Síntese Direta de Nanopartículas de Ouro EM-Visíveis em Células para Análise de Localização de Proteínas com Ultraestrutura Bem Preservada

Resumo

O presente protocolo descreve uma tecnologia de marcação por microscopia eletrônica clonável para detecção de proteínas marcadas com metalotioneína em células usando uma nova técnica de síntese de nanopartículas de ouro baseada em mecanismo de supressão de autonucleação.

Resumo

Analisar a localização precisa de moléculas de proteínas em células com resolução ultraestrutural é de grande importância para o estudo de vários processos fisiológicos ou patológicos em todos os organismos vivos. Portanto, o desenvolvimento de tags clonáveis que podem ser usados como sondas de microscopia eletrônica é de grande valor, assim como proteínas fluorescentes têm desempenhado um papel crucial no campo da imagem óptica. O mecanismo de supressão da autonucleação (ANSM) foi recentemente descoberto, o que permite a síntese específica de nanopartículas de ouro (AuNPs) em etiquetas ricas em cisteína, como metalotioneína (MT) e proteína anticongelante (AFP).

Com base no ANSM, foi desenvolvida uma tecnologia de marcação por microscopia eletrônica que permite a detecção específica de proteínas marcadas em células procarióticas e eucarióticas com uma eficiência de marcação sem precedentes. Este estudo ilustra um protocolo para a detecção de proteínas de fusão de MTn (uma variante modificada de MT sem resíduos reativos a aldeídos) em células de mamíferos com ultraestrutura bem preservada. Neste protocolo, o congelamento a alta pressão e a fixação por substituição do congelamento foram realizados com fixadores não aldeídos (como ácido tânico, acetato de uranila) para preservar a ultraestrutura quase nativa e evitar danos à atividade do tag causados pela reticulação de aldeídos.

Uma reidratação simples em um passo foi usada antes da síntese de AuNP baseada em ANSM. Os resultados mostraram que as proteínas marcadas tiveram como alvo várias organelas, incluindo as membranas e o lúmen do retículo endoplasmático (RE), e matrizes mitocondriais foram detectadas com alta eficiência e especificidade. Esta pesquisa fornece aos biólogos um protocolo robusto para abordar uma enorme gama de questões biológicas no nível de molécula única em contextos ultraestruturais celulares.

Introdução

Na era pós-genômica, o desenvolvimento da proteína fluorescente verde (GFP) como repórter de molécula única para microscopia de luz revolucionou o campo da pesquisa moderna em ciências da vida ^1,2. Por décadas, a microscopia eletrônica (ME) tem sido uma poderosa ferramenta para observar intuitivamente a ultraestrutura celular com resolução nanométrica³; no entanto, a identificação precisa e a localização de moléculas proteicas permanecem desafiadoras.

A técnica de marcação EM mais comumente usada é a imunomicroscopia eletrônica (EIM), que é baseada na reação ....

Protocolo

Todos os insumos utilizados neste experimento estão listados na Tabela de Materiais. O fluxo de trabalho passo a passo do protocolo atual é mostrado na Figura 1.

1. Cultura celular em discos de safira

1. Transfira discos de safira de 3 mm x 0,16 mm para um tubo de centrífuga de 2 mL contendo 1 mL de etanol e sonicate em um limpador ultrassônico por 10 min.
2. Queime cada disco de safira em uma chama de lâmpada de álcool até que não haja depósitos visíveis na superfície.
   NOTA: Através do método acima, os discos de safira podem ser reciclados muitas vezes.
....

Discussão

O estudo apresenta aqui uma robusta tecnologia de marcação EM clonável para a visualização de moléculas de proteína em molécula única dentro do ambiente celular com resolução ultraestrutural. As AuNPs sintetizadas diretamente em etiquetas ricas em cisteína codificadas geneticamente fornecem localização inequívoca e precisa das proteínas-alvo. A técnica de congelamento a alta pressão e substituição por congelamento preserva de forma excelente a ultraestrutura das amostras biológicas. Em conjunto, a te.......

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.025 mm/0.275 mm Aluminum carrier	Beijing Wulundes Biotech Ltd., or Engineering Office of M. Wohlwend
0.2 M HEPES buffer			Dissolve 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 microtube	Axygen Scientific	MCT150C
2 mL polypropylene screw cap microtubes	Biologix	81-0204
200 mesh hexagonal copper grid	Tedpella inc	G200HEX
2-mercaptoethanol	Amresco	0482-250ML
35 mm cell culture dishes	Corning	430165
50 mL polypropylene centrifuge tubes	Corning	430928
Acetone	Beiijng Tong Guang Fine Chemicals Company	31025
Automated freeze substitution machine	Leica	AFS2
Customized 3.05 mm x 0.66 mm specimen holders for HPF	Beijing Wulundes Biotech Ltd.
D-penicillamine	TCI	P0147
Dulbecco’s modified Eagle medium	GBICO	C11965500BT
Fetal bovine serum	GBICO	10099-141C
Flat bottom embedding capsule	Tedpella inc
Foam cryobox
Formvar 15/95 resin	Electron Microscopy Sciences	15800
HAuCl4	Sigma	4022-1G
HEPES	sigma	H3375-500G
HPF machine	Wohlwend	HPF compact01
Methonal	Beiijng Tong Guang Fine Chemicals Company	12397
NaBH4	Sigma	480886-25G
OsO4	Electron Microscopy Sciences	19110
PBS-A buffer			Dissolve 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 Biotechnology	FFT08
Sapphire discs	Beijing Wulundes Biotech Ltd., or Engineering Office of M. Wohlwend
Solvent resistant pen	Electron Microscopy Sciences	62053-B
SPI-Pon 812 resin	SPI Inc	02659-AB
Transmission electron microscopy	FEI	Tecnai G2 spirit
Trypsin-EDTA	GBICO	C25200-056
Tweezers	Dumont
Ultramictotome	Leica	FC7
Uranyl acetate	Electron Microscopy Sciences	22400