Name: flexural rigidity measurements of biopolymers using gliding assays
Uploaded: 2012-11-09T13:00:00
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우리는 지원이 프로토콜을 시연을 위해 그림 1과 안나 Ratliff를 준비 멜리사 Klocke 감사드립니다. 이 작품은 과학 발전을위한 연구 법인에 의해 지원되었다.

1. 미세 소관 글라이딩 검정 주식 솔루션 앞서 글라이딩 분석의 준비. <ol><li> 띄엄 띄엄 밝은 유기 형광 22 분류 0.5 MG의 미소를 중합. 대상 레이블 농도가 1 마이크로 미터 미세 소관의 당 형광, 또는 1500 tubulin의 dimers 당 약 1 형광의 라벨 밀도입니다. 객실 온도, 빛의 저장소가 최대 두 주를 위해 알루미늄, 호일로 보호되고 있습니다. </li><li> 약 1 μM에서 비오틴 - kinesin ...

<ol>
	<li>Hawkins, T., Mirigian, M., Selcuk Yasar, M., Ross, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics+of+microtubules.">Mechanics of microtubules.</a> Journal of biomechanics. 43, 23-30 (2010).</li><li>Pampaloni, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+fluctuations+of+grafted+microtubules+provide+evidence+of+a+length-dependent+persistence+length.">Thermal fluctuations of grafted microtubules provide evidence of a length-dependent persistence length.</a> Proceedings of the national academy of sciences U S A. 103, 10248-10253 (2006).</li><li>Taute, K. M., Pampaloni, F., Frey, E., Florin, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microtubule+dynamics+depart+from+the+wormlike+chain+model.">Microtubule dynamics depart from the wormlike chain model.</a> Physical review letters. 100, 028102 (2008).</li><li>Van den Heuvel, M. G., de Graaff, M. P., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microtubule+curvatures+under+perpendicular+electric+forces+reveal+a+low+persistence+length.">Microtubule curvatures under perpendicular electric forces reveal a low persistence length.</a> Proceedings of the national academy of sciences U.S.A. 105, 7941-7946 (2008).</li><li>Gittes, F., Mickey, B., Nettleton, J., Howard, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexural+rigidity+of+microtubules+and+actin+filaments+measured+from+thermal+fluctuations+in+shape.">Flexural rigidity of microtubules and actin filaments measured from thermal fluctuations in shape.</a> Journal of cell biology. 120, 923-934 (1993).</li><li>Brangwynne, C. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bending+dynamics+of+fluctuating+biopolymers+probed+by+automated+high-resolution+filament+tracking.">Bending dynamics of fluctuating biopolymers probed by automated high-resolution filament tracking.</a> Biophysical journal. 93, 346-359 (2007).</li><li>Cassimeris, L., Gard, D., Tran, P. T., Erickson, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=XMAP215+is+a+long+thin+molecule+that+does+not+increase+microtubule+stiffness.">XMAP215 is a long thin molecule that does not increase microtubule stiffness.</a> Journal of cell science. 114, 3025-3033 (2001).</li><li>Valdman, D., Atzberger, P. J., Yu, D., Kuei, S., Valentine, M. 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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fluorescent+GTP+analog+as+a+specific,+high-precision+label+of+microtubules.">A fluorescent GTP analog as a specific, high-precision label of microtubules.</a> Biotechniques. 51, 43-48 (2011).</li><li>Hyman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+modified+tubulins.">Preparation of modified tubulins.</a> Methods in enzymology. 196, 478-485 (1991).</li><li>Lee, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Curve+reconstruction+from+unorganized+points.">Curve reconstruction from unorganized points.</a> Computer aded geometric design. 17, 161-177 (2000).</li><li>Yildiz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myosin+V+walks+hand-over-hand:+Single+fluorophore+imaging+with+1.5-nm+localization.">Myosin V walks hand-over-hand: Single fluorophore imaging with 1.5-nm localization.</a> Science. 300, 2061-2065 (2003).</li><li>Friedman, L. J., Chung, J., Gelles, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viewing+dynamic+assembly+of+molecular+complexes+by+multi-wavelength+single-molecule+fluorescence.">Viewing dynamic assembly of molecular complexes by multi-wavelength single-molecule fluorescence.</a> Biophysical. 91, 1023-1031 (2006).</li><li>Smith, C. S., Joseph, N., Rieger, B., Lidke, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast,+single-molecule+localization+that+achieves+theoretically+minimum+uncertainty.">Fast, single-molecule localization that achieves theoretically minimum uncertainty.</a> Nature Methods. 7, 373-375 (2010).</li><li>Nitzsche, B., Ruhnow, F., Diez, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum-dot-assisted+characterization+of+microtubule+rotations+during+cargo+transport.">Quantum-dot-assisted characterization of microtubule rotations during cargo transport.</a> Nature. 3, 552-556 (2008).</li></ol>

지속성 길이 측정은 개별 biopolymers의 기계적 성질의 좋은 특성입니다. 이 문서에서는, 우리는 미소의 지속성 길이를 측정하는 방법을 설명합니다. 으로 도입에 명시된 바와 같이,이 방법은 쉽게 간단하게 글라이딩 검정, 3.9의 최종 단계에서 시약, 온도, 또는 점도를 변화하거나 polymerizing 미소, 스텝 1.1의 다양한 조건에 미세 소관 기계적 특성을 조사에 연장됩니다 다른 조건 하에서. <p class="jove_...

세포 골격은 대부분의 진핵 세포에서 발견 biopolymers의 네트워크, 휴대 조직, 세포 내 수송과 세포 역학의 역할을합니다. 세포 골격 (주로 고를와 미소)의 biopolymers의 기계적 특성은 전체 12 세포의 기계적 특성을 결정에 중요한 역할을한다. 전체 세포 역학이 건강하고 병에 걸린 세포에게 13,14을 특성화 할 수 있으며 세포 운동성 15에 관여되어 있기 때문에, 기본 cytoskeletal 구성 요소의 기계적 성질은 지난 20 년 1 연구의 활성 영역했습니다. biopolymers의 유연성 (또는 강성)은 지속성 길이, 주위 온도에서 열 변동에 따라 약 방 사부에 의해 구부러 폴리머의 길이에 의해 특징입니다. 기술의 수는 examp에 대한 지속성 길이 16, 측정하기 위해 개발되었습니다유체 흐름, 광학 트랩, 또는 전기 분야 4,17,18, 및 솔루션 5,6에서 무료로 고분자의 변동을 측정 수동적 인 기술을 사용하여 폴리머를 절곡 참여 르중인 기술. 활성 측정 단, 전문 설정은 마이크로 미터 규모라고 힘을 구현하도록 요구하고, 자유 변동 측정은 사용 현미경의 초점 비행기의 확산 아웃으로 인해 도전 할 수 있습니다. 이 문서에서는, 우리는 미소의 지속성 길이, cytoskeletal 폴리머를 측정 할 수있는 보완, 수동, 기술에 대해 설명합니다. 기술은 폴리머는 항상 19 초점 비행기에 남아 있도록 글라이딩 assays를 포함합니다. 또한,이 폴리머 따라 특정 위치가 잘 특징 있도록 관심 폴리머에 영구적으로 부착 된 추적 한 fluorophores을 포함합니다. 방법의 만화는 Figur에 표시됩니다E 1. Kinesin는 미소의 + 끝으로 구체적으로 이동하므로 글라이딩 분석에 미소가 unidirectionally 추진되어 있습니다. 미세 소관의 선두 끝은 첨부 마지막 kinesin 넘어, 주변 솔루션의 열 군사 변동 할 수있다. 미세 소관이 앞으로 추진되면서 끝은 유리 슬라이드를 따라 더 새로운 kinesin 분자에 바인딩 할 때까지 주어진 변동에 정지 다를 수 있습니다. kinesin가 매우 강력하게 미소를 연결하기 때문에, 미세 소관은 선도적 인 엔드의 경로를 따라 제한됩니다. 따라서 미세 소관 궤도에 냉동 통계 변동 미소 (11)의 자유 단의 통계 변동과 동일합니다, 따라서 20에 따라 지속성 길이를 계산하는 데 사용할 수 있습니다 <img alt="수식 1" fo:content-width="1in" fo:src="/files/ftp_upload/50117/50117eq1highres.jpg" srC = &quot;/ files/ftp_upload/50117/50117eq1.jpg&quot;/&gt; 리터 P는 미세 소관의 지속성 길이이고, θ s이 (가) 등고선의 길이 S로 구분하여 궤도에 접선 사이의 각도이며, &lt;&gt; 존재라는 증거 윤곽 길이의로 구분하여 위치의 모든 쌍 이상의 평균. 글라이딩 분석 자체는 특별히 streptavidin - 비오틴의 연계를 통해 유리 슬라이드에 바인딩 된 코일 코일 21시 kinesin biotinylated 사용합니다. 이 첨부 파일은 모터 도메인에 바인딩하고 미소를 추진 자유롭게 보장합니다. 미세 소관의 탄도를 따라하기 위해, 미소가 띄엄 띄엄 유기 fluorophores 22,23으로 분류됩니다 - 라벨 하나 fluorophores는 단일 분자 형광 현미경을 사용하여 확인할 수있는 것을 충분히 희박한해야합니다. 싱글 fluorophores은 IDL로 작성된 이미지 분석 루틴을 사용하여 추적하고 있습니다. 각 형광의 궤도는 주어진 마이크에 바인딩rotubule은 자동으로 24 복합 미세 소관 궤도로 결합되어 있습니다. 궤도를 따라 각 지점에 θ 탄젠트 각도가 계산되며,이 접하는 각도에서 &lt;cosθ S&gt; 값이 각 등고선의 길이 s에 대한 계산됩니다. 마지막으로, 이러한 데이터는 EQ에 맞게되어 있습니다. 1 주어진 미세 소관에 대한 지속성 길이를 추출하기 위해, 또는 같은 글라이딩 분석에 많은 미소를위한. 방법은 조건의 다양한 (행 미세 소관 관련 단백질 (지도)이나 점성 솔루션의 다양한, 미세 소관에 바인딩 된 다른 안정화 대리인 또는 다른 작은 분자 포함)에서 조리 미소와 함께 일을 할 수있을만큼 강력합니다. 우리가 실험실에서, 기술은 다른 안정화 에이전트와 미소와 미소를 따라 길이의 함수로 미소의 지속성 길이를 특성화하는 데 사용되었습니다. 주요 제한은 미소는 여전히해야upport kinesin의 운동성. kinesin는 강력한 모터 효소이기 때문에이 상당히 느슨한 제한됩니다. 마이 오신 가족 효소를 고를와 kinesin과 미소를 대체함으로써, 고를의 지속성 길이가 같은 기술을 사용하여 측정 할 수 있습니다.

<table border="1"&gt;<tbody&gt;<tr&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;<td<strong&gt; 시약</strong</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 이미 다졸</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; I2399</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 칼륨 염화물</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; P9541</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 염화 마그네슘</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; M8266</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; EGTA</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; E3889</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; BSA</td&gt;<td&gt; Calbiochem</td&gt;<td&gt; 126615</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; biotinylated BSA</td&gt;<td&gt; 열 과학</td&gt;<td&gt; 29,130</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; α-카세인</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; C6780</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; streptavidin</td&gt;<td&gt; 열 과학</td&gt;<td&gt; 21,125</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; dithiothreitol</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; D0632</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; paclitaxel</td&gt;<td&gt; LC 연구소</td&gt;<td&gt; P-9600</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 포도당 산화 효소</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; G2133</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 카탈라아제</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; C100</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 포도당</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; G8270</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; ATP</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; A2383</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 2 메르 캅토 에탄올</td&gt;<td&gt; 시그마 - 알드리치</td&gt;<td&gt; M3148</td&gt;<td&gt; 독성. 작은 금액을 구매합니다.</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 24X60 mm 번호 1 1 / 2 커버 유리</td&gt;<td&gt; VWR</td&gt;<td&gt; 48393-252</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 22X22 mm 제 1 커버 유리</td&gt;<td&gt; 골드 인감</td&gt;<td&gt; 3306</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; 높은 진공 그리스</td&gt;<td&gt; 다우 코닝 -</td&gt;<td&gt; NA</td&gt;<td</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;<td</td&gt;<td<strong&gt; 장비</strong&gt;</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; TIRF 현미경</td&gt;<td&gt; 많은</td&gt;<td&gt; NA</td&gt;<td&gt;이 방법에 사용되는 TIRF 현미경은 집에서 만든이었습니다.</td&gt;</tr&gt;<tr&gt;<td&gt; IDL (소프트웨어)</td&gt;<td&gt; Exelis</td&gt;<td&gt; NA</td&gt;<td&gt;는 MATLAB, ImageJ, 또는 다른 이미지 분석 소프트웨어를 대체 할 수 없습니다.</td&gt;</tr&gt;</tbody&gt;</table

flexural rigidity measurements of biopolymers using gliding assays

미소는 cytoskeletal 세포 분열에 역할을 고분자, 세포 역학, 그리고 세포 내 수송 있습니다. 이 함수는 각각 뻣뻣하고 세포 직경의​​ 중요한 일부를 기간을 직선 충분 미소가 필요합니다. 그 결과, 미세 소관 지속성 길이, 강성의 측정은 적극적으로 지난 20 년 1 연구되었습니다. 짧은 미소 긴 미소 2-4보다 10-50 배 더 치열한 있으며, 심지어 긴 미소는 진도 5-9의 순서에 따라 다를 수 지속성 길이를 측정했습니다 그럼에도 불구하고, 오픈 질문이 남아있다. 여기, 우리는 미세 소관 지속성 길이를 측정하는 방법을 제시한다. 방법은 kinesin 기반 미세 소관 글라이딩 분석 10를 기준으로합니다. 미세 소관에 부착 된 개인 fluorophores의 단일 입자 추적, glidin과 개별 미소의 스파 스 형광 라벨을 결합하여하나 미소의 g의 탄도는 나노 미터 수준의 정밀도로 추적합니다. 궤도의 지속성 길이는 11 사용 조건에서 미세 소관의 지속성 길이와 동일합니다. 자동화 된 추적 루틴은 개별 미소에 첨부 fluorophores에서 미세 소관의 탄도를 만드는 데 사용되는,이 탄도의 지속성 길이를 IDL로 작성된 루틴을 사용하여 계산됩니다. 이 기술은 빠르게 implementable, 그리고 실험 하루에 100 미소의 지속성 길이를 측정 할 수 있습니다. 방법은 미소를 따라 길이의 함수로 지속성 길이 등의 다양한 조건 아래에서 지속성 길이를 측정하기 위해 확장 될 수 있습니다. 또한, 사용 된 분석 루틴은 잘 고를의 필라멘트의 지속성 길이를 측정하기 위해, 마이 오신 기반의 연기 글라이딩 assays로 확장 할 수 있습니다.

글라이딩 분석에서 스냅 샷은 그림 2에 표시됩니다. 좋은 미세 소관 밀도는 시야 당 1-10 미소이다; 미소가 서로 교차으로 실질적으로 더 많은 mistracking 될 것이다. 그림 2의 글라이딩 분석에서 11 미세 소관의 탄도의 플롯은 그림 3에 표시됩니다. 일반적으로 궤도는 10-30 μm 길이 한쪽 미세 소관이 서로 교차 곳을 몇 궤도는 차이가 있습니다. 이 궤도는 분석에서 ...

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Flexural Rigidity Measurements of Biopolymers Using Gliding Assays

지속성 길이 또는 biopolymers의 굽힘 강성을 측정 할 방법이 설명되어 있습니다. 방법은 실험적으로 개별 미소의 지속성 길이를 결정하는 kinesin 기반 미세 소관 글라이딩 분석을 사용하고 고를 기반 글라이딩 assays에 적용 할 수 있습니다.

글라이딩 Assays를 사용 Biopolymers의 굽힘 강성 측정

Microtubules are cytoskeletal polymers which  play a role in cell division, cell mechanics, and intracellular transport. Each of these functions requires ...

Research

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Bioengineering

Developing Custom Chinese Hamster Ovary-host Cell Protein Assays using Acoustic Membrane Microparticle Technology

어쿠스틱 막 Microparticle 기술을 사용하여 개발 사용자 지정 중국어 햄스터 난소 - 숙주 세포의 단백질 Assays

Custom assays for unique proteins are often limited to time consuming manual detection and quantitation techniques such as ELISA or Western blots due to ...

연구

생체공학

Multiplexed Single-molecule Force Proteolysis Measurements Using Magnetic Tweezers

마그네틱 족집게를 사용하여 다중 단일 분자 강제 Proteolysis 측정

The  generation and detection of mechanical forces is a ubiquitous aspect of cell physiology,  with direct relevance to cancer metastasis1, atherogenesis2 ...

Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

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Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to ...

Longitudinal Measurement of Extracellular Matrix Rigidity in 3D Tumor Models Using Particle-tracking Microrheology

입자 추적 microrheology은을 사용하여 3D 종양 모델에서 세포 외 매트릭스 강성의 경도 측정

The mechanical microenvironment has been shown to act as a crucial regulator of tumor growth behavior and signaling, which is itself remodeled and ...

Bead Aggregation Assays for the Characterization of Putative Cell Adhesion Molecules

상상 속의 세포 부착 분자의 특성에 대한 비드 집계 분석 실험

Cell-cell adhesion is fundamental to multicellular life and is mediated by a diverse array of cell surface proteins. However, the adhesive interactions ...

Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers

분자 얽힘과 생체 고분자의 Electrospinnability

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular ...

Methods for the Self-integration of Megamolecular Biopolymers on the Drying Air-LC Interface

건조 공기-LC 인터페이스에 Megamolecular 생체 고분자의 자체 통합을위한 방법

Living organisms that use water are always prone to drying in the environment. Their activities are driven by biopolymer-based micro- and ...

Power Input Measurements in Stirred Bioreactors at Laboratory Scale

실험실 규모에서 촉발된 Bioreactors에서 전력 입력된 측정

The power input in stirred bioreactors is an important scaling-up parameter and can be measured through the torque that acts on the impeller shaft during ...

A Millimeter Scale Flexural Testing System for Measuring the Mechanical Properties of Marine Sponge Spicules

Many load bearing biological structures (LBBSs)&#8212;such as feather rachises and spicules&#8212;are small (&#60;1 mm) but not microscopic. Measuring the ...