체외 거대한 Unilamellar 소포 내부의 Actin Cytoskeleton 재구성

요약

이 원고에서는 F-actin 세포 골격을 거대한 unilamellar 지질 소포 (리포솜이라고도 함)로 캡슐화하는 실험 기술과 리포솜 막의 내부 전단지에 피질 생모방 F- 액틴 층을 형성하는 방법을 보여줍니다.

초록

세포의 주요 기계 기계 인 액틴 세포 골격은 세포 변형, 분열, 이동 및 부착을 포함한 수많은 필수적인 물리적 세포 활동을 매개합니다. 그러나, 생체내에서 액틴 네트워크의 역학 및 구조를 연구하는 것은 살아있는 세포 내의 생화학적 및 유전적 조절에 의해 복잡하다. 세포 내 생화학 적 조절이없는 최소한의 모델을 구축하기 위해 액틴은 거대한 unilamellar vesicles (GUV, 리포솜이라고도 함) 내부에 캡슐화됩니다. 생체모방 리포솜은 세포 크기이며 세포 골격 네트워크의 기계적 및 동적 특성에 대한 정량적 통찰력을 촉진하여 상향식 합성 생물학을위한 실행 가능한 경로를 열어줍니다. 캡슐화를 위해 리포솜을 생성하기 위해 역전 에멀젼 방법 (에멀젼 전달 방법이라고도 함)이 사용되며, 이는 복잡한 용액을 리포솜으로 캡슐화하여 다양한 세포 모방 시스템을 제조하는 가장 성공적인 기술 중 하나입니다. 이 방법으로, 관심있는 단백질의 혼합물이 내부 완충액에 첨가되고, 이는 나중에 인지질 함유 광유 용액에서 유화되어 단층 지질 방울을 형성한다. 원하는 리포솜은 지질/오일-물 계면을 가로지르는 단층 지질 방울로부터 생성된다. 이 방법은 농축된 액틴 중합체를 원하는 지질 성분을 갖는 리포솜 내로 캡슐화할 수 있게 하여, 생체모방 세포골격 네트워크의 시험관내 재구성을 위한 길을 닦아준다.

서문

액틴 세포골격은 분자 수준의 수축성 및 힘 생성 ^1,2,3을 조정함으로써 세포의 세포내 구조를 구성하는데 근본적인 역할을 한다. 그 결과, 세포 변형^4,5, 분열⁶, 이동 ^7,8 및 부착⁹를 포함하는 수많은 필수 세포 활동을 매개한다. 액틴 네트워크의 시험관내 재구성은 최근 몇 년 동안^{10,11,12,13,14,15,16,17}

프로토콜

1. 완충액 및 단백질 용액의 제조

1. 0.1 mM CaCl2, 10 mM HEPES (pH 7.5), 1 mM DTT, 0.5 mM 다브코,₃₂₀ mM 수크로오스 및 0.2 mM ATP를 혼합하여 총 부피 5 mL의 수성 내부 비중합 (INP) 완충액을 제조하였다.
2. 단백질을 다음 농도로 4°C에서 INP 버퍼에 첨가하여 단백질 믹스(PM)를 제조하였다: 11.2 μM 비형광 G-액틴, 2.8 μM 형광 표지된 액틴, 및 0.24 μM Arp2/3 (표 of Materials). F-액틴 층을 형성하기 위해, PM에 100 nM 겔솔린, 4 μM 코필린, 및 2.2 μM VCA-His를 첨가한다. 대조군 실험으로 PM을 100 μg/mL 형광 염료로 대체하십시오 (표 of Materials).
3. 100 mM KCl, 4 mM_MgCl2, 10 mM HEPES (pH 7.5), 1 mM DTT, 0.5 mM Dabco, 10 mM ATP, 및 80 mM 수크로스를 혼합하여 총 부피 5 mL의 수성 내부 중합 (IP) 완충액 (수성)을 제조하였다.
4. INP 버퍼(PM를 함유함)와 IP 버퍼를 1:1의 부피....

결과

반전된 에멀젼 기술에 기초한 리포좀의 제조는 도 1에 그래픽으로 그리고 개략적으로 도시되어 있다.

먼저, 비어있는(bare) 리포좀(직경 5-50 μm)을 인지질(EPC)과 형광 지질(DHPE)로 구성하여 제조하였다. 밝고 먼 적색 형광 염료를 대조군 실험으로서 베어 리포좀 내에 캡슐화하였다. 지질 단일층이 액적의 주변에서 성공적으로 형성되었는지 여부는

토론

몇 가지 주요 단계는 준비 과정 동안 리포솜의 높은 수율의 성공을 결정합니다. 오일에 지질 필름을 완전히 용해시키기 위해서는 유리 바이알 바닥의 지질 막이 완전히 사라질 때까지 샘플을 초음파 처리해야합니다. 초음파 처리 후, 지질-오일 혼합물은 지질 분자가 추가로 분산되기 위해 어두운 조건 하에서 실온에서 밤새 저장되어야 한다(²⁹). 혼합물은 최대 일주일 동안 4°C에?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-{[n(5-amino-1-carboxypentyl)iminodiacetic acid]succinyl} nickel salt (DOGS-NTA-Ni)	Avanti Polar Lipids Inc.	231615773	Nickel Lipid
1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane	Sigma	D27802-25G	DABCO
Actin protein (>99% pure): rabbit skeletal muscle	Cytoskeleton, Inc	AKL99-D	non-fluorescent G-actin
Actin protein (rhodamine): rabbit skeletal muscle	Cytoskeleton, Inc	AR05	fluorescently labeled actin
Adenosine 5′-triphosphate disodium salt hydrate	Sigma	A2383-10G	ATP
Alexa Fluor 647 dye	ThermoFisher		fluorescent dye
Andor iQ3	Andor Technologies		control and acquisition software for confocal microscope
Arp2/3 Protein Complex: Porcine Brain	Cytoskeleton, Inc	RP01P-A	Arp 2/3
Calcium chloride dihydrate	Sigma	10035048	CaCl2
Chamlide Chambers (4-well for 12 mm round coverslip)	Quorum Technologies		incubation chamber
Cofilin protein: human recombinant	Cytoskeleton, Inc	CF01-C	cofilin
Confocal Microscope (63× oil-immersion objective)	Andor Technologies	LEICA DMi8
D-(+)-GLUCOSE BIOXTRA	Sigma	G7528	glucose
Dithiothreitol	DOT Scientific	DSD11000-10	DTT
Gelsolin Protein: Homo Sapiens Recombinant	Cytoskeleton, Inc	HPG6	gelsolin
Hamilton 1750 Gastight Syringe, 500 µL, cemented needle, 22 G, 2" conical tip	Cole-Parmer	UX-07940-53	glass syringe
HEPES	AmericanBio	7365-45-9
ImageJ/Fiji			https://imagej.net/tutorials/
L-alpha-Phosphatidylcholine	Avanti Polar Lipids Inc.	97281442	EPC
Magnesium chloride	Sigma	7786303	MgCl2
Mineral oil, BioReagent, for molecular biology, light oil	Sigma	8042475	mineral oil
N-WASP fragment WWA (aa400–501, VCA-His)			VCA-His is purified using lab protocol. The protocol can be provided upon reasonable requests
Oregon Green 488 1,2-Dihexadecanoyl-sn-Glycero-3-Phosphoethanolamine (Oregon Green 488 DHPE)	Thermo Fisher	O12650	DHPE
Potassium chloride	Sigma	7447407	KCl
Sucrose	Sigma	57-50-1	sucrose
β-Casein from bovine milk	Sigma	C6905-250MG