A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

הפרוטוקול הנוכחי מתאר טכנולוגיית תיוג מיקרוסקופיית אלקטרונים ניתנת לשיבוט לגילוי חלבונים מתויגים במתכות בתאים באמצעות טכניקת סינתזת ננו-חלקיקי זהב חדשנית המבוססת על מנגנון דיכוי אוטו-נוקלציה.

Abstract

ניתוח הלוקליזציה המדויקת של מולקולות חלבון בתאים בעלי רזולוציה אולטרה-מבנית הוא בעל משמעות רבה לחקר תהליכים פיזיולוגיים או פתולוגיים שונים בכל האורגניזמים החיים. לכן, הפיתוח של תגים ניתנים לשיבוט שיכולים לשמש כבדיקות מיקרוסקופיית אלקטרונים הוא בעל ערך רב, בדיוק כפי שחלבונים פלואורסצנטיים מילאו תפקיד מכריע בתחום הדימות האופטי. לאחרונה נחשף מנגנון דיכוי האוטונוקלציה (ANSM), המאפשר סינתזה ספציפית של ננו-חלקיקי זהב (AuNPs) על תגים עשירים בציסטאין, כגון מטלותיונין (MT) וחלבון נוגד קיפאון (AFP).

על בסיס ה-ANSM פותחה טכנולוגיית תיוג במיקרוסקופ אלקטרונים, המאפשרת זיהוי ספציפי של חלבונים מתויגים בתאים פרוקריוטים ואיקריוטים ביעילות תיוג חסרת תקדים. מחקר זה מדגים פרוטוקול לזיהוי חלבוני היתוך MTn (גרסה מהונדסת של MT החסרה שאריות אלדהיד-תגובתי) בתאי יונקים בעלי מבנה אולטרה-מבנה שמור היטב. בפרוטוקול זה, קיבוע הקפאה ותחליפי הקפאה בלחץ גבוה בוצע באמצעות קיבוע שאינו אלדהיד (כגון חומצה טאנית, אורניל אצטט) כדי לשמר מבנה אולטרה כמעט טבעי ולמנוע נזק לפעילות התג הנגרמת על ידי הצלבת אלדהיד.

התייבשות פשוטה בצעד אחד שימשה לפני סינתזת AuNP מבוססת ANSM. התוצאות הראו כי החלבונים המתויגים התמקדו באברונים שונים, כולל הממברנות והלומן של הרשתית האנדופלסמית (ER), ומטריצות מיטוכונדריאליות זוהו ביעילות וספציפיות גבוהות. מחקר זה מספק לביולוגים פרוטוקול חזק כדי לענות על מגוון עצום של שאלות ביולוגיות ברמת המולקולה הבודדת בהקשרים אולטרה-מבניים תאיים.

Introduction

בעידן הפוסט-גנומי, פיתוחו של חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) ככתב בעל מולקולה בודדת למיקרוסקופ אור חולל מהפכה בתחום המחקר המודרני במדעי החיים 1,2. במשך עשרות שנים, מיקרוסקופ אלקטרונים (EM) היה כלי רב עוצמה להתבוננות אינטואיטיבית באולטרה-מבנה התאי ברזולוציה ננומטרית3; עם זאת, הזיהוי והלוקליזציה המדויקים של מולקולות חלבון נותרו מאתגרים.

טכניקת התיוג הנפוצה ביותר של קרינה אלקטרומגנטית היא טכניקת התיוג במיקרוסקופ אימונואלקטרונים (IEM), המבוססת על תגובת האנטיגן-נוגדנים. עם זאת, למרות שפותחו טכניקות רבות בתחום התיוג IEM, כולל הטבעה מראש של IEM והטבעה לאחר הטבעה של IEM....

Protocol

כל החומרים המשמשים בניסוי זה מפורטים בטבלת החומרים. זרימת העבודה שלב אחר שלב של הפרוטוקול הנוכחי מוצגת באיור 1.

1. תרבית תאים על דיסקיות ספיר

  1. מעבירים דיסקיות ספיר בגודל 3 מ"מ x 0.16 מ"מ לצינור צנטריפוגה בנפח 2 מ"ל המכיל 1 מ"ל אתנול, ומשמיעים אותן בשואב על-קולי למשך 10 דקות.
  2. צרוב כל דיסק ספיר בלהבת מנורת אלכוהול עד שאין משקעים נראים לעין על פני השטח.
    הערה: באמצעות השיטה לעיל, ניתן למחזר דיסקיות ספיר פעמים רבות.
  3. תייגו צד אחד של כל דיסק ספיר במספר באמצעות עט עמיד בפני ממסים (איור 1A).
    הערה: עט הסימון שבו נעשה שימוש ....

תוצאות

טכניקת הסינתזה AuNP מבוססת ANSM היא כלי שימושי ביותר לתיוג וזיהוי חלבונים מתויגים MT עם TEM26. כדי לאמת את חוסנו בתאי יונקים, נוצרו שלושה קווי תאים יציבים המבטאים EGFP-MTn-KDEL, Ost4-EGFP-MTn או Mito-acGFP-MTn בתאי הלה. KDEL הוא רצף שמירה/אחזור קנוני של רשתית אנדופלסמית C-terminal (ER), השומר על חלבון ההיתוך EGFP-MTn-.......

Discussion

המחקר מציג כאן טכנולוגיית תיוג EM חזקה הניתנת לשיבוט להדמיית מולקולות בודדות של מולקולות חלבון בסביבה התאית עם רזולוציה אולטרה-מבנית. AuNPs המסונתזים ישירות על תגים עשירים בציסטאין המקודדים גנטית מספקים לוקליזציה חד משמעית ומדויקת של חלבוני המטרה. טכניקת הקפאה והחלפת הקפאה בלחץ גבוה משמרת .......

Disclosures

המחבר מצהיר כי אין ניגוד עניינים.

Acknowledgements

הפרוטוקול המתואר כאן נגזר מהמאמר שפורסם על ידי Jiang et al. (2020). עבודה זו נתמכה על ידי מענקים של MOST (973 תוכניות מס '2011CB812502 ו 2014CB849902) ועל ידי מימון תמיכה מהממשלה העירונית בייג'ינג.

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
0.025 mm/0.275 mm Aluminum carrierBeijing Wulundes Biotech Ltd., or Engineering Office of M. Wohlwend
0.2 M HEPES bufferDissolve 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 microtubeAxygen ScientificMCT150C
2 mL polypropylene screw cap microtubesBiologix81-0204
200 mesh hexagonal copper gridTedpella incG200HEX
2-mercaptoethanolAmresco0482-250ML
35 mm cell culture dishesCorning430165
50 mL polypropylene centrifuge tubesCorning430928
AcetoneBeiijng Tong Guang Fine Chemicals Company31025
Automated freeze substitution machineLeicaAFS2
Customized 3.05 mm x 0.66 mm specimen holders for HPFBeijing Wulundes Biotech Ltd.
D-penicillamineTCIP0147
Dulbecco’s modified Eagle mediumGBICOC11965500BT
Fetal bovine serumGBICO10099-141C
Flat bottom embedding capsuleTedpella inc
Foam cryobox
Formvar 15/95 resinElectron Microscopy Sciences15800
HAuCl4Sigma4022-1G
HEPESsigma H3375-500G
HPF machineWohlwend HPF compact01
Methonal Beiijng Tong Guang Fine Chemicals Company12397
NaBH4Sigma480886-25G
OsO4Electron Microscopy Sciences19110
PBS-A bufferDissolve 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 BiotechnologyFFT08
Sapphire discsBeijing Wulundes Biotech Ltd., or Engineering Office of M. Wohlwend
Solvent resistant penElectron Microscopy Sciences62053-B
SPI-Pon 812 resinSPI Inc02659-AB
Transmission electron microscopyFEITecnai G2 spirit
Trypsin-EDTAGBICOC25200-056
TweezersDumont
UltramictotomeLeicaFC7
Uranyl acetateElectron Microscopy Sciences22400

References

  1. Tsien, R. Y. The green fluorescent protein. Annual Review of Biochemistry. 67, 509-544 (1998).
  2. Shaner, N. C., Patterson, G. H., Davidson, M. W. Advances in fluorescent protein technology. Journal of Cell Science. 120, 4247-4260 (2007....

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

194AuNPEM

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved