Visualização Simultânea da Dinâmica dos Microtúbulos Cruzados e Únicos In Vitro pela Microscopia TIRF

Resumo

Aqui, um ensaio de reconstituição in vitro baseado em microscopia TIRF é apresentado para quantificar e comparar simultaneamente a dinâmica de duas populações de microtúbulos. Um método é descrito para visualizar simultaneamente a atividade coletiva de múltiplas proteínas associadas a microtúbulos em feixes de microtúbulos interligados e microtúbulos únicos.

Resumo

Microtúbulos são polímeros de heterodimers αβ-tubulin que se organizam em estruturas distintas nas células. Arquiteturas e redes baseadas em microtúbulos geralmente contêm subconjuntos de matrizes de microtúbulos que diferem em suas propriedades dinâmicas. Por exemplo, na divisão de células, pacotes estáveis de microtúbulos transligados coexistem perto de microtúbulos dinâmicos não transligados. Estudos de reconstituição in vitro baseados em TIRF-microscopia permitem a visualização simultânea da dinâmica dessas diferentes matrizes de microtúbulos. Neste ensaio, uma câmara de imagem é montada com microtúbulos imobilizados pela superfície, que estão presentes como filamentos únicos ou organizados em feixes transligados. A introdução de tubulinas, nucleotídeos e reguladores de proteínas permite a visualização direta de proteínas associadas e de propriedades dinâmicas de microtúbulos unides e interligados. Além disso, mudanças que ocorrem à medida que microtúbulos únicos dinâmicos se organizam em pacotes podem ser monitorados em tempo real. O método descrito aqui permite uma avaliação sistemática da atividade e localização de proteínas individuais, bem como efeitos sinérgicos dos reguladores de proteínas em dois subconjuntos microtúbulos diferentes em condições experimentais idênticas, fornecendo assim insights mecanicistas que são inacessíveis por outros métodos.

Introdução

Microtúbulos são biopolímeros que formam andaimes estruturais essenciais para múltiplos processos celulares, desde transporte intracelular e posicionamento de organela até divisão celular e alongamento. Para executar essas diversas funções, microtúbulos individuais são organizados em matrizes do tamanho de micron, como fusos mitotísticos, axônios ciliares, feixes neuronais, matrizes interfásicas e matrizes corticais vegetais. Um motivo arquitetônico onipresente encontrado nessas estruturas é um feixe de microtúbulos interligados ao longo de seus ^{comprimentos1}. Uma característica intrigante de várias estruturas baseadas em microtúbulos é a coexi....

Protocolo

1. Prepare os reagentes

1. Prepare buffers e reagentes conforme descrito na Tabela 1 e Tabela 2. Durante o experimento, mantenha todas as soluções no gelo, a menos que seja observado de outra forma.

Solução	Componentes		Duração recomendada do armazenamento	Anotações
5X BRB80	400 mM K-PIPES, 5 mM MgCl2, 5 mM EGTA, pH....

Resultados

O experimento descrito acima foi realizado usando microtubulos biotinilados biotinilados rotulados por 647 nm, microtubulas não biotiniladas com rótulo fluoreto, e mistura de tubulina solúvel com rótulo fluorólmico de 560 nm. Os microtúbulos foram cruzados pela proteína crosslinker PRC1 (rotulada por GFP). Após a gerada por feixes imobilizados e microtúbulos únicos (etapa 5.11), a câmara de imagem foi montada em um objetivo de óleo TIRF 100X 1.49 NA e visualizada nos canais de fluorescência de 560 nm e 647 n.......

Discussão

O experimento descrito aqui expande significativamente o escopo e a complexidade dos ensaios convencionais de reconstituição da microtúbula, que são tradicionalmente realizados em microtúbulos únicos ou em um tipo de matriz. O ensaio atual fornece um método para quantificar e comparar simultaneamente a atividade de MAP regulatório em duas populações, ou seja, microtúbulos únicos e pacotes interligados. Além disso, este ensaio permite o exame de dois tipos de feixes: aqueles que são pré-formados a partir de.......

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
(±)-6-Hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchromane-2-carboxylic acid (Trolox)	Sigma Aldrich	238813
1,4-piperazinediethanesulfonic acid (PIPES)	Sigma Aldrich	P6757
18x18 mm #1.5 coverslips	Electron Microscopy Sciences	63787
2-Mercaptoethanol (BME)	Sigma Aldrich	M-6250
24x60 mm #1.5 coverslips	Electron Microscopy Sciences	63793
405/488/560/647 nm Laser Quad Band	Chroma	TRF89901-NK
Acetone	Sigma Aldrich	320110
Adenosine 5'-triphosphate disodium salt hydrate (ATP)	Sigma Aldrich	A7699-5G
Avidin, NeutrAvidin® Biotin-binding Protein (Molecular Probes®)	Thermo Fischer Scientific	A2666
Bath sonicator: Branson 2800 Cleaner	Branson	CPX2800H
Beckman Coulter Polycarbonate Thickwall Tubes, 11 x 34 mm	Beckman-Coulter	343778
Beckman Coulter Polycarbonate Thickwall Tubes, 8 x 34 mm	Beckman-Coulter	343776
Biotin-PEG-SVA, MW 5,000	Laysan Bio	#Biotin-PEG-SVA-5000
Bovine Serum Albumin (BSA)	Sigma Aldrich	2905
Catalase	Sigma Aldrich	C40
Corning LSE Mini Microcentrifuge, AC100-240V	Corning	6670
Delicate Task Wipes	Kimtech	34120
Dithiothreitol (DTT)	GoldBio	DTT10
Emission filter	Chroma	ET610/75m
Ethanol (200-proof)	Decon Labs	2705
Ethylene glycol tetraacetic acid (EGTA)	Sigma Aldrich	3777
Glucose Oxidase	Sigma Aldrich	G2133
GMPCPP	Jena Bioscience	NU-405
Guanosine 5'-triphosphate sodium salt hydrate (GTP)	Sigma Aldrich	G8877
Hellmanex III detergent	Sigma Aldrich	Z805939
Immersion oil, Type A	Fisher Scientific	77010
Kappa-casein	Sigma Aldrich	C0406
Lanolin	Fisher Scientific	S25376
Lens Cleaning Tissue	ThorLabs	MC-5
Magnesium Chloride (MgCl2)	Sigma Aldrich	M9272
Methylcellulose	Sigma Aldrich	M0512
Microfuge 16 Benchtop Centrifuge	Beckman-Coulter	A46474
Microscope Slides, Diamond White Glass, 25 x 75mm, 90° Ground Edges, WHITE Frosted	Globe Scientific	1380-50W
mPEG-Succinimidyl Valerate, MW 5,000	Laysan Bio	#NH2-PEG-VA-5K
Optima™ Max-XP Tabletop Ultracentrifuge	Beckman-Coulter	393315
Paraffin	Fisher Scientific	P31-500
PELCO Reverse (self-closing), Fine Tweezers	Ted Pella	5377-NM
Petrolatum, White	Fisher Scientific	18-605-050
Plasma Cleaner, 115V	Harrick Plasma	PDC-001
Potassium Hydroxide (KOH)	Sigma Aldrich	221473
Sodium bicarbonate	Sigma Aldrich	S6014
Sucrose	Sigma Aldrich	S7903
Thermal-Lok 1-Position Dry Heat Bath	USA Scientific	2510-1101
Thermal-Lok Block for 1.5 and 2.0 mL Tubes	USA Scientific	2520-0000
Thermo Scientific™ Pierce™ Bond-Breaker™ TCEP Solution, Neutral pH; 500mM	Thermo Fischer Scientific	PI-77720
TIRF 100X NA 1.49 Oil Objective	Nikon	CFI Apochromat TIRF 100XC Oil
TIRF microscope	Nikon	Eclipse Ti
TLA 120.1 rotor	Beckman-Coulter	362224
TLA 120.2 rotor	Beckman-Coulter	357656
Tubulin protein (>99% pure): porcine brain	Cytoskeleton	T240
Tubulin Protein (Biotin): Porcine Brain	Cytoskeleton	T333P
Tubulin protein (fluorescent HiLyte 647): porcine brain	Cytoskeleton	TL670M
Tubulin protein (X-rhodamine): bovine brain	Cytoskeleton	TL620M
VECTABOND® Reagent, Tissue Section Adhesion	Vector Biolabs	SP-1800-7
VWR® Personal-Sized Incubator, 120V, 50/60Hz, 0.6A	VWR	97025-630