Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni AI064184 e AI76322 dal National Institutes of Health (NIH) e da Grant 61789-MA-MUR dalla ricerca dell&#39;Ufficio dell&#39;Esercito di MST La ricerca è stata sostenuta anche dalla Welch Foundation Grant F1155 e NIH concedere R01GM103655 a JSB

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

In questo protocollo abbiamo dettagliato l&#39;isolamento di lipidi Una specie di cellule intere di batteri, e descritto TLC o metodi analitici basati MS per caratterizzare chimicamente il materiale isolato. Spettrometria di massa tandem è una potente strategia per de novo caratterizzazione strutturale di composti biologici, ed è prezioso per la caratterizzazione chimica della panoplia di molecole di un lipide osservate in natura. CID e UVPD sono due metodi di attivazione complementari che creano diversi tipi...

Lipopolisaccaride (LPS) è il principale molecola superficie esterna di quasi tutti gli organismi gram-negativi e costituito da tre domini molecolari: un polisaccaride distale O-antigene, un oligosaccaride nucleo, e la lipidi associata alla membrana Un dominio depositato sul foglietto esterno della esterno membrana a doppio strato 1,2. Il lipide Un dominio è costituito da 3-deossi-D-manno-ottobre-2-ulosonic (Kdo) residui e un lipide una specie molecolare, dove lipide A può essere definita come la porzione solubile in cloroformio di LPS su idrolisi acida lieve-1, 2. Il lipide standard A molecola può essere chimicamente definito come un backbone diglucosamine che è esa-acilato e bis-fosforilato; coerente con le principali specie lipide A osservati nel modello organismo Escherichia coli (E. coli) 1,2. Nove geni espressi costitutivamente, conservati in tutta batteri gram-negativi, sono responsabili della produzione del lipide A dominio (Figura 1) 1,2. La maggior parte dei batteri hanno un ulteriore insieme di geni, che variano in grado di conservazione filogenetica, che partecipano ulteriore modificazione chimica del lipide A 3. Defosforilazione, rimozione di catene acile, e l&#39;aggiunta di parti chimiche come zuccheri amminoacidi (es aminoarabinose) e / o fosfoetanolamina sono le attività più comunemente osservati (Figura 1). Molti degli enzimi responsabili lipide A modifica sono direttamente attivati ​​da segnali ambientali, quali cationi bivalenti, o la loro espressione è regolata da due sistemi di reazione-regolatore dei componenti 3. Riconoscimento di specie un lipide da parte del sistema immunitario innato ospite è mediato dal recettore Toll-like fattore di differenziazione 4/myeloid 2 (TLR4/MD2) co-recettore 4. Forze idrofobiche tra MD2 e il lipide A catene acile, nonché tra TLR4 e gruppi fosfato 1 e 4 &#39;di lipide A promuovere la forte associazione di labbroid A con TLR4/MD2 4,5. Le modifiche che alterano stato acilazione o la carica negativa del lipide A lipidico basata impatto TLR4/MD2 Un riconoscimento e stimolazione a valle della risposta immunitaria innata attivatori NF-kB e mediatori dell&#39;infiammazione come TNFa e IL1-β 6,7. Modifiche che mascherano la carica negativa del lipide A impediscono anche battericida peptidi antimicrobici cationici di legarsi al gram-negativi superficie delle cellule 3,8. Molte modifiche lipide A sono ipotizzati per aumentare la forma batterica in determinate condizioni ambientali, come all&#39;interno dell&#39;ospite umano o in una nicchia ecologica. Per questo motivo molti enzimi di modificazione sono obiettivi attraenti per lo sviluppo razionale di composti antimicrobici. La diversità chimica delle strutture un lipide, rispetto al microrganismo e / o l&#39;ambiente, e le implicazioni biologiche di queste strutture diverse rendono la caratterizzazione strutturale di lipide A uno sforzo importante in tegli studio di batteri gram-negativi. L&#39;isolamento di una molecole lipidiche da batteri interi coinvolge l&#39;estrazione di LPS dalla superficie della cellula batterica, una fase idrolitica per liberare lipide A, seguita da una procedura di purificazione finale 9-11. La procedura di estrazione più frequentemente citata LPS è la procedura di estrazione di acqua calda-fenolo, introdotto da Westphal e Jann 10. Dopo estrazione intero LPS è sottoposto ad idrolisi lieve-acido, che separa chimicamente Kdo dalla 6&#39;-idrossile dello zucchero glucosamina distale del lipide A (Figura 1). Esistono numerose difficoltà per la procedura di acqua calda-fenolo compreso l&#39;uso di un reagente alta pericolosità, la necessità di degradare acidi coestratti nucleici e proteine, e più giorni sono necessari per completare il protocollo 10. Il nostro laboratorio ha ulteriormente sviluppato l&#39;estrazione e l&#39;isolamento di lipide A come primo sviluppato da Caroff e Raetz 12,13. Rispetto alle procedure acqua calda-fenolo, il metodo qui presentato è più rapida ed efficiente e ospita una vasta gamma di volumi di coltura da 5 ml a più litri. Inoltre, a differenza estrazioni acqua calda-fenolo, il nostro metodo non seleziona per-ruvide o lisce tipi di LPS, garantendo il recupero ottimale della specie A lipidiche. Nel nostro protocollo, lisi chimica delle cellule batteriche intere viene eseguita utilizzando una miscela di cloroformio, metanolo e acqua, dove LPS possono essere pellet per centrifugazione. Una combinazione di idrolisi lieve-acida e estrazioni solvente (Bligh-Dyer) vengono utilizzati per liberare lipide A da polisaccaride covalentemente. Il metodo di Bligh e Dyer è stato applicato prima alla estrazione di specie lipidiche da una varietà di animali e piante dei tessuti 14, modificato qui per separare polisaccaride idrolizzato dal lipide A. In questa fase di separazione finale, lipidi solubili cloroformio partizionare selettivamente nella organica inferiore fase. Per purificare ulteriormente lipide A, reverse-fase oanionico cromatografia su colonna di scambio può essere utilizzato 12. Dopo l&#39;isolamento del lipide A specie di cellule intere, un certo numero di metodi analitici possono essere utilizzati per caratterizzare la struttura chimica del materiale isolato come NMR, TLC, e analisi MS. NMR permette di non distruttivo delucidazione strutturale, e fornisce dettagli strutturali relativi a legami glucosidi, l&#39;assegnazione inequivocabile delle posizioni catena acilica, e l&#39;assegnazione dei siti di attacco per A modificazioni dei lipidi come aminoarabinose o fosfoetanolamina 15-17. Analisi NMR del lipide A non viene discusso all&#39;interno del nostro protocollo, ma è stata descritta adeguatamente altrove 15,16. Per l&#39;analisi rapida TLC basano metodi sono utilizzati di frequente, ma non riescono a fornire informazioni dirette riguardanti fine struttura chimica. Protocolli basati SM sono il metodo più frequentemente impiegato per caratterizzare le strutture un lipide 18,19. Matrice associata desorbimento laser ionizzazione (MALDI)-MS viene spesso utilizzato per rilevare inizialmente intatte specie lipidico A. Ioni Singolarmente cariche sono generati da analiti preparati secondo le nostre procedure di estrazione. Poiché è necessaria più fine analisi strutturale, metodi basati MS / MS rivelarsi più informativo di MALDI-MS. Abbinato a ionizzazione electrospray (ESI) lipidi carica singolarmente o moltiplicare A ioni precursori sono ulteriormente frammentati dalla collisione indotta dissociazione (CID) o fotodissociazione ultravioletta (UVPD), per generare ioni prodotto strutturalmente informativi 18,20,21. Prodotti per la perdita neutre lipide A ioni precursori sono anche spesso generate durante ESI-MS fornisce un ulteriore livello di informazioni strutturali. Spettrometria di massa tandem (MS / MS) ha dimostrato di essere un metodo indispensabile e versatile per la delucidazione delle strutture un lipide. Durante MS / MS, ioni vengono attivati ​​per produrre un pattern di frammentazione diagnostico che può essere utilizzata per delucidare la struttura dello ione precursore. Il più diffuso avaOTTIMIZZARE LE OPPORTUNITÀ metodo MS / MS è CID. Questo metodo produce frammenti di ioni attraverso collisioni dello ione precursore selezionato con un gas inerte bersaglio, con conseguente deposizione di energia che porta alla dissociazione. CID è dimostrato uno strumento fondamentale nell&#39;assegnazione di una struttura lipidica per una vasta gamma di specie batteriche 22-33. Sebbene CID è il metodo MS / MS più universalmente attuato, genera una matrice limitato di ioni prodotto. 193 nm UVPD è una alternativa e complementare metodo MS / MS. Questo metodo utilizza un laser per irradiare ioni, e l&#39;assorbimento di fotoni provoca energizzazione degli ioni e la successiva dissociazione. Questa energia superiore tecnica MS / MS produce una gamma più diversificata di ioni prodotto di CID e quindi fornisce modelli più informativi frammentazione. In particolare, UVPD offre informazioni sui cambiamenti sottili nella specie un lipide sulla base delle spaccature a glicosidica, ammine, acile e CC obbligazioni legate 18,21,34.

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>C607</td>
			<td>HPLC Grade</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A452</td>
			<td>HPLC Grade</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Teflon FEP Centrifuge Bottles</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>05-562-21</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Silica Gel 60 TLC Plates</td>
			<td>EMD Biosciences</td>
			<td>5626-6</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Grade No. 3MM Chromatography Paper</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>3030700</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Orbitrap Elite</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Mass Spectrometer</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>ExciStar XS Excimer Lasrer</td>
			<td>Coherent Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>PicoTip Nanospray ESI emitters</td>
			<td>New Obectives</td>
			<td></td>
			<td>&ge; 30 &mu;m to reduce clogging</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Model 505 Pulse/Delay Generator</td>
			<td>Berkeley Nucleonics Corporation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Hot Plate Thermoylne 2200</td>
			<td>Barnstead/Thermolyne</td>
			<td>HPA2235MQ</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>16x125 mm GPI 15-415 Threaded Disposable Borosilicate Culture Tubes</td>
			<td>Corning Pyrex</td>
			<td>99449-16X</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Reusable Threaded PTFE screw caps GPI 45-415</td>
			<td>Corning </td>
			<td>9999-152</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Personal Molecular Imager System (phosphorimager)</td>
			<td>BioRad</td>
			<td>170-9400</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Autoradiography Cassette</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>FBCS810</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Phosphorscreen SO230</td>
			<td>Kodak</td>
			<td></td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Peptide Mass Standards Kit</td>
			<td>Sequazyme</td>
			<td>P2-3143-00</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Sonifier S250-A</td>
			<td>Branson</td>
			<td>101063196</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>1.5 ml 12x32 mm Tapered Base Screw Thread Vial</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>C4000-V1</td>
			<td></td>
		 </tr>
		</tbody>
 </table>

isolation and chemical characterization of lipid a from gram-negative bacteria

Lipopolisaccaride (LPS) è il principale molecola di superficie cellulare di batteri gram-negativi, depositato sul foglietto esterno della membrana a doppio strato esterno. LPS possono essere suddivise in tre domini: l&#39;O-distale polisaccaridi, oligosaccaridi un nucleo, e il lipide A dominio costituito da un lipide una specie molecolare e residui di acido 3-desossi-D-manno-ott-2-ulosonic (Kdo). Il dominio lipide A è l&#39;unico componente essenziale per la sopravvivenza delle cellule batteriche. Dopo la sua sintesi, lipide A viene modificato chimicamente in risposta a stress ambientali come il pH o temperatura, per favorire la resistenza a composti antibiotici, e di eludere riconoscimento da mediatori della risposta immunitaria innata ospitante. Dettagli Il protocollo segue l&#39;isolamento piccola e larga scala di lipide A da batteri gram-negativi. Isolato materiale viene poi caratterizzato chimicamente per cromatografia su strato sottile (TLC) o spettrometria di massa (MS). Oltre a matrix-assisted laser desorbimento / ionizzazione tempo di fluce (MALDI-TOF) MS, abbiamo anche descrivono i protocolli MS tandem per l&#39;analisi dei lipidi Una specie molecolari utilizzando la ionizzazione electrospray (ESI) accoppiato a collisione indotta dissociazione (CID) e fotodissociazione ultravioletti neoassunto (UVPD) metodi. I nostri protocolli di MS consentono la determinazione inequivocabile della struttura chimica, di primaria importanza per la caratterizzazione di molecole di un lipide che contengono modifiche chimiche uniche o romanzo. Abbiamo anche descrivono l&#39;etichettatura radioiso e successivo isolamento, di lipide A da cellule batteriche per l&#39;analisi mediante TLC. Confrontate protocolli basati su MS, TLC fornisce un metodo di caratterizzazione più economico e rapido, ma non può essere utilizzata per assegnare inequivocabilmente lipide A strutture chimiche senza l&#39;utilizzo di standard noti struttura chimica. Negli ultimi due decenni, l&#39;isolamento e la caratterizzazione di lipide A ha portato a numerose scoperte emozionanti che hanno migliorato la nostra comprensione della fisiologia dei batteri gram-negativi, meccanismi di resistenza antibioticaza, la risposta immunitaria innata umana, e hanno fornito molti nuovi bersagli per lo sviluppo di composti antibatterici.

Canonical lipide A di E. coli e Salmonella enterica sierotipo Typhimurium è un disaccaride esa-acilato di glucosamina con i gruppi fosfato al 1 - e 4 &#39;posizioni. Durante la crescita in mezzi ricchi (es Luria Broth) una porzione del lipide A contiene un gruppo pirofosfato nella posizione 1 cedevole Tris-fosforilata specie 36 (Figura 1). Kdo (D-manno-octulosonic-3-deossi acido), è attaccato al 6&#39;-idrossile e serve come un ponte per collegar...

Watch this Scientific Journal Video about Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria at JoVE.com

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

Isolamento e caratterizzazione del lipide Un dominio di lipopolisaccaride (LPS) da batteri gram-negativi fornisce comprensione dei meccanismi cellulari di superficie a base di antibiotico-resistenza, la sopravvivenza dei batteri e fitness, e come chimicamente lipidi varia Una specie molecolari differenziale modulano la risposta immunitaria innata.

Isolamento e Caratterizzazione chimica del lipide A da batteri Gram-negativi

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

isolation-chemical-characterization-lipid-from-gram-negative

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Biochemistry

SCIENTISTS IN ACTION

31.5K Views.  The University of Texas at Austin.  Isolamento e caratterizzazione del lipide Un dominio di lipopolisaccaride (LPS) da batteri gram-negativi fornisce comprensione dei meccanismi cellulari di superficie a base di antibiotico-resistenza, la sopravvivenza dei batteri e fitness, e come chimicamente lipidi varia Una specie molecolari differenziale modulano la risposta immunitaria innata. 

Video: Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

Free Radicals in Chemical Biology: from Chemical Behavior to Biomarker Development

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological processes. This subject embraces diverse scientific areas, spanning from physical, biological and bioorganic chemistry to biology and medicine, with applications to the amelioration of quality of life, health and aging. Multidisciplinary skills are required for the full investigation of the many facets of radical processes in the biological environment and chemical knowledge plays a crucial role in unveiling basic processes and mechanisms. We developed a chemical biology approach able to connect free radical chemical reactivity with biological processes, providing information on the mechanistic pathways and products. The core of this approach is the design of biomimetic models to study biomolecule behavior (lipids, nucleic acids and proteins) in aqueous systems, obtaining insights of the reaction pathways as well as building up molecular libraries of the free radical reaction products. This context can be successfully used for biomarker discovery and examples are provided with two classes of compounds: mono-trans isomers of cholesteryl esters, which are synthesized and used as references for detection in human plasma, and purine 5',8-cyclo-2'-deoxyribonucleosides, prepared and used as reference in the protocol for detection of such lesions in DNA samples, after ionizing radiations or obtained from different health conditions.

Radical-based biomimetic chemistry has been applied to building-up libraries necessary for biomarker development.

I radicali liberi in Chemical Biology: da comportamento chimico a sviluppo Biomarker

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological ...

Ricerca

Chimica

Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both stimuli and cargo can be tailored according to specific needs. Here we describe the DNA nanorobot fabrication protocol, with the use of the DNA origami technique. The procedure initiates by mixing short single-strand DNA staples into a stock mixture which is then added to a long, circular, single-strand DNA scaffold in presence of a folding buffer. A standard thermo cycler is programmed to gradually lower the mixing reaction temperature to facilitate the staples-to-scaffold annealing, which is the guiding force behind the folding of the nanorobot. Once the 60 hr folding reaction is complete, excess staples are discarded using a centrifugal filter, followed by visualization via agarose-gel electrophoresis (AGE). Finally, successful fabrication of the nanorobot is verified by transmission electron microscopy (TEM), with the use of uranyl-formate as negative stain.

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here we describe a protocol for the folding of a bio-responsive robot from DNA origami, its purification and negative staining for transmission electron microscopic imaging (TEM).

Pieghevole e caratterizzazione di un robot bio-reattiva da origami di DNA

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both ...

Nucleoside Triphosphates - From Synthesis to Biochemical Characterization

The traditional strategy for the introduction of chemical functionalities is the use of solid-phase synthesis by appending suitably modified phosphoramidite precursors to the nascent chain. However, the conditions used during the synthesis and the restriction to rather short sequences hamper the applicability of this methodology. On the other hand, modified nucleoside triphosphates are activated building blocks that have been employed for the mild introduction of numerous functional groups into nucleic acids, a strategy that paves the way for the use of modified nucleic acids in a wide-ranging palette of practical applications such as functional tagging and generation of ribozymes and DNAzymes. One of the major challenges resides in the intricacy of the methodology leading to the isolation and characterization of these nucleoside analogues.
	
	In this video article, we present a detailed protocol for the synthesis of these modified analogues using phosphorous(III)-based reagents. In addition, the procedure for their biochemical characterization is divulged, with a special emphasis on primer extension reactions and TdT tailing polymerization. This detailed protocol will be of use for the crafting of modified dNTPs and their further use in chemical biology.

The protocol described herein aims to explain and abridge the numerous obstacles in the way of the intricate route leading to modified nucleoside triphosphates. Consequently, this protocol facilitates both the synthesis of these activated building-blocks and their availability for practical applications.

Nucleosidi trifosfati - Dalla sintesi di biochimica Caratterizzazione

The  traditional strategy for the introduction of chemical functionalities is the  use of solid-phase synthesis by appending suitably modified ...

An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in understanding contaminant mass transport and the ability to decontaminate materials. If a material is contaminated, over time, the transport of highly toxic chemicals (such as chemical warfare agent species) out of the material can result in vapor exposure or transfer to the skin, which can result in percutaneous exposure to personnel who interact with the material. Due to the high toxicity of chemical warfare agents, the release of trace chemical quantities is of significant concern. Mapping subsurface concentration distribution and transport characteristics of absorbed agents enables exposure hazards to be assessed in untested conditions. Furthermore, these tools can be used to characterize subsurface reaction dynamics to ultimately design improved decontaminants or decontamination procedures. To achieve this goal, an inverse analysis mass transport modeling approach was developed that utilizes time-resolved mass spectroscopy measurements of vapor emission from contaminated paint coatings as the input parameter for calculation of subsurface concentration profiles. Details are provided on sample preparation, including contaminant and material handling, the application of mass spectrometry for the measurement of emitted contaminant vapor, and the implementation of inverse analysis using a physics-based diffusion model to determine transport properties of live chemical warfare agents including distilled mustard (HD) and the nerve agent VX.

In this paper, a procedure for quantifying the mass transport parameters of chemicals in various materials is presented. This process involves employing an inverse-analysis based diffusion model to vapor emission profiles recorded by real-time, mass spectrometry in high vacuum.

Un approccio di analisi inversa per la caratterizzazione dei Trasporti Chemical nelle vernici

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in ...

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and technological applications. Their signature property is their ultrahigh porosity, which however imparts a series of challenges when it comes to both constructing them and working with them. Securing desired MOF chemical and physical functionality by linker/node assembly into a highly porous framework of choice can pose difficulties, as less porous and more thermodynamically stable congeners (e.g., other crystalline polymorphs, catenated analogues) are often preferentially obtained by conventional synthesis methods. Once the desired product is obtained, its characterization often requires specialized techniques that address complications potentially arising from, for example, guest-molecule loss or preferential orientation of microcrystallites. Finally, accessing the large voids inside the MOFs for use in applications that involve gases can be problematic, as frameworks may be subject to collapse during removal of solvent molecules (remnants of solvothermal synthesis). In this paper, we describe synthesis and characterization methods routinely utilized in our lab either to solve or circumvent these issues. The methods include solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries, and materials activation (cavity evacuation) by supercritical CO2 drying. Finally, we provide a protocol for determining a suitable pressure region for applying the Brunauer-Emmett-Teller analysis to nitrogen isotherms, so as to estimate surface area of MOFs with good accuracy.

Synthesis, activation, and characterization of intentionally designed metal-organic framework materials is challenging, especially when building blocks are incompatible or unwanted polymorphs are thermodynamically favored over desired forms. We describe how applications of solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries and activation via supercritical CO2 drying, can address some of these challenges.

Sintesi e caratterizzazione di funzionalizzato metallo-organici quadri

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Preparing Adherent Cells for X-ray Fluorescence Imaging by Chemical Fixation

X-ray fluorescence imaging allows us to non-destructively measure the spatial distribution and concentration of multiple elements simultaneously over large or small sample areas. It has been applied in many areas of science, including materials science, geoscience, studying works of cultural heritage, and in chemical biology. In the case of chemical biology, for example, visualizing the metal distributions within cells allows us to study both naturally-occurring metal ions in the cells, as well as exogenously-introduced metals such as drugs and nanoparticles. Due to the fully hydrated nature of nearly all biological samples, cryo-fixation followed by imaging under cryogenic temperature represents the ideal imaging modality currently available. However, under the circumstances that such a combination is not easily accessible or practical, aldehyde based chemical fixation remains useful and sometimes inevitable. This article describes in as much detail as possible in the preparation of adherent mammalian cells by chemical fixation for X-ray fluorescent imaging.

Here, we present a protocol on how to determine the quantity and distribution of metals in a sample using synchrotron X-ray fluorescence. We focus on adherent cells, and describe the chemical fixation method to prepare this sample. We then describe how to mount and image the sample using synchrotron X-rays.

Preparazione cellule aderenti per X-ray Fluorescence Imaging da Chemical Fixation

X-ray fluorescence imaging allows us to non-destructively measure the spatial distribution and concentration of multiple elements simultaneously over ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical properties for applications in photonics, drug delivery and coating technology. Here we present a new family of colloidal building blocks, coined supramolecular colloids, whose self-assembly is controlled through surface-functionalization with a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derived supramolecular moiety. Such BTAs interact via directional, strong, yet reversible hydrogen-bonds with other identical BTAs. Herein, a protocol is presented that describes how to couple these BTAs to colloids and how to quantify the number of coupling sites, which determines the multivalency of the supramolecular colloids. Light scattering measurements show that the refractive index of the colloids is almost matched with that of the solvent, which strongly reduces the van der Waals forces between the colloids. Before photo-activation, the colloids remain well dispersed, as the BTAs are equipped with a photo-labile group that blocks the formation of hydrogen-bonds. Controlled deprotection with UV-light activates the short-range hydrogen-bonds between the BTAs, which triggers the colloidal self-assembly. The evolution from the dispersed state to the clustered state is monitored by confocal microscopy. These results are further quantified by image analysis with simple routines using ImageJ and Matlab. This merger of supramolecular chemistry and colloidal science offers a direct route towards light- and thermo-responsive colloidal assembly encoded in the surface-grafted monolayer.

A protocol for the synthesis and characterization of colloids coated with supramolecular moieties is described. These supramolecular colloids undergo self-assembly upon the activation of the hydrogen-bonds between the surface-anchored molecules by UV-light.

Sintesi e caratterizzazione di supramolecolari colloidi

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables the silk proteins to be compact and ordered by shearing and elongation forces. Here, a biomimetic microfluidic channel was designed to mimic the specific geometry of the spinning duct of the silkworm. Regenerated silk fibroin (RSF) spinning doped with high concentration, was extruded through the microchannel to dry-spin fibers at ambient temperature and pressure. In the post-treated process, the as-spun fibers were drawn and stored in ethanol aqueous solution. Synchrotron radiation wide-angle X-ray diffraction (SR-WAXD) technology was used to investigate the microstructure of single RSF fibers, which were fixed to a sample holder with the RSF fiber axis normal to the microbeam of the X-ray. The crystallinity, crystallite size, and crystalline orientation of the fiber were calculated from the WAXD data. The diffraction arcs near the equator of the two-dimensional WAXD pattern indicate that the post-treated RSF fiber has a high orientation degree.

A protocol for the microfluidic spinning and microstructure characterization of regenerated silk fibroin monofilament is presented.

A secco microfluidic-spinning e caratterizzazione delle fibre rigenerate seta Fibroin

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Synthesis and Evaluation of a Ruthenium-based Mitochondrial Calcium Uptake Inhibitor

We detail the synthesis and purification of a mitochondrial calcium uptake inhibitor, [(OH2)(NH3)4Ru(&#181;-O)Ru(NH3)4(OH2)]5+. The optimized synthesis of this compound commences from [Ru(NH3)5Cl]Cl2 in 1 M NH4OH in a closed container, yielding a green solution. Purification is accomplished with cation-exchange chromatography. This compound is characterized and verified to be pure by UV-vis and IR spectroscopy. The mitochondrial calcium uptake inhibitory properties are assessed in permeabilized HeLa cells by fluorescence spectroscopy.

A protocol for the synthesis, purification, and characterization of a ruthenium-based inhibitor of mitochondrial calcium uptake is presented. A procedure to evaluate its efficacy in permeabilized mammalian cells is demonstrated.

Sintesi e valutazione di un inibitore di assorbimento di calcio mitocondriale a base di rutenio

We detail the synthesis and purification of a mitochondrial calcium uptake inhibitor, [(OH2)(NH3)4Ru(&#181;-O)Ru(NH3)4(OH2)]5+. The optimized synthesis of ...

An Engineered Split-TET2 Enzyme for Chemical-inducible DNA Hydroxymethylation and Epigenetic Remodeling

DNA methylation is a stable and heritable epigenetic modification in the mammalian genome and is involved in regulating gene expression to control cellular functions. The reversal of DNA methylation, or DNA demethylation, is mediated by the ten-eleven translocation (TET) protein family of dioxygenases. Although it has been widely reported that aberrant DNA methylation and demethylation are associated with developmental defects and cancer, how these epigenetic changes directly contribute to the subsequent alteration in gene expression or disease progression remains unclear, largely owing to the lack of reliable tools to accurately add or remove DNA modifications in the genome at defined temporal and spatial resolution. To overcome this hurdle, we designed a split-TET2 enzyme to enable temporal control of 5-methylcytosine (5mC) oxidation and subsequent remodeling of epigenetic states in mammalian cells by simply adding chemicals. Here, we describe methods for introducing a chemical-inducible epigenome remodeling tool (CiDER), based on an engineered split-TET2 enzyme, into mammalian cells and quantifying the chemical inducible production of 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) with immunostaining, flow cytometry or a dot-blot assay. This chemical-inducible epigenome remodeling tool will find broad use in interrogating cellular systems without altering the genetic code, as well as in probing the epigenotype&#8722;phenotype relations in various biological systems.

Detailed protocols for introducing an engineered split-TET2 enzyme (CiDER) into mammalian cells for chemical inducible DNA hydroxymethylation and epigenetic remodeling are presented.