Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu makale, negatif boyama elektron mikroskobu (EM) kullanarak biyolojik makromoleküllerin üç boyutlu (3B) rekonstrüksiyonu almak için standart bir yöntem açıklanır. Bu protokolde, rasgele konik eğim rekonstrüksiyon yöntemi (RCT) ile orta çözünürlükte Saccharomyces cerevisiae exosome kompleks 3D yapısı nasıl açıklayabilir.
Tek parçacık elektron mikroskobu (EM) yeniden yapılanma büyük makromoleküler kompleksleri, üç boyutlu (3D) bir yapı elde etmek için son zamanlarda popüler bir araç haline gelmiştir. X-ışını kristalografisi ile karşılaştırıldığında, bazı benzersiz avantajlar vardır. İlk olarak, tek bir parçacık EM yeniden yapılanma, özellikle büyük makromoleküler kompleksleri için X-ışını kristalografisi darboğaz protein örnek, kristalize değildir. İkincisi, büyük miktarda protein örneklerinin gerek yoktur. Kristalizasyon için gerekli proteinlerin miligram ile karşılaştırıldığında, tek parçacık EM yeniden yapılanma sadece negatif boyama EM yöntemi kullanarak nano-molar konsantrasyonlarda protein çözüm çeşitli mikro-litre ihtiyacı var. Ancak, yüksek simetri birkaç makromoleküler meclisleri olmasına rağmen, tek bir parçacık EM özellikle de simetri olmadan birçok örnekler için (1 nm den daha düşük çözünürlük) nispeten düşük çözünürlükte sınırlıdır. Bu teknik, aynı zamanda çalışmanın altında moleküllerin büyüklüğü ile sınırlıdır, yani genel olarak dondurulmuş sulu numuneler için olumsuz lekeli örnekleri ve 300 kDa 100 kDa.
Yapısı bilinmeyen yeni bir örnek için, genelde negatif boyama ile moleküller gömmek için bir heavy metal çözümü kullanın. Daha sonra örnek moleküllerin iki boyutlu (2D) mikrograflar almak için bir transmisyon elektron mikroskopta incelenir. İdeal olarak, protein molekülleri, homojen bir 3D yapıya sahip ancak farklı yönelimleri mikrograflar gösterirler. Bu mikrograflar "tek parçacıklar" olarak sayısallaştırılmış ve bilgisayarlara işlenir. Iki boyutlu bir uyum ve sınıflandırma teknikleri kullanarak, aynı görüşleri homojen moleküllerin sınıfa kümelenmiş. Onların ortalamalar molekülün 2D şekilleri sinyal artırır. Biz doğru bağıl yönelimi (Euler açıları) parçacıklar atadıktan sonra, biz, 2 boyutlu, 3 boyutlu bir sanal hacmin içine parçacık görüntüleri yeniden inşa etmek mümkün olacak.
Tek parçacık 3D rekonstrüksiyon, önemli bir adım, tek tek her parçacığın uygun yönlendirmeyi doğru atamak. Açısal sulandırıldıktan 1 ve rastgele konik tenteli (RCT) yöntem 2 de dahil olmak üzere, her parçacık görünümü atamak için çeşitli yöntemler vardır. Bu protokol, maya exosome kompleksi negatif boyama EM ve RCT kullanarak 3 boyutlu rekonstrüksiyon almak bizim uygulama açıklar. Elektron mikroskobu ve görüntü işleme protokol RCT temel prensibi izler ama yöntemi gerçekleştirmek için tek yol olduğunu belirtmek gerekir. Önce, sürekli ince bir karbon film tabakası ile kaplı bir holey karbon ızgarası kullanılarak, uranil-biçimleri protein boyutu ile karşılaştırılabilir bir kalınlığında bir tabaka haline protein örnek gömmek nasıl açıklar. Sonra örnek toplamak için bir transmisyon elektron mikroskobu eklenir untilted (0 derece) ve işleme ve maya exosome bir ilk 3D model elde etmek için daha sonra kullanılabilir olacak mikrograflar eğimli (55 derece) çifti. Bu amaçla, biz RCT gerçekleştirmek ve daha sonra arıtma yöntemini 3 uyan projeksiyon kullanarak ilk 3D model rafine .
1. Rastgele Konik Tilt Yönteminin Prensibi
2. İnce Karbon kaplı Delikli Karbon Izgaralar hazırlayın
Gerekçe: Biz rasgele konik eğim yeniden inşası için protein örnek düzeltmek için negatif boyama yöntemi kullanır. Makromoleküller çok kuruma sırasında düzleşme olmaksızın korumak için, biz, proteinler 4 boyutu hakkında kalınlığı ile derin bir leke protein molekülleri gömmek için çalışıyoruz . Genel olarak, sürekli karbon olumsuz vitray örneklerinin yapımında kullanılır. Ancak, bu tür karbon protein parçacıkları etrafında leke kalınlığı kontrol etmek zor. Böylece ev yapımı holey olumsuz vitray örnekleri yapmak için karbon film (~ 5 mil kalınlığı) ince bir tabaka ile kaplı karbon ızgaraları. Optimal bir leke kalınlığında protein gömmek için çok daha kolay bu yüzden delikleri tarafından oluşturulan küçük bir kuyu protein çözüm ve ızgara üzerinde leke çözüm istinat izin. Ayrıca, karbon delik üzerinde ince bir tabaka büyük ölçüde arka plan gürültüsünü azaltır.
3. Exosome Kompleksi Negatif Boyama
Gerekçe: uranil asetat, uranil formik fosfotungstik asit, amonyum molibdat, ve diğerleri de dahil olmak üzere oldukça negatif boyama EM için kullanılabilir bir kaç ağır metal leke çözümler, vardır. Farklı leke çözüm farklı benzersiz özelliklere sahiptir. Örneğin, uranil asetat parçacığın yüksek kontrast sağlar ama asitli bir ortama sevmiyorum protein kompleksleri çökebilir. Bu örnekleri için, nötr pH phosphotungestic asit, iyi bir leke çözüm olabilir. Biz ince taneciklilik molekülleri içine yüksek penetrasyon yeteneği nedeniyle doymuş uranil biçimleri (UF) çözümü seçin.
4. Exosome Kompleksi Elektron Mikroskobu
Gerekçe: devrilir bir aşaması ile herhangi bir transmisyon elektron mikroskobu tenteli RCT yeniden inşası için örnek çiftleri toplamak için kullanılabilir. Teorik olarak, yüksek açılı bir numune, daha iyi veri toplamak için yatırılabilir. Uygulamada, numune tutucu ve ızgara geometri tasarımı nedeniyle, maksimum uçlarıyla açısı 50 ila 70 derece sınırlıdır. Bu protokol, biz sadece bir FEI Tecnai-12 elektron mikroskobu kullanarak prosedürü tarif. Mikroskopların diğer modeller için, işlemleri, proje ve cihaz mülkiyet ihtiyacına göre ayarlanması gerekir.
5. Veri Görüntü İşleme
Gerekçe: bilgisayar RCT yeniden yapılanma gerçekleştirmek için farklı seçenekleri ve yazılım paketleri vardır. En genel olarak kullanılan ÖRÜMCEK 5. ÖRÜMCEK RCT gerçekleştirmek temel bir protokol http://www.wadsworth.org/spider_doc/spider/docs/techs/rancon/recn.html web sayfası bulunabilir . ÖRÜMCEK RCT gerçekleştirmek ayrıntılı bir protokol Şeyh ark makalede açıklanan 6 protokolde, IMAGIC-5 7 ve protokol video versiyonu ÖRÜMCEK bir kombinasyonunu kullanabilirsiniz. Biz de sadece protokol metni sürümü ÖRÜMCEK kullanmak alternatif bir prosedür sağlar.
Alt bölüm 1: Toplama tenteli parçacıkların çiftlerini.
Sub-Bölüm 2: untilted parçacık görüntülerin iki boyutlu bir uyum ve sınıflandırma.
Alt-bölüm 3: Üç boyutlu rekonstrüksiyon eğimli parçacık görüntüleri kullanarak.
Alt-bölüm 4: untilted parçacık görüntüleri kullanarak 3 boyutlu rekonstrüksiyon iyileştirildi.
6. Temsilcisi Sonuçlar:
RCT yöntemi kullanarak, toplam 5.000 eğim çifti (Şekil 6) exosome yaklaşık 50 rekonstrüksiyonlar elde edilmiştir. 50 3D modelleri, biz esas olarak iki ortogonal manzarasına sahip ızgara üzerinde karmaşık oturma farklı yönlerde görebilirsiniz. Düzleşme artifakı karbon yüzeyine dik yönde birçok birimlerin de saptanabilir. Biz hizalama yapılır ve dik kez ilk iki cildi oluşturmak için 3D hacimleri birleştirilmesi. 5.000 untilted parçacık görüntüleri kullanarak, hem ilk modelleri (Şekil 7) yaklaşık 18 Angstrom çözünürlükte exosome aynı nihai 3 boyutlu rekonstrüksiyon elde edilmiştir. Maya exosome mimari yapısı ortaya ve RNA substrat işe alım yolu 10 üzerine bilgi sağlamaktadır.
Şekil 6 50 RCT rekonstrüksiyon exosome kompleks 3D modeller.
Şekil 7 arıtma sonra exosome kompleks 3D rekonstrüksiyon.
Ek:
Ek A. IMAGIC-5 2D uyum ve sınıflandırma için komut dosyası.
Dosya: auto_align_i.sh
Dosya için buraya tıklayın
Ek B. SPIDER 3D rekonstrüksiyon için açısal dosyasını oluşturmak için komut dosyası.
Dosya: generate_angular_file.spi
Dosya için buraya tıklayın
Bu yazıda, numune hazırlama, ayrıntılı protokol ve negatif boyama elektron mikroskobu kullanarak exosome kompleks üç boyutlu rekonstrüksiyon sunuyoruz. Bu yöntemi kullanarak, yapının herhangi bir ön bilgi olmadan rastgele konik eğim yöntemi kullanarak 3 boyutlu rekonstrüksiyon aldı. Rastgele konik eğim yöntemi mutlaka homojen bir örnek gerektirmez, ancak aşağıdaki projeksiyon eşleşen arıtma adım yüksek çözünürlük elde etmek için homojen bir numune gerekir.
Ol...
Yazarlar tam protokolleri kurmak için onların yardımına Yale Üniversitesi'nde ilk protokolleri ve Wang laboratuar kurmak yardımcı UC-Berkeley Nogales laboratuar üyelerine teşekkür etmek istiyorum. Ayrıca, verdikleri destek için Yale Tıp Okulu'nda cryo-EM tesis ve Yüksek Başarımlı Hesaplama Merkezi değnek kabul etmiş oluyorsunuz. HW Smith Aile Awardee.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Polyvinyl Formal Resin | Electron Microscopy Sciences | 63450-15-7 | |
Uranyl Formate | Electron Microscopy Sciences | 22451 | |
Superfrost Microscope Slides | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 4951F-001 | |
400 mesh grid regular | SPI Supplies | 3040C | |
Carbon coater Auto 306 | Edwards Lifesciences | ||
Tecnai-12 Electron Microscope | FEI | ||
Glow Discharger | BAL-TEC | Sputter Coater SCD 005 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır