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Ici, nous décrivons un ensemble de méthodes pour caractériser l’interaction des protéines avec les membranes de cellules ou de microvésicules.
Dans le corps humain, la plupart des principales réactions physiologiques impliquées dans la réponse immunitaire et la coagulation sanguine se déroulent sur les membranes des cellules. Une première étape importante dans toute réaction dépendante de la membrane est la liaison des protéines sur la membrane des phospholipides. Une approche pour étudier l’interaction des protéines avec les membranes lipidiques a été développée en utilisant des protéines marquées par fluorescence et la cytométrie en flux. Cette méthode permet d’étudier les interactions protéine-membrane à l’aide de cellules vivantes et de vésicules phospholipides naturelles ou artificielles. L’avantage de cette méthode est la simplicité et la disponibilité des réactifs et des équipements. Dans cette méthode, les protéines sont marquées à l’aide de colorants fluorescents. Cependant, des protéines auto-fabriquées et disponibles dans le commerce, marquées par fluorescence, peuvent être utilisées. Après conjugaison avec un colorant fluorescent, les protéines sont incubées avec une source de la membrane phospholipidique (microvésicules ou cellules), et les échantillons sont analysés par cytométrie en flux. Les données obtenues peuvent être utilisées pour calculer les constantes cinétiques et l’équilibre Kd. En outre, il est possible d’estimer le nombre approximatif de sites de liaison aux protéines sur la membrane phospholipidique à l’aide de billes d’étalonnage spéciales.
Les biomembranes séparent le contenu interne des cellules animales et de l’espace extracellulaire. Notez que les membranes entourent également les microvésicules formées au cours du cycle de vie de la cellule et les organites. La membrane cellulaire est principalement composée de lipides et de protéines. Les protéines membranaires remplissent des fonctions de signalisation, structurelles, de transport et d’adhésif. Cependant, la bicouche lipidique est également essentielle pour l’interrelation de la cellule animale avec l’espace extracellulaire. Cet article propose une méthode pour étudier l’interaction périphérique des protéines externes avec la membrane lipidique.
L’exemple le plus frappant de réactions se produisant sur la couche membranaire externe d’une cellule animale est la réaction de coagulation sanguine. Une caractéristique importante de la coagulation sanguine est que toutes les réactions principales se déroulent sur les membranes phospholipides des cellules et des microvésicules provenant de ces cellules et non dans le plasma 1,2,3. Les réactions membranaires dépendantes comprennent le processus de début de la coagulation (sur les membranes cellulaires du sous-endothhélium, l’endothélium enflammé ou les cellules immunitaires activées, avec la participation d’un facteur tissulaire), toutes les réactions de la principale activation en cascade des facteurs IX, X, prothrombine; activation du facteur XI par la thrombine (sur les membranes des plaquettes activées, des érythrocytes, des lipoprotéines et des microvésicules); réactions de la voie de la protéine C; inactivation des enzymes de coagulation (sur les membranes des cellules endothéliales avec la participation de cofacteurs de thrombomoduline, récepteur de la protéine endothéliale C, sulfate d’héparane); et les réactions de la voie de contact (sur les membranes des plaquettes et de certaines microvésicules avec la participation de cofacteurs inconnus). Ainsi, il est impossible d’étudier la coagulation sanguine sans étudier l’interaction de diverses protéines plasmatiques avec la membrane des cellules sanguines.
Cet article décrit une méthode basée sur la cytométrie en flux pour caractériser l’interaction des protéines avec les membranes lipidiques des cellules ou des microvésicules. Cette approche a été initialement proposée pour étudier l’interaction du plasma sanguin avec les plaquettes et les vésicules phospholipides artificielles. De plus, la plupart des protéines étudiées interagissent directement avec les phospholipides membranaires chargés négativement, en particulier avec la phosphatidylsérine 4,5. De plus, il existe des protéines dont l’interaction avec la membrane est médiée par des récepteurs spéciaux6.
Une capacité importante de la cytométrie en flux est la discrimination entre les ligands libres et liés sans séparation supplémentaire. Cette caractéristique de la cytométrie permet l’étude de la liaison à l’équilibre des ligands à l’extrémité et aide à effectuer des mesures cinétiques continues. La technique n’est pas sophistiquée et ne nécessite pas de préparation d’échantillon complexe. La cytométrie en flux est activement utilisée pour étudier quantitativement la dynamique d’interaction entre les peptides fluorescents, les récepteurs et les protéines G dans les neutrophiles intacts et perméables aux détergents7. Cette approche est également applicable pour explorer les interactions protéine-ADN et la cinétique de l’activité des endonucléases en temps réel8. Au fil du temps, cette méthode a été utilisée pour étudier quantitativement les interactions protéine-protéine à haute affinité avec les vésicules lipidiques purifiées9, ou, plus généralement, avec les protéines membranaires exprimées dans un système d’expression cellulaire Sf9 très efficace10. Des méthodes quantitatives ont également été décrites pour caractériser les interactions protéine-liposome en utilisant la cytométrie en flux pour les protéines transmembranaires11.
Cette technique utilise des perles d’étalonnage auto-fabriquées pour éviter d’utiliser des perles disponibles dans le commerce7. Les billes d’étalonnage utilisées précédemment7 étaient destinées à fonctionner avec la fluorescéine, ce qui limitait considérablement l’assortiment de ligands fluorescents accessibles sur les protéines. En outre, cet article offre une nouvelle façon d’acquérir et d’analyser des données cinétiques pour une résolution temporelle raisonnable. Bien que cette méthode soit décrite pour les vésicules phospholipides artificielles, il n’y a pas de limites évidentes à son adaptabilité aux cellules, aux vésicules naturelles ou aux vésicules phospholipides artificielles avec une composition lipidique différente. La méthode décrite ici permet d’estimer les paramètres d’interaction (kon, koff) etd’équilibre (K d) et facilite la caractérisation quantitative du nombre de sites de liaison aux protéines sur la membrane. Notez que cette technique fournit une estimation approximative du nombre de sites de liaison. Les avantages de la méthode sont sa simplicité relative, son accessibilité et son adaptabilité aux cellules natives et aux microvésicules naturelles et artificielles.
1. Marquage des protéines fluorescentes
2. Préparation des vésicules de phospholipides
3. Isolement des plaquettes du sang total
4. Détection de l’interaction protéine-lipide par cytométrie en flux
5. Analyse des données de cytométrie en flux
6. Conversion de l’intensité de fluorescence en nombre moyen de sites de liaison
La méthode de cytométrie en flux décrite ici est utilisée pour caractériser la liaison des protéines de coagulation plasmatique aux plaquettes activées. En outre, les vésicules phospholipides PS:PC 20:80 ont été appliquées comme système modèle. Cet article se concentre principalement sur les vésicules phospholipides artificielles à titre d’exemple. Les paramètres du cytomètre, en particulier la tension du tube photomultiplicateur (PMT) et la compensation doivent être sélectionnés pour chaque disposi...
La méthode proposée peut être adaptée pour une caractérisation approximative de l’interaction des protéines avec les membranes phospholipides provenant de diverses sources et compositions. La cytométrie quantitative en flux décrite ici concède à la résonance plasmonique de surface (SPR) dans plusieurs paramètres. En particulier, il a une sensibilité et une résolution temporelle plus faibles et nécessite un marquage fluorescent des protéines. Le marquage fluorescent peut entraîner un changement de confo...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Les auteurs ont été soutenus par une subvention de la Fondation russe pour la science 20-74-00133.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
A23187 | Sigma Aldrich | C7522-10MG | |
Alexa Fluor 647 NHS Ester (Succinimidyl Ester) | Thermo Fisher Scientific | A37573 | fluorescent dye |
Apyrase from potatoes | Sigma Aldrich | A2230 | |
BD FACSCantoII | BD Bioscience | ||
bovine serum albumin | VWR Life Science AMRESCO | Am-O332-0.1 | |
Calcium chloride, anhydrous, powder, ≥97% | Sigma Aldrich | C4901-100G | |
Cary Eclipse Fluorescence Spectrometer | Agilent | ||
D-(+)-Glucose | Sigma Aldrich | G7528-1KG | |
DiIC16(3) (1,1'-Dihexadecyl-3,3,3',3'-Tetramethylindocarbocyanine Perchlorate) | Thermo Fisher Scientific | D384 | |
DMSO | Sigma Aldrich | D8418 | |
EDTA disodium salt | VWR Life Science AMRESCO | Am-O105B-0.1 | |
FACSDiva | BD Bioscience | cytometry data acquisition software | |
FlowJo | Tree Star | cytometer software for data analysis | |
HEPES | Sigma Aldrich | H4034-500G | |
Human Factor X | Enzyme research | HFX 1010 | |
Hydroxylamine hydrochloride | Panreac | 141914.1209 | |
L-α-phosphatidylcholine (Brain, Porcine) | Avanti Polar Lipids | 840053P | |
L-α-phosphatidylserine (Brain, Porcine) (sodium salt) | Avanti Polar Lipids | 840032P | |
Magnesium chloride | Sigma Aldrich | M8266-100G | |
Mini-Extruder | Avanti Polar Lipids | 610020-1EA | |
OriginPro 8 SR4 v8.0951 | OriginLab Corporation | Statistical software | |
Phosphate Buffered Saline (PBS) Tablets, Biotechnology Grade | VWR Life Science AMRESCO | 97062-732 | |
Potassium chloride | Sigma Aldrich | P9541-500G | |
Prostaglandin E1 | Cayman Chemical | 13010 | |
Sephadex G25 | GE Healthcare | GE17-0033-01 | gel filtration medium for protein purification |
Sepharose CL-2B | Sigma Aldrich | CL2B300-500ML | gel filtration medium for platelet purification |
Sodium bicarbonate | Corning | 61-065-RO | |
Sodium chloride | Sigma Aldrich | S3014-500G | |
Sodium phosphate monobasic | Sigma Aldrich | S3139-250G | |
Spin collumns with membrane 0.2 µm | Sartorius | VS0171 | |
Trisodium citrate dihydrate | Sigma Aldrich | S1804-1KG |
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