures of permeabilization, rhodamine-actin incorporation, fixation and fluorescence visualization are all carefully done and can be conducted on the stage of an inverted microscope. These methods can be applied to studying local actin polymerization in migrating neurons, other primary tissue cells or cell lines.

A method to visualize and quantify F-actin barbed ends in neuronal growth cones is described. After culturing neurons on glass coverslips, cells are permeabilized with a saponin-containing solution. Then, a short incubation with the saponin buffer containing rhodamine-actin incorporates fluorescent actin onto free actin barbed ends.

Labeling F-Aktin Barbed Endet mit Rhodamin-Aktin in permeabilisierten Neuronale Growth Cones

The motile tips of growing axons are called growth cones. Growth cones lead navigating axons through developing tissues by interacting with locally ...

Neurowissenschaften

Using Microfluidics and Fluorescence Microscopy to Study the Assembly Dynamics of Single Actin Filaments and Bundles

In order to decipher the complex molecular mechanisms that regulate the assembly and disassembly of actin filaments, it is a great asset to monitor individual reactions live in well-controlled conditions. To do so, live single-filament experiments have emerged over the past 20 years, mostly using total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy, and have provided a trove of key results. In 2011, in order to further expand the possibilities of these experiments and to avoid recurring problematic artifacts, we introduced simple microfluidics in these assays. This study details our basic protocol, where individual actin filaments are anchored by one end to the passivated coverslip surface, align with the flow, and can be successively exposed to different protein solutions. We also present the protocols for specific applications and explain how controlled mechanical forces can be applied, thanks to the viscous drag of the flowing solution. We highlight the technical caveats of these experiments and briefly present possible developments based on this technique. These protocols and explanations, along with today&#39;s availability of easy-to-use microfluidics equipment, should allow non-specialists to implement this assay in their labs.

We present protocols for simple actin filament microfluidic assays, in combination with fluorescence microscopy, that allow one to accurately monitor individual actin filaments in real-time while sequentially exposing them to different protein solutions.

Verwendung von Mikrofluidik und Fluoreszenzmikroskopie zur Untersuchung der Montagedynamik von einzelnen Actin-Filamenten und -Bündeln

In order to decipher the complex molecular mechanisms that regulate the assembly and disassembly of actin filaments, it is a great asset to monitor ...

Biochemie

Visualizing Actin and Microtubule Coupling Dynamics In Vitro by Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) Microscopy

Traditionally, the actin and microtubule cytoskeletons have been studied as separate entities, restricted to specific cellular regions or processes, and regulated by different suites of binding proteins unique for each polymer. Many studies now demonstrate that the dynamics of both cytoskeletal polymers are intertwined and that this crosstalk is required for most cellular behaviors. A number of proteins involved in actin-microtubule interactions have already been identified (i.e., Tau, MACF, GAS, formins, and more) and are well characterized with regard to either actin or microtubules alone. However, relatively few studies showed assays of actin-microtubule coordination with dynamic versions of both polymers. This may occlude emergent linking mechanisms between actin and microtubules. Here, a total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy-based in vitro reconstitution technique permits the visualization of both actin and microtubule dynamics from the one biochemical reaction. This technique preserves the polymerization dynamics of either actin filament or microtubules individually or in the presence of the other polymer. Commercially available Tau protein is used to demonstrate how actin-microtubule behaviors change in the presence of a classic cytoskeletal crosslinking protein. This method can provide reliable functional and mechanistic insights into how individual regulatory proteins coordinate actin-microtubule dynamics at a resolution of single filaments or higher-order complexes.

Visualizing Actin and Microtubule Coupling Dynamics In Vitro by Total Internal Reflection Fluorescence TIRF Microscopy

This protocol is a guide for visualizing dynamic actin and microtubules using an in vitro total internal fluorescence (TIRF) microscopy assay.

Visualisierung der Dynamik der Kopplungsdynamik von Aktin und Mikrotubuli in vitro durch Total-Internal-Reflection-Fluoreszenz-Mikroskopie (TIRF)

Traditionally, the actin and microtubule cytoskeletons have been studied as separate entities, restricted to specific cellular regions or processes, and ...

In Vitro Reconstitution of the Actin Cytoskeleton Inside Giant Unilamellar Vesicles

The actin cytoskeleton, the principal mechanical machinery in the cell, mediates numerous essential physical cellular activities, including cell deformation, division, migration, and adhesion. However, studying the dynamics and structure of the actin network in vivo is complicated by the biochemical and genetic regulation within live cells. To build a minimal model devoid of intracellular biochemical regulation, actin is encapsulated inside giant unilamellar vesicles (GUVs, also called liposomes). The biomimetic liposomes are cell-sized and facilitate a quantitative insight into the mechanical and dynamical properties of the cytoskeleton network, opening a viable route for bottom-up synthetic biology. To generate liposomes for encapsulation, the inverted emulsion method (also referred to as the emulsion transfer method) is utilized, which is one of the most successful techniques for encapsulating complex solutions into liposomes to prepare various cell-mimicking systems. With this method, a mixture of proteins of interest is added to the inner buffer, which is later emulsified in a phospholipid-containing mineral oil solution to form monolayer lipid droplets. The desired liposomes are generated from monolayer lipid droplets crossing a lipid/oil-water interface. This method enables the encapsulation of concentrated actin polymers into the liposomes with desired lipid components, paving the way for in vitro reconstitution of a biomimicking cytoskeleton network.

In Vitro Reconstitution of the Actin Cytoskeleton Inside Giant Unilamellar Vesicles

In this manuscript, we demonstrate the experimental techniques to encapsulate the F-actin cytoskeleton into giant unilamellar lipid vesicles (also called liposomes), and the method to form a cortex-biomimicking F-actin layer at the inner leaflet of the liposome membrane.

In vitro Rekonstitution des Aktinzytoskeletts in riesigen unilamellaren Vesikeln

The actin cytoskeleton, the principal mechanical machinery in the cell, mediates numerous essential physical cellular activities, including cell ...

Biotechnik

Reconstitution of Actin-Based Motility with Commercially Available Proteins

Many cell movements and shape changes and certain types of intracellular bacterial and organelle motility are driven by the biopolymer actin that forms a dynamic network at the surface of the cell, organelle, or bacterium. The biochemical and mechanical basis of force production during this process can be studied by reproducing actin-based movement in an acellular manner on inert surfaces such as beads that are functionalized and incubated with a controlled set of components. Under the appropriate conditions, an elastic actin network assembles at the bead surface and breaks open due to the stress generated by network growth, forming an "actin comet" that propels the bead forward. However, such experiments require the purification of a host of different actin-binding proteins, often putting them beyond the reach of non-specialists. This article details a protocol for reproducibly obtaining actin comets and motility of beads using commercially available reagents. Bead coating, bead size, and motility mixture can be altered to observe the effect on bead speed, trajectories, and other parameters. This assay can be used for testing the biochemical activities of different actin-binding proteins, and for performing quantitative physical measurements that shed light on active matter properties of actin networks. This will be a useful tool for the community, enabling the study of in vitro actin-based motility without expert knowledge in actin-binding protein purification.

This protocol describes how to produce actin comets on the surfaces of beads using commercially available protein ingredients. Such systems mimic the protrusive structures found in cells, and can be used to examine physiological mechanisms of force production in a simplified way.

Rekonstitution der Aktin-basierten Motilität mit kommerziell erhältlichen Proteinen

Many cell movements and shape changes and certain types of intracellular bacterial and organelle motility are driven by the biopolymer actin that forms a ...

A Time-Efficient Fluorescence Spectroscopy-Based Assay for Evaluating Actin Polymerization Status in Rodent and Human Brain Tissues

Actin, the major component of cytoskeleton, plays a critical role in the maintenance of neuronal structure and function. Under physiological states, actin occurs in equilibrium in its two forms: monomeric globular (G-actin) and polymerized filamentous (F- actin). At the synaptic terminals, actin cytoskeleton forms the basis for critical pre- and post-synaptic functions. Moreover, dynamic changes in the actin polymerization status (interconversion between globular and filamentous forms of actin) are closely linked to plasticity-related alterations in synaptic structure and function. We report here a modified fluorescence-based methodology to assess polymerization status of actin in ex vivo conditions. The assay employs fluorescently labelled phalloidin, a phallotoxin that specifically binds to actin filaments (F-actin), providing a direct measure of polymerized filamentous actin. As a proof of principle, we provide evidence for the suitability of the assay both in rodent and post-mortem human brain tissue homogenates. Using latrunculin A (a drug that depolymerizes actin filaments), we confirm the utility of the assay in monitoring alterations in F-actin levels. Further, we extend the assay to biochemical fractions of isolated synaptic terminals wherein we confirm increased actin polymerization upon stimulation by depolarization with high extracellular K+.

We report a simple, time-efficient and high-throughput fluorescence spectroscopy-based assay for the quantification of actin filaments in ex vivo biological samples from brain tissues of rodents and human subjects.

Ein zeiteffizienter Fluoreszenzspektroskopie-basierter Assay zur Bewertung des Actin-Polymerisationsstatus in Nagetier- und menschlichem Hirngewebe

Actin, the major component of cytoskeleton, plays a critical role in the maintenance of neuronal structure and function. Under physiological states, actin ...

Reconstitution of Membrane-Tethered Minimal Actin Cortices on Supported Lipid Bilayers

The surface of a living cell provides a versatile active platform for numerous cellular processes, which arise from the interplay of the plasma membrane with the underlying actin cortex. In the past decades, reconstituted, minimal systems based on supported lipid bilayers in combination with actin filament networks have proven to be very instrumental in unraveling basic mechanisms and consequences of membrane-tethered actin networks, as well as in studying the functions of individual membrane-associated proteins. Here, we describe how to reconstitute such active composite systems in vitro that consist of fluid supported lipid bilayers coupled via membrane-associated actin-binding proteins to dynamic actin filaments and myosin motors that can be readily observed via total internal reflection fluorescence microscopy. An open-chamber design allows one to assemble the system in a step-by-step manner and to systematically control many parameters such as linker protein concentration, actin concentration, actin filament length, actin/myosin ratio, as well as ATP levels. Finally, we discuss how to control the quality of the system, how to detect and troubleshoot commonly occurring problems, and some limitations of this system in comparison with the living cell surface.

This protocol describes the formation of supported lipid bilayers and the addition of cytoskeletal filaments and motor proteins to study the dynamics of reconstituted, membrane-tethered cytoskeletal networks using fluorescence microscopy.

Rekonstitution membrangebundener minimaler Aktinkortices auf gestützten Lipiddoppelschichten

The surface of a living cell provides a versatile active platform for numerous cellular processes, which arise from the interplay of the plasma membrane ...

Reconstituting and Characterizing Actin-Microtubule Composites with Tunable Motor-Driven Dynamics and Mechanics

The composite cytoskeleton, comprising interacting networks of semiflexible actin filaments and rigid microtubules, restructures and generates forces using motor proteins such as myosin II and kinesin to drive key processes such as migration, cytokinesis, adhesion, and mechanosensing. While actin-microtubule interactions are key to the cytoskeleton's versatility and adaptability, an understanding of their interplay with myosin and kinesin activity is still nascent. This work describes how to engineer tunable three-dimensional composite networks of co-entangled actin filaments and microtubules that undergo active restructuring and ballistic motion, driven by myosin II and kinesin motors, and are tuned by the relative concentrations of actin, microtubules, motor proteins, and passive crosslinkers. Protocols for fluorescence labeling of the microtubules and actin filaments to most effectively visualize composite restructuring and motion using multi-spectral confocal imaging are also detailed. Finally, the results of data analysis methods that can be used to quantitatively characterize non-equilibrium structure, dynamics, and mechanics are presented. Recreating and investigating this tunable biomimetic platform provides valuable insight into how coupled motor activity, composite mechanics, and filament dynamics can lead to myriad cellular processes from mitosis to polarization to mechano-sensation.

This paper presents protocols for engineering and characterizing tunable three-dimensional composite networks of co-entangled actin filaments and microtubules. Composites undergo active restructuring and ballistic motion, driven by myosin II and kinesin motors, and are tuned by the relative concentrations of actin, microtubules, motor proteins, and passive crosslinkers.

Rekonstitution und Charakterisierung von Aktin-Mikrotubuli-Verbundwerkstoffen mit abstimmbarer motorgetriebener Dynamik und Mechanik

The composite cytoskeleton, comprising interacting networks of semiflexible actin filaments and rigid microtubules, restructures and generates forces ...

Actin Polymerization and Cell Motility

Actin is a family of globular proteins that are highly abundant in eukaryotic cells. It makes up approximately 1-5% of total cell protein concentration. Actin monomers polymerize to form a complex network of polarized filaments, the actin cytoskeleton, that plays a crucial role in many cellular processes, including cell motility, division, endocytosis, and metastasis of cancer cells.
Actin cytoskeleton dynamics can produce pushing, pulling, and resistance forces that help the cell to migrate. This is achieved by forming different types of membrane protrusions, depending on the cell type and the extracellular signals. Primarily, cells move by recurrent cycles of protrusion and attachment of the cell front to the substratum, followed by detachment and retraction at their rear end.
The human genome encodes six highly conserved actin proteins&#8212;ACTC1, ACTA1, ACTA2, ACTG1, ACTG2, and ACTB; all expressed in different cell types. Mutations in any of these six actin genes or the genes encoding actin-binding proteins can lead to disease. For example, mutations in the ACTA1 gene can lead to muscle weakness, especially in the respiratory muscles, which can cause breathing difficulties &#8212; a condition called Nemaline Myopathy. Similarly, mutations in the WAS gene, a key regulator of actin filament nucleation, which is important for cell adhesion, chemotaxis, and phagocytosis of immune cells, causes Wiskott Aldrich syndrome in humans.

Aktinpolymerisation und Zellmotilität

Actin is a family of globular proteins that are highly abundant in eukaryotic cells. It makes up approximately 1-5% of total cell protein concentration. ...