Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Basit aktin filament mikroakışkan tahlilleri için, floresan mikroskobu ile birlikte, bireysel aktin filamentlerini gerçek zamanlı olarak doğru bir şekilde izlemeyi ve sırayla farklı protein çözeltilerine maruz bırakmayı sağlayan protokoller sunuyoruz.
Aktin filamentlerinin montajını ve sökülmesini düzenleyen karmaşık moleküler mekanizmaları deşifre etmek için, iyi kontrol edilen koşullarda yaşayan bireysel reaksiyonları izlemek büyük bir varlıktır. Bunu yapmak için, son 20 yılda, çoğunlukla toplam iç yansıma floresan (TIRF) mikroskobu kullanılarak canlı tek filament deneyleri ortaya çıkmış ve bir dizi önemli sonuç sağlamıştır. 2011 yılında, bu deneylerin olanaklarını daha da genişletmek ve tekrarlayan sorunlu eserlerden kaçınmak için, bu testlere basit mikroakışkanlar getirdik. Bu çalışma, bireysel aktin filamentlerinin pasifleştirilmiş örtü kayma yüzeyine bir ucuyla tutturulduğu, akışla hizalandığı ve farklı protein çözeltilerine art arda maruz bırakılabildiği temel protokolümüzü detaylandırmaktadır. Ayrıca belirli uygulamalar için protokolleri sunuyoruz ve akan çözeltinin viskoz sürtünmesi sayesinde kontrollü mekanik kuvvetlerin nasıl uygulanabileceğini açıklıyoruz. Bu deneylerin teknik uyarılarını vurguluyoruz ve bu tekniğe dayanan olası gelişmeleri kısaca sunuyoruz. Bu protokoller ve açıklamalar, günümüzde kullanımı kolay mikroakışkan ekipmanlarının mevcudiyeti ile birlikte, uzman olmayanların bu testi laboratuvarlarında uygulamalarına izin vermelidir.
Aktin filamentlerinin ve aktin filament ağlarının montajı ve sökülmesi, çeşitli biyokimyasal reaksiyonlarla kontrol edilir ve mekanik bağlama bağlıdır. Bu karmaşık mekanizmalar hakkında fikir edinmek için, bireysel filamentler üzerindeki bireysel reaksiyonları (yeterince büyük sayılarda) gözlemleyebilmek paha biçilmezdir. Son yıllarda, dinamik aktin filamentlerinin gerçek zamanlı olarak, çoğunlukla toplam iç yansıma floresan (TIRF) mikroskobu kullanılarak gözlemlenmesi, anahtar bir teknik olarak ortaya çıkmış ve toplu çözelti biyokimyasal tahlilleri ile elde edilemeyen sonuçların etkileyici bir listesini sağlamıştır1.
Bunu başarmak için, floresan olarak etiketlenmiş aktin filamentlerini mikroskop kapağının yüzeyine yakın tutmak ve bunları floresan olarak etiketlenebilen aktin bağlayıcı proteinlerin (ABP'ler) çözeltilerine maruz bırakmak gerekir. Bunu yapmak, iyi kontrol edilen biyokimyasal koşullarda bireysel filamentlerde meydana gelen olayları izlemek ve böylece reaksiyon hızlarını ölçmek için bir araç sağlar. Bununla birlikte, bir dizi özel sınırlama dikkate alınmalıdır. Filamentlerin yüzeye yakın yapay olarak korunması, genellikle birden fazla sabitleme noktası sayesinde veya metilselüloz gibi bir kalabalık ajan kullanarak, davranışlarını değiştirebilir (örneğin, polimerizasyon ve depolimerizasyonda duraklamalara neden olabilir2). Her bir filamentin konturunu izlemek, özellikle de zaman içinde görüş alanında yeni filamentler veya filament parçaları birikirse, zor olabilir. Reaksiyonlar, aktin monomerlerinin ve ABP'lerin konsantrasyonunun zamanla değişebileceği sonlu bir hacimde gerçekleşir ve potansiyel olarak doğru hız sabitlerinin elde edilmesini zorlaştırır. Son olarak, ABP'lerin çözeltisinin yenilenmesi veya değiştirilmesi 30 saniyeden daha kısa sürede elde etmek zordur ve genellikle numunede homojen olmayan protein içeriğine yol açacaktır.
10 yıldan biraz daha uzun bir süre önce, bireysel Deoksiribonükleik Asit (DNA) iplikçikleri3'ü incelemek için zaten yapılanlardan esinlenerek, bireysel aktin filamentlerini gözlemlemek ve manipüle etmek için mikroakışkanlara dayanan yeni bir teknik sunduk4. Klasik tek filament tekniklerinin yukarıda belirtilen sınırlamalarını aşmaya izin verir. Bu mikroakışkan tahlillerinde, aktin filamentleri, kapak kayması üzerine adsorbe edilen spektrin-aktin tohumlarından yetiştirilir. Filamentler böylece bir uçtan sadece mikroakışkan odanın dibine sabitlenir ve yapışmadan yüzeyin üzerinde dalgalanır. Filamentler, gelen çözeltilerin akışıyla aynı hizadadır, böylece kontur uzunluklarının izlenmesini kolaylaştırır ve bunları TIRF'nin kullanılabileceği kapak kaymasının üzerindeki sığ bir bölgede tutar. Farklı çözeltiler aynı anda karıştırmadan odaya akar ve filamentler bunlara sırayla ve hızlı bir şekilde maruz bırakılabilir.
Burada, laboratuvarda tek aktin-filament mikroakışkan testleri oluşturmak için bir dizi temel protokol öneriyoruz. Kapaklar ve mikroakışkan odaları önceden hazırlanabilir (yarım gün içinde) ve birkaç biyokimyasal koşulun test edilebileceği deneyin kendisi bir günden daha kısa sürede yapılır.
1. Mikroakışkan oda hazırlığı
2. Cam kapak kapağı temizliği
NOT: Burada, bir dizi sonikasyon adımına dayanan standart bir kapak kapağı temizleme prosedürü detaylandırılmıştır. Diğer cam kapak temizleme prosedürleri, benzer tatmin edici sonuçlar elde edebilecek diğer birçok yayında tanımlanmıştır 6,7,8,9.
3. PDMS oda montajı
4. [İSTEĞE BAĞLI] Doğrudan pasivasyon ve işlevselleştirme
NOT: Uygulamaya bağlı olarak, hazneler mikroakışkan kontrol cihazına bağlandıktan sonra ( Malzeme Tablosuna bakınız) veya mikroakışkan cihaza bağlanmadan önce çözeltileri doğrudan bir pipetle birlikte odaya manuel olarak enjekte ederek pasifleştirilebilir ve işlevselleştirilebilir. İkincisi, daha az reaktif tüketme ve çözeltiyi mikroakışkan cihazın polieter eter keton (PEEK) borusundan geçirerek potansiyel kontaminasyonu önleme avantajı sunar. Aşağıdaki tüm adımlarda, pipet ucu doğrudan prize yapıştırılarak çözeltiler enjekte edilir. Haznenin içinde kabarcıklar oluşmasını önlemek için, ucu PDMS haznesinin çıkışına takarken pipet ucundan küçük bir damlacık yapıştığından emin olun. Aynı şekilde, tüm hacim enjekte edilmeden önce pipet ucunu çıkarın.
5. Mikroakışkan cihazı bağlayın
NOT: Mikroakışkan odasındaki akışları kontrol etmek için dört kanala kadar basınca dayalı bir mikroakışkan sistem kullanın (Şekil 1A, bkz. Mikroakışkan borularda kabarcıkların oluşmasını ve akış stabilitesini bozmasını önlemek için, tüm çözeltilerin gazını çözün. 5 mL dH20 ve 10 mL F-tampon stoğunu bir vakum pompasına bağlı bir vakum kurutucusuna yerleştirin (nihai vakum <250 mbar) ve RT'de en az 1 saat boyunca gazdan arındırın.
Şekil 1: Bir mikroakışkan odasından çözeltilerin enjekte edilmesi . (A) Tek aktin filament deneyleri için standart mikroakışkan kurulumu. 1-3 rezervuarlarına yerleştirilen protein çözeltileri, gaz fazındaki basıncı ayarlayarak odaya itilir. Üretilen akış hızları debimetrelerle ölçülür. Mikroakışkan odaların içinde, çözeltiler uygulanan bağıl basınçlara bağlı olarak karışmaz ve yer kaplamaz (burada, tüm girişlerde eşit basınç). Tipik boyutlar: rezervuar tüpleri 2 mL'ye kadar çözelti içerir. PEEK borusu (0,25 mm iç çap) rezervuarları debimetrelere (10 cm borudan sonra) ve ardından PDMS odasına (70 cm sonra) bağlar. PEEK borusunu PDMS girişlerine bağlamak için silikon boru ve paslanmaz çelik boru bağlayıcılar kullanılır. Ana mikroakışkan kanal 20-60 μm yüksekliğinde, yaklaşık 1 mm genişliğinde ve 1 cm uzunluğundadır. (B,C) Mikroakışkan haznenin içindeki akış profilleri. (B) Sıvı, oda yüksekliği boyunca parabolik bir profil oluşturur: v(z) = 6z(h-z)R/h3w, burada h ve w oda yüksekliği ve genişliğidir ve R toplam akış hızıdır. Alt: Yüzeye implante spektrin-aktin tohumlarından polimerize edilmiş tek aktin filament. (C) Hazne genişliği yüksekliğinden önemli ölçüde daha büyük olduğunda, akış, sıfıra indiği PDMS yüzeyleri hariç, oda boyunca neredeyse homojendir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
6. Kurulumu standart akış hızlarıyla yapılandırma
NOT: Bilgisayar kontrollü basınç sistemi, PDMS odasına bağlı tüm girişlerin/çıkışların basınçlarının kolay ve hassas bir şekilde ayarlanmasını sağlar, böylece gelen ve çıkan akış hızlarının kontrolünü sağlar. Önceden ayarlanmış yapılandırmalar kaydedilebilir ve tek bir fare tıklamasıyla açılıp kapatılabilir. Aşağıda önerilen konfigürasyonlar verilmiştir (aksi belirtilmedikçe, çıkış basıncı 0 mbar olarak ayarlanmıştır). Bu önceden ayarlanmış yapılandırmalar için beklenen akış hızları için Tablo 3'e bakın. Burada belirtilen basınçlar, oda geometrisine ve sistem konfigürasyonuna bağlı olarak ayarlanmalıdır.
Şekil 2: Her rezervuara uygulanan basınç, mikroakışkan oda içindeki çözeltilerin bölünmesini/mekansal dağılımını kontrol eder. (A) Rezervuarlara uygulanan eşit basınçla, her çözelti odanın üçte birini kaplar. (B) Bir rezervuar tüpünü değiştirirken (burada rezervuar 3), etkin basınç sıfıra düşer ve geriye doğru bir akış oluşturur. (C,D) Rezervuarlardan birindeki bağıl basıncın arttırılması, cam yüzeyin tek bir çözeltiye maruz kalmasını sağlar. Odanın ortasındaki görüş alanı, Orta Akış 1 (C) ve Orta Akış 2 (D) konfigürasyonları arasında geçiş yaparak sırasıyla çözüm 1 ve 2'ye maruz bırakılabilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
7. 'x' çözümünü değiştirme
NOT: Şekil 3A-C'de gösterildiği gibi, çözeltilerin bir rezervuar tüpünden odanın ana kanalına akmasının dakikalar sürdüğünü akılda tutmak önemlidir. Bu minimum 'ölü' süre, boruda bulunan sıvı hacmi ve boru içindeki akış profili tarafından uygulanır (Şekil 3A-C).
Şekil 3: Çözeltilerin rezervuarlardan PDMS odasına gecikmeli olarak ulaşması ve biyokimyasal koşulların hızlı değişimi. (A-C) Çözeltilerin rezervuarlardan PDMS odasına gecikmeli olarak gelmesi. (A) Oda geometrisine, boru uzunluğuna ve giriş(ler)de uygulanan basınca bağlı olarak, bir çözeltinin bir başkasıyla değiştirilmesi anlık değildir. Rezervuar tüpünü floresan çözeltisi (0 dakika) içeren bir tüpe değiştirdikten sonra, çözelti boruyu (0,4 dakika) ve PDMS odasını (1-2 dakika) kademeli olarak doldurur. 150 mbar uygulanan basınç, 80 cm PEEK boru ve 1600 μm genişliğinde, 20 μm yüksekliğinde PDMS odası için gösterge zamanlaması verilmiştir. (B) PEEK borusunun içindeki parabolik akış profili, boru radyal profili boyunca ve odanın içinde etkili bir floresan gradyanı oluşturur (ayrıca bakınız Şekil 1B). (C) Çözeltilerin gecikmeli gelişi, odanın arka plan epifloresan sinyalinin zamanın bir fonksiyonu olarak ölçülmesiyle ölçülebilir. Deneysel koşullar: 0.5 μM %10 Alexa-568 etiketli G-actin, bir debimetre ve 80 cm PEEK boru ile 150 mbar enjekte edilir. (D,E) Biyokimyasal koşulların hızlı değişimi. (D) İki Orta Akış koşulunda gelen çözümlerin modeli. (E) Aktin konsantrasyonunun okunması olarak arka plan floresansında artış. Zaman t = 0, floresan artışı başlangıcı olarak ayarlanır. Çözüm 1: 0,5 μM %10 Alexa-488 etiketli G-aktin, çözelti 2: F-tamponu. (C,E) PDMS odası: 20 μm yüksekliğinde ve 1600 μm genişliğinde. Yüzeyin ~ 2 μm yukarısındaki epifloresan yoğunluğu, sinyalin tam görüş alanı üzerindeki ortalaması alınarak ölçüldü, florofor yokluğunda 0'a ve maksimum yoğunlukta 1'e normalleştirildi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
8. Temel tek filament deneyi: Adenozin difosfat (ADP)-aktin dikenli uç depolimerizasyonu
NOT: Bu bölüm, işlevselleştirilmemiş bir bölme varsayar (yalnızca bölüm 5). Oda doğrudan işlevselleştirilmişse (bölüm 4), adım 8.4'ten başlayın.
9. Diğer tek filament deneyleri
10. ADF / kofilin ile büyüleyici kaynaklı filament demeti oluşumu ve sökülmesi
NOT: Aktin filament demetleri oluşturmak için, odanın yüzeyinde yeterince yüksek bir filament tohumu yoğunluğuna sahip olduğunuzdan emin olun. Büyüleyici proteine maruz kaldığında, yanal olarak dalgalanan komşu filamentler, büyüleyici proteinler tarafından dinamik olarak çapraz bağlanacaktır. Büyüleyici, filament tarafı19'dan hızla ayrıldığından, filament demetlenmesini sürdürmek için ana akan çözeltide sürekli olarak mevcut olmalıdır.
11. Mikroakışkan cihaz temizleme prosedürü
NOT: Bir deneyden diğerine herhangi bir kontaminasyonu önlemek için, her deneyden sonra tüm tüpleri ve debimetreleri kapsamlı bir şekilde temizlemek ve tamamen kurutmak çok önemlidir.
12. Görüntü analizi
NOT: Bu makale, mikroakışkanlarda tek aktin filamentlerini birleştirme, manipüle etme ve görselleştirme yöntemine odaklanırken, edinilen filmleri analiz etmek için kısa bir yöntem burada verilmiştir. Analiz, bölüm 8'i takip eden ImageJ kullanılarak 16 bit görüntüler üzerinde gerçekleştirilir.
Yukarıda açıklanan tüm deneyler için, floresan olarak etiketlenmiş aktin filamentleri, yüzeyden düşük arka plan floresansının göstergesi olan iyi kontrastla açıkça görülebilmelidir (Şekil 4, yaygın sorunların giderilmesi için Ek Dosya 1'e bakınız). Aktin filamentleri de yüzeye yapışmamalıdır: baskın akış hızı düşük olduğunda, aktin filamentlerinin yanal dalgalanmaları, onları canlı olarak gözlemlerken algılanabilir olmalı ve birini...
Aktin filamentlerinin uzunlukları boyunca birden fazla nokta ile yüzeye tutturulduğu veya metilselüloz gibi bir kalabalık ajan tarafından yüzeye yakın tutulduğu standart tek filament yöntemleriyle karşılaştırıldığında, mikroakışkanlar bir dizi avantaj sunar. Yüzeyle etkileşimler minimum olduğundan, bu etkileşimlerin hem uzama hem de depolimerizasyon sırasında neden olabileceği yapay duraklamalardan kaçınılır. Filamentler, birbirlerine paralel olarak akış tarafından hizalanır, izlenmeler...
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
B. Ladoux ve R.-M.'ye minnettarız. UV temizleyici ekipmanlarının kullanımı için Mège laboratuvarı ve J. Heuvingh ve 0. du Roure, silikon gofretler üzerinde kalıp hazırlama ve mikroakışkanlar hakkında ipuçları sağlama konusunda aldığımız ilk eğitim için. Avrupa Araştırma Konseyi Grant StG-679116 (A.J.'ye) ve Agence Nationale de la Recherche Grants Muscactin and Conformin'den (G.R.-L.) gelen fonları kabul ediyoruz.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
β-Casein | Merck | C6905 | Used at 8 mg/mL |
Biopsy punch (with plunger) | Ted Pella | 15115-2 | ID 0.75 mm, OD 1.07 mm |
Biotin-BSA | Merck | A8549 | Used at 1 mg/mL |
BSA | Merck | A8022 | Used at 50 mg/mL |
Coverslip Mini-Rack Teflon holder | Invitrogen | C14784 | for 8 coverslips |
Coverslips 22x40mm Thickness #1.5 | Menzel Gläser | 631-1370 | |
DABCO | Merck | D27802 | component in f-buffer |
DTT | Euromedex | EU0006-D | component in f-buffer |
Ester NHS Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A20000 | Fluorophore for actin labeling on Lys328. |
EZ-Link Sulfo-NHS-Biotin | Thermo Scientific | 21338 | To biotinylate actin on Lys328 |
Hellmanex III | Hellma | 9-307-011-4-507 | Glass cleaning detergent |
ImageJ | NIH | N/A | open source software |
Laboport | KNF | 811kn.18 | vacuum pump (ultimate vacuum: 240 mbar) |
Magic invisible tape | Scotch | 7100024666 | standard transparent office tape |
Micrewtube | Simport | T341-6T | 2 mL microfluidic reservoir tubes |
Microfluidic device Part 1: Flow Unit S | Fluigent | FLU-S-D-PCKB | Flowmeter |
Microfluidic device Part 2: Fluiwell-4C-2 mL | Fluigent | 14002001PCK | Reservoir holder |
Microfluidic device Part 3: MFCS-EZ | Fluigent | EZ-11000001 EZ-00345001 | Pressure controller |
Model 42 - UVO-Cleaner | Jelight Inc. | 42-220 | Ultraviolet cleaner |
N6-(6-Aminohexyl)-ATP-ATTO-488 | Jena Bioscience | NU-805-488 | ATP-ATTO used to label actin |
neutravidin | Thermo Scientific | 31000 | |
PLL-PEG | SuSoS | PLL(20)-g[3.5]- PEG(2) | Use at 1 mg/mL in PBS. |
Polydimethylsiloxane (PDMS) Sylgard 184 Silicon Elastomer | Dow Corning | 1673921 | Contains PDMS base and curing agent |
Polyetheretherketone (PEEK) tubing | Merck | Z226661 | “Blue” : I.D. = 0.25 mm |
Safety blow gun | Coilhose Pneumatics | 700-S | filtered air |
Silicon tubing | VWR | 228-0701P | connect PEEK to coupler |
Stainless steel catheter coupler | Prime Bioscience | SC22/15 | Inserted into PDMS inlets and outlet to connect to PEEK tubing |
Thermoplastic film | Sigma Aldrich | PM996 | Standard "parafilm" |
Ultrapure ethanol | VWR | 64-17-5 | |
Ultrasonic cleaning bath | VWR | USC200TH | To accomodate 1 L beakers |
Vacuum dessicator | SP Bel-Art | F42022-0000 | to degas the PDMS or solutions |
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