Name: preparation of segmented microtubules to study motions driven by the disassembling microtubule ends
Uploaded: 2014-03-15T19:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Segmented Microtubules to Study Motions Driven by the Disassembling Microtubule Ends at JoVE.com

Les auteurs tiennent à remercier FI Ataullakhanov pour aider à concevoir et fabriquer des chambres d&#39;écoulement réutilisables, N. Dachkevitch, N. et A. Gudimchuk Korbalev pour fournir des images de figures, N. et P. Gudimchuk Zakharov pour l&#39;élaboration d&#39;un protocole et de fournir des réactifs à préparer les graines des microtubules marquées à la digoxigénine, A. Potapenko de l&#39;aide pour l&#39;édition de texte et d&#39;autres membres de Grishchuk laboratoire pour obtenir des conseils et des discussions. Ce travail a été financé en partie par des subventions du NIH GM R01-098 389 et une subvention pilote de Pennsylvanie Muscle Institut ELG, qui est un Kimmel Scholar, par RFBR accorde 12-04-00111-a, le 13-04-40190-H et 13 -04-40188-H, Académie russe des Sciences subventions Présidium (mécanismes de l&#39;intégration des systèmes moléculaires et les programmes de biologie cellulaire et moléculaire et moléculaires) à FI Ataullakhanov, NIH GM R01 GM033787 à JR McIntosh, et une bourse de recherche postdoctorale de la Fondation Dmitry dynastie Zimin à VAV

Équipement requis: Les expériences décrites ci-dessous requièrent un microscope optique équipé pour DIC et l&#39;imagerie de fluorescence (tableau 1). Champ lumineux éclairage LED peut être utilisé pour améliorer de façon significative la détection des graines des microtubules lamelle-joint 37, qui sont difficiles à observer avec une lampe halogène régulière. Pour contrôler l&#39;écoulement du liquide dans les chambres de microscopie, les solutions doivent ?...

De nombreux essais de molécules simples de nos jours utilisent couramment des lamelles spécialement traitées pour réduire considérablement non spécifique de protéines de collage. La procédure que nous décrivons ici est une modification du protocole original développé en laboratoire Howard 32, et nous constatons que silaniser les lamelles vaut bien l&#39;effort même avec les dosages de perles à base de DIC, qui n&#39;utilisent pas de fluorescence. Chambers assemblés avec ces lamelles présentent ...

Les microtubules sont des structures hautement conservées du cytosquelette qui sont importants pour l&#39;architecture cellulaire, la motilité cellulaire, la division cellulaire, le transport intracellulaire et 1. Ces polymères dynamiques assembler à partir de tubuline en présence de GTP, et ils commutent spontanément entre la croissance et le raccourcissement 2. Les microtubules sont très mince (seulement 25 nm de diamètre) donc des techniques optiques spéciales pour renforcer le contraste doit être utilisé pour observer les microtubules avec un microscope optique. Les travaux antérieurs de ces polymères a examiné leur comportement dynamique utilisant contraste interférentiel différentiel (DIC) 3. Et d&#39;autres semblables études in vitro ont montré que dans des conditions expérimentales typiques, les microtubules subissent catastrophe et passer à la dépolymérisation que rarement, une fois tous les 5-15 min (cette fréquence est de 7-15 mM concentration de tubuline soluble examiné à 28-32 ° C ) 4. Différentes techniques ont ainsi été proposés à inductione dépolymérisation des microtubules d&#39;une manière contrôlée. Raccourcissement des microtubules peut être déclenché par élimination par lavage de la tubuline soluble 5,6, coupant microtubules avec un faisceau laser à 7, ou en utilisant des microtubules segmentées 8, comme décrit ici. Des travaux antérieurs utilisant microtubules segmentés, ainsi que les polymères de commutation stochastique, a trouvé que les petites cargaisons intracellulaires, comme les chromosomes, vésicules, et perles de revêtus de protéine, peuvent se déplacer à l&#39;extrémité des microtubules de raccourcissement 9-13. Ce phénomène est supposé avoir une incidence directe sur les mouvements des chromosomes dans les cellules en mitose, et les mécanismes sous-jacents sont actuellement sous enquête 14-16. Récemment, des techniques fluorescentes base, y compris la fluorescence totale interne de réflexion (FRBR) microscopie, ont été utilisées pour étudier la motilité de microtubules dynamique extrémités 17-24. L&#39;avantage de cette approche est qu&#39;elle permet l&#39;examen de l&#39;interactions entre les microtubules et les protéines des microtubules contraignant en temps réel à l&#39;aide de protéines marquées avec des fluorophores différents. Plusieurs complexes de protéines ont été trouvés pour déplacer processively avec allongement et / ou raccourcissement des extrémités des microtubules. Ils comprennent les protéines associées aux microtubules Dam1 10,12,18, SKA1 19, et XMAP215 20, ainsi que les moteurs de kinésine Kif18A 21,22, MCAK 23 et CENP-E 24. Ces protéines présentent pointe de suivi processive, qui est fondamentalement différente de celle des protéines de pointe de suivi classiques comme EB1 25. Bien que les molécules EB1 et les partenaires associés semblent rester stable associée à des microtubules dynamique se termine, les molécules individuelles restent liés à la pointe des microtubules pour seulement ~ 0,8 sec, échanger rapidement avec la piscine soluble 26. En revanche, la pointe des trackers processives, comme Dam1, voyagent avec des microtubules se termine pour beaucoup de microns, et leur association avec des conseils de microtubules peuvent durer mdes secondes. La pointe de temps de l&#39;association, ainsi que le taux de suivi résultant, dépend fortement du nombre de molécules qui forment la pointe de suivi complexe 27. Plus grands ensembles de protéines sont généralement beaucoup mieux la pointe des trackers. Par exemple, ces ensembles complexes que les kinétochores de levure isolées peuvent rester couplé à des microtubules extrémités pour heures 28. Certaines protéines de microtubules liaison, par exemple Ndc80 complexe protéique kinétochore, ont été trouvés dans l&#39;impossibilité de suivre avec microtubules se termine à un niveau de la molécule unique, encore Ndc80 est très efficace dans le couplage de la motion de perle cargaison 19,29-31. Ainsi, afin de comprendre le mécanisme de la pointe de poursuite par différents complexes protéiques, ainsi que leurs rôles biologiques, il est important d&#39;examiner la pointe de suivi en fonction du nombre de molécules dans le complexe de la pointe de poursuite, ainsi que pour déterminer la capacité de ces complexes à exposer la motilité collective sur la surface de chargement des billes. (figure 1A). Tout d&#39;abord, les lames de verre sont disponibles dans le commerce modifiés pour attacher court tube en polyéthylène (protocole 1). La chambre d&#39;écoulement de microscopie réutilisable est ensuite assemblée à partir d&#39;un tel coulisseau et le plasma nettoyé et traité au silane lamelle (protocole 2) 32 à 34 chimiquement ou. Le volume de la chambre résultant est seulement 20-25 pi (ou aussi petite que 15 pi, voir la note 3 dans le Protocole 1), y compris le volume de la tubulure d&#39;admission. Disponibles dans le commerce chambres d&#39;écoulement peuvent également être utilisés, mais leur volume est généralement plus grande, ce qui conduit à la perte inutile de protéines. Si une chambre plus grande est utilisé, le volume de toutes les solutions dans les protocoles ci-dessous doit être réduite proportionnellement. graines de microtubules sont ensuite préparées, par exemple en utilisant lentement hydrolysable du GTP analogique, GMPCPP (guanosine-5&#39;-[(α, β)-methyleno] triphosphate) (protocole 3, voir aussi Hyman &lt;em&gt; et al. 35). Les graines sont immobilisés sur une lamelle couvre-objet et la surface nettoyée est ensuite bloquée pour empêcher l&#39;absorption non spécifique d&#39;autres protéines 32 (protocole 4 décrit l&#39;immobilisation de graines à l&#39;aide de la digoxigénine). Les microtubules segmentés peuvent être préparés en utilisant le protocole 5. La raison principale de cette approche est que les polymères de microtubules dynamiques, qui se forment dans la présence de GTP, peuvent être temporairement stabilisée par l&#39;ajout des «caps» de courtes segments de tubuline stables, qui contiennent GMPCPP. Ces capsules contiennent également de la tubuline marqué à la rhodamine, de sorte qu&#39;ils peuvent être éliminés simplement en illuminant le champ de vision avec un laser de 530 à 550 nm ou une lampe à arc au mercure (Protocole 6) 36. L&#39;intensité de fluorescence du signal de suivi de pointe peut alors être utilisée pour estimer le nombre de molécules qui se déplacent avec les extrémités de désassemblage des microtubules, en tenant compte de l&#39;irrégularité de l&#39;éclairement de champ de microscope (Protocole 7). Une approche similaire peut être utiliséepour étudier les interactions entre les microtubules de dépolymérisation et de perles de protéine revêtu, préparé comme décrit dans 27 (protocole n ° 8). Certaines protéines se lient facilement aux parois des microtubules segmentées, mais pinces laser peuvent également être utilisés pour la tenue du bourrelet à proximité de la paroi des microtubules, ce qui favorise sa fixation.

<table>
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
<td></td>
<td></td>
<td>Table 1: Microscopy and other equipment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Zeiss 
			Nikon</td>
			<td>Axio Imager 2 
			Eclipse Ti</td>
			<td>other microscope models capable of DIC and epi-fluorescence-imaging can be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective</td>
			<td>Zeiss 
			Nikon</td>
			<td>420490-9900-000 
			CFI Apo 100x Oil 1.49</td>
			<td>100X, DIC, 1.3-1.49 NA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective heater</td>
			<td>Bioptechs</td>
			<td>150803, 150819-19</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescent filter cube</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>49004 or 49008 
			41017 or 49020</td>
			<td>optimized for Rhodamine fluorescence&#160; 
			optimized for GFP fluorescence</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acquisition software</td>
			<td>freeware MicroManager 
			Molecular Devices</td>
			<td>not applicable 
			MetaMorph 7.5</td>
			<td>http://valelab.ucsf.edu/~MM/MMwiki/ 
			other software can be used to acquire images and for a particle tracking</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMCCD camera</td>
			<td>Andor</td>
			<td>iXon3, DU-897E-cs0-#BV</td>
			<td>Highly sensitive EMCCD camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trapping laser</td>
			<td>IPG Photonics</td>
			<td>YLR-10-1064-LP</td>
			<td>1064 nm laser, 10 W</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescence excitation lasers</td>
			<td>Coherent, Inc. 
			Coherent, Inc.</td>
			<td>Sapphire 488 LP 
			Sapphire 552 LP</td>
			<td>excitation of green fluorophores 
			excitation of red fluorophores</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma Cleaner</td>
			<td>Harrick Plasma</td>
			<td>PDC-001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Commercial flow chambers</td>
			<td>Warner Instruments</td>
			<td>RC-20 or RC-30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perfusion pump</td>
			<td>Cole Palmer 
			Harvard Apparatus</td>
			<td>Masterflex 77120-52 
			Pico Plus</td>
			<td>Both pumps provide the required rate of liquid flow but a peristaltic pump may pulse at very slow speed. The flow with a syringe pump is more consistent for a wide range of rates but this pump has inertia.&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
<table>
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
<td></td>
<td></td>
<td>Table 2: Microscopy chamber preparation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Modified microscope slides for reusable chambers</td>
			<td>Precision Glassblowing of Colorado</td>
			<td>Custom order www.precisionglassblowing.com</td>
			<td>Sonic slots in slides using schematics in Figure 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene tubing</td>
			<td>Intramedic</td>
			<td>427410</td>
			<td>I.D. 0.58 mm, O.D. 0.965 mm; use these tubes to connect assembled chamber to the pump and waste container</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene tubing</td>
			<td>Intramedic</td>
			<td>427400</td>
			<td>I.D. 0.28 mm, O.D. 0.61 mm; use these tubes to make the reusable chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Regular microscope slides</td>
			<td>VWR</td>
			<td>48312-003</td>
			<td>Other similar slides can be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverslips</td>
			<td>VWR</td>
			<td>48393-150, 48366-067</td>
			<td>Other similar coverslips can be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon sealant</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>KIT, SILICON SEALANT 5 MIN CURE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy glue</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>83082</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate adhesive</td>
			<td>Scotch 3M</td>
			<td>AD114</td>
			<td>Or cyanoacrylate adhesive from other manufacturers</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
<table>
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
<td></td>
<td></td>
<td>Table 3: Coverslips cleaning and coating.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Molecular Sieves, Grade 564</td>
			<td>Macron</td>
			<td>4490-04</td>
			<td width="200px"></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverglass Staining Jar</td>
			<td>Ted Pella, Inc.</td>
			<td>21036</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverslip Ceramic Holder</td>
			<td>Thomas Scientific</td>
			<td>8542e40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PlusOne Repel Silane</td>
			<td>GE Healthcare Biosciences</td>
			<td>17-1332-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pluronic F-127</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P2443</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-digoxigenin AB</td>
			<td>Roche applied science</td>
			<td>11093274910</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
<table>
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
<td></td>
<td></td>
<td>Table 4: Preparation of seeds and segmented microtubules.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tubulin</td>
			<td>purified from cow brains 
			Cytoskeleton, Inc</td>
			<td>&#160; 
			T238P</td>
			<td>For purification protocols see 49&#8211;51 
			Unlabeled porcine tubulin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Labeled tubulin</td>
			<td>Cytoskeleton, Inc 
			Invitrogen 
			Invitrogen</td>
			<td>TL590M 
			C1171 (Rhodamine) 
			A-2952 (Digoxigenin)</td>
			<td>Rhodamine-labeled porcine tubulin 
			Tubulin can be labeled with any amine-reactive dye as in reference52.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GMPCPP</td>
			<td>Jena Biosciences</td>
			<td>NU-405</td>
			<td>Aliquot and store at -70 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VALAP</td>
			<td>vaseline, lanolin, and paraffin at 1:1:2 by mass</td>
			<td></td>
			<td>see ref. 9</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of segmented microtubules to study motions driven by the disassembling microtubule ends

Dépolymérisation des microtubules peut fournir une force pour le transport de différents complexes de protéines et de perles revêtus de protéine in vitro. Les mécanismes sous-jacents sont supposés jouer un rôle essentiel dans les mouvements des chromosomes microtubules dépend cours de la division cellulaire, mais les protéines concernées et leurs rôles exacts sont mal définis. Ainsi, il ya un besoin croissant de développer des tests qui permettent d&#39;examiner cette motilité in vitro en utilisant des composants purifiés et milieu biochimique défini. Les microtubules, cependant, sont par nature instables des polymères; leur commutation entre la croissance et le raccourcissement est stochastique et difficile à contrôler. Les protocoles que nous décrivons ici profiter des microtubules segmentées qui sont faites avec le photoablatable stabilisation bouchons. La dépolymérisation des microtubules tels segmentées peut être déclenchée avec une résolution spatiale et temporelle élevée, aidant de ce fait les études de motilité au niveau des extrémités de désassemblage des microtubules. Cette technique peut être utilisée pour carry à une analyse quantitative du nombre de molécules dans les complexes de protéines marquées par fluorescence, qui se déplacent avec processively dynamique des microtubules se termine. Afin d&#39;optimiser un rapport signal sur bruit dans cet et d&#39;autres dosages quantitatifs fluorescentes, des lamelles doivent être traités pour réduire l&#39;absorption non spécifique de protéines solubles marqués par fluorescence. Des protocoles détaillés sont prévus pour prendre en compte les irrégularités de l&#39;illumination fluorescente, et déterminer l&#39;intensité d&#39;un fluorophore unique en utilisant l&#39;ajustement gaussien équidistants. Enfin, nous décrivons l&#39;utilisation des microtubules segmentés pour étudier les mouvements des microtubules dépendant des microbilles de revêtus de protéine, apportant des éclairages sur la capacité des différentes protéines motrices et non motrices à deux dépolymérisation des microtubules au mouvement de la cargaison processive.

Suivi de la dépolymérisation des microtubules protéines se termine. Levure kinetochore composant Dam1 est de loin le meilleur conseil-tracker de la dépolymérisation des microtubules se termine 14. Ce complexe de 10 sous-unité marquée par la GFP peut être facilement exprimée et purifiée à partir de cellules bactériennes 18,38, nous vous recommandons donc l&#39;utiliser comme un contrôle positif pour le dosage de la pointe de suivi. Une protéine fluorescente qui permet ...

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Segmented Microtubules to Study Motions Driven by the Disassembling Microtubule Ends at JoVE.com

Preparation of Segmented Microtubules to Study Motions Driven by the Disassembling Microtubule Ends

Les microtubules sont des polymères intrinsèquement instables, et leur commutation entre la croissance et de raccourcissement est stochastique et difficile à contrôler. Nous décrivons ici les protocoles à l&#39;aide de microtubules segmentés avec des bouchons de stabilisation photoablatable. Dépolymérisation des microtubules segmentées peut être déclenchée avec une résolution temporelle et spatiale, aidant ainsi l&#39;analyse de mouvements avec les extrémités des microtubules démontage.

Préparation des microtubules sectoriels pour étudier les motions Poussé par le démontage microtubules Ends

Microtubule depolymerization can provide force to transport different protein complexes and protein-coated beads in vitro. The underlying mechanisms are ...

Research

JoVE Journal

Biology

Testing Visual Sensitivity to the Speed and Direction of Motion in Lizards

Test sensibilité visuelle à la vitesse et la direction du mouvement chez les lézards

Testing visual sensitivity in any species provides basic information regarding behaviour, evolution, and ecology. However, testing specific features of ...

Recherche

Biologie

Computer-Generated Animal Model Stimuli

Computer-Generated Stimuli modèle animal

Communication between animals is diverse and complex. Animals may communicate using auditory, seismic, chemosensory, electrical, or visual signals. In ...

Isolation and Purification of Drosophila Peripheral Neurons by Magnetic Bead Sorting

Isolation and Purification of Drosophila Peripheral Neurons by Magnetic Bead Sorting

Isolement et purification de Drosophile Neurones périphériques en triant bille magnétique

The Drosophila peripheral nervous system (PNS) is a powerful model for investigating the complex processes of neuronal development and dendrite ...

Production of Xenopus tropicalis Egg Extracts to Identify Microtubule-associated RNAs

Production of Xenopus tropicalis Egg Extracts to Identify Microtubule-associated RNAs

Production d&#39;<em&gt; Xenopus tropicalis</em&gt; Œuf Extraits pour identifier les ARN associée aux microtubules

Many  organisms localize mRNAs to specific subcellular destinations to spatially and  temporally control gene expression. Recent studies have demonstrated ...

Preparation of the Mgm101 Recombination Protein by MBP-based Tagging Strategy

Préparation de la recombinaison de protéines Mgm101 par la stratégie de marquage MBP basée

The MGM101 gene was identified 20 years ago for its role in the maintenance of mitochondrial DNA. Studies from several groups have suggested that the ...

Using Caco-2 Cells to Study Lipid Transport by the Intestine

Utilisation de cellules Caco-2 à étudier Lipid Transport par l&#39;intestin

Studies of dietary fat absorption are generally conducted by using an animal model equipped with a lymph cannula. Although this animal model is widely ...

High-resolution Time-lapse Imaging and Automated Analysis of Microtubule Dynamics in Living Human Umbilical Vein Endothelial Cells

Haute résolution Time-lapse d&#39;imagerie et d&#39;analyse automatisée des microtubules Dynamics Living ombilicale humaine Cellules endothéliales de veine

The physiological process by which new vasculature forms from existing vasculature requires specific signaling events that trigger morphological changes ...

Measurement of Microtubule Dynamics by Spinning Disk Microscopy in Monopolar Mitotic Spindles

Mesure de la dynamique des microtubules par la microscopie du disque filature dans des spindles mitotiques monopolaires

We describe a modification of an established method to determine microtubule dynamics in living cells. The protocol is based on the expression of a ...

Investigating Flagella-Driven Motility in Escherichia coli by Applying Three Established Techniques in a Series

Investigating Flagella-Driven Motility in Escherichia coli by Applying Three Established Techniques in a Series

Étudier la motilité induite par flagelle chez Escherichia coli en appliquant trois techniques établies dans une série

Motility is crucial to the survival and success of many bacterial species. Many methodologies exist to exploit motility to understand signaling pathways, ...

A Step-by-Step Guide to Mosquito Electroantennography

Un guide étape par étape de l’électroanténnographie des moustiques

Female mosquitoes are the deadliest animals on earth, claiming the lives of more than 1 million people every year due to pathogens they transmit when ...