Yüksek Çözünürlüklü Yapı Belirleme için Tek Katmanlı Grafenin Kriyo-Elektron Mikroskobu Izgaralarına Uygulanması

Özet

Destek katmanlarının kriyojenik elektron mikroskobu (cryoEM) ızgaralarına uygulanması, parçacık yoğunluğunu artırabilir, hava-su arayüzü ile etkileşimleri sınırlayabilir, ışın kaynaklı hareketi azaltabilir ve parçacık yönelimlerinin dağılımını iyileştirebilir. Bu belge, gelişmiş kriyo numunesi hazırlama için cryoEM ızgaralarını tek katmanlı bir grafen ile kaplamak için sağlam bir protokolü açıklamaktadır.

Özet

Kriyojenik elektron mikroskobunda (cryoEM), saflaştırılmış makromoleküller delikli bir karbon folyo taşıyan bir ızgaraya uygulanır; Moleküller daha sonra fazla sıvıyı uzaklaştırmak için lekelenir ve kabaca 1 μm genişliğinde folyo delikleri boyunca asılı duran kabaca 20-100 nm kalınlığında bir camsı buz tabakasında hızla dondurulur. Elde edilen numune, kriyojenik transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak görüntülenir ve uygun yazılım kullanılarak görüntü işlendikten sonra, atomik çözünürlüğe yakın yapılar belirlenebilir. cryoEM'nin yaygın olarak benimsenmesine rağmen, numune hazırlama, cryoEM iş akışlarında ciddi bir darboğaz olmaya devam ediyor ve kullanıcılar genellikle asılı camsı buzda kötü davranan numunelerle ilgili zorluklarla karşılaşıyor. Son zamanlarda, cryoEM ızgaralarını, görüntülenen alandaki parçacık yoğunluğunu sıklıkla artıran ve parçacıklar ile hava-su arayüzü arasındaki etkileşimleri azaltabilen bir destek yüzeyi görevi gören tek bir sürekli grafen tabakası ile değiştirmek için yöntemler geliştirilmiştir. Burada, grafenin cryoEM ızgaralarına uygulanması ve ortaya çıkan ızgaraların bağıl hidrofilikliğinin hızlı bir şekilde değerlendirilmesi için ayrıntılı protokoller sunuyoruz. Ek olarak, karakteristik kırınım modelini görselleştirerek grafenin varlığını doğrulamak için EM tabanlı bir yöntem açıklıyoruz. Son olarak, nispeten düşük bir konsantrasyonda saf bir numune kullanarak bir Cas9 kompleksinin 2.7 şçözünürlüklü yoğunluk haritasını hızlı bir şekilde yeniden yapılandırarak bu grafen desteklerinin faydasını gösteriyoruz.

Giriş

Tek parçacıklı kriyojenik elektron mikroskobu (cryoEM), biyolojik makromolekülleri görselleştirmek için yaygın olarak kullanılan bir yönteme dönüşmüştür¹. Doğrudan elektron algılama ^2,3,4, veri toplama⁵ ve görüntü işleme algoritmaları^{6,7,8,9,10'daki} gelişmelerle beslenen cryoEM, artık hızla artan sayıda makromolekülün atomik çözünürlüğe yakın 3D yapılarını üretebilmek....

Protokol

1. CVD grafenin hazırlanması

1. Grafen aşındırma çözeltisini aşağıda açıklandığı gibi hazırlayın.
   1. 4.6 g amonyum persülfatı (APS) 20 mL moleküler dereceli su içinde 1 M'lik bir çözelti için 50 mL'lik bir beherde çözün ve alüminyum folyo ile kaplayın. Adım 1.2'ye geçerken APS'nin tamamen çözülmesine izin verin.
2. Metil metakrilat (MMA) kaplama için CVD grafenin bir bölümünü hazırlayın. CVD grafenin kare bir bölümünü dikkatlice kesin. Kareyi temiz bir Petri kabı içinde bir lamel (50 mm x 24 mm) içine aktarın ve sıkma kaplayıcıya taşıma sırasında örtün.
   NOT: 18 mm x 18 mm'lik bir kare, 25-36 grafen kaplı ızgara vermeli....

Tartışmalar

CryoEM numune hazırlama, çoğu iş akışının, araştırmacıların kırılgan ızgaralara zarar vermemek için son derece dikkatli bir şekilde manuel olarak manipüle etmelerini gerektiren bir dizi teknik zorluk içerir. Ek olarak, herhangi bir numunenin vitrifikasyona uygunluğu tahmin edilemez; Parçacıklar genellikle hava-su-arayüzü veya ızgaraları kaplayan katı destek folyosu ile etkileşime girer, bu da parçacıkların tercih edilen yönelimleri benimsemesine veya çok yüksek protein konsantrasyonları.......

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
250 mL beaker (3x)	Fisher	02-555-25B
50 mL beaker (2x)	Corning	1000-50
Acetone	Fisher	A949-4
Aluminum foil	Fisher	15-078-292
Ammonium persulfate	Fisher	(I17874
Coverslips 50 mm x 24 mm	Mattek	PCS-1.5-5024
CVD graphene	Graphene Supermarket	CVD-Cu-2x2
easiGlow discharger	Ted-Pella	91000S
Ethanol	Millipore-Sigma	1.11727
Flat-tip tweezers	Fisher	50-239-60
Glass cutter	Grainger	21UE26
Glass petri plate and cover	VWR	75845-544
Glass serological pipette	Fisher	13-676-34D
Grid Storage Case	EMS	71146-02
Hot plate	Fisher	07-770-108
Isopropanol	Sigma	W292907
Kimwipe	Fisher	06-666
Lab scissors	Fisher	13-806-2
Methyl-Methacrylate EL-6	Kayaku	MMA M310006 0500L1GL
Molecular grade water	Corning	46-000-CM
Negative action tweezers (2x)	Fisher	50-242-78
P20 pipette	Rainin	17014392
P200 pipette	Rainin	17008652
Parafilm	Fisher	13-374-12
Pipette tips	Rainin	30389291
Quantifoil grids with holey carbon	EMS	Q2100CR1
Spin coater	SetCas	KW-4A	with chuck SCA-19-23
Straightedge	ULINE	H-6560
Thermometer	Grainger	3LRD1
UV/Ozone cleaner	BioForce	SKU: PC440
Vacuum desiccator	Thomas Scientific	1159X11
Whatman paper	VWR	28297-216