Name: pip-on-a-chip: a label-free study of protein-phosphoinositide interactions
Uploaded: 2017-07-27T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about PIP-on-a-chip: A Label-free Study of Protein-phosphoinositide Interactions at JoVE.com

DS et la CCE ont été soutenus, en partie, par la subvention AI053531 (NIAID, NIH); SS et PSC ont été soutenus par la subvention N00014-14-1-0792 (ONR).

1. Nettoyage des couvertures de verre <ol><li> Diluez la solution de nettoyage 7x (voir la table des matériaux ) 7 fois avec de l&#39;eau désionisée dans un plat en verre de borosilicate de 100 mm de profondeur avec un fond plat et chauffez-le jusqu&#39;à 95 ° C sur une plaque chauffante chaude pendant 20 minutes ou jusqu&#39;à ce que la solution trouble devienne claire . REMARQUE: la solution sera chaude, faites attention pour éviter les blessures corporelles. La solution de nettoyage 7...

Chaque variante PIP, bien que faiblement concentrée, est présente sur la surface cytosolique d&#39;organites spécifiques où elle contribue à l&#39;établissement d&#39;une composition physique unique et de la spécificité fonctionnelle de la membrane organellaire 1 . L&#39;une des utilisations les plus importantes des PIP est une plate-forme d&#39;amarrage spécifique pour la multitude de protéines nécessitant une localisation et / ou une activation sous-cellulaire spécifiques <sup class...

De nombreuses interactions et processus biochimiques se déroulent sur des surfaces à membrane bidimensionnellement fluides. Les organites membranaires dans les cellules eucaryotes sont exclusives non seulement dans les procédés biochimiques et leur protéome associé, mais également dans leur composition lipidique. Une classe exceptionnelle de phospholipides est la phosphoinositide (PIP). Bien qu&#39;ils ne représentent que 1% du lipidome cellulaire, ils jouent un rôle crucial dans la transduction du signal, l&#39;autophagie et le trafic de la membrane, entre autres 1 , 2 , 3 , 4 . La phosphorylation dynamique du groupe de tête d&#39;inositol par les PIP kinases cellulaires donne naissance à sept groupes de tête PIP mono-, bis- ou tris-phosphorylés 5 . En outre, les PIP définissent l&#39;identité subcellulaire des membranes et servent de sites d&#39;ancrage membranaire spécialisés pour les protéines / enzymes contenant un ou plusieurs phosphoinosItide-binding domains, par exemple, Pleckstrin Homology (PH), Phox Homology (PX) et epsin N-terminal Homology (ENTH) 6 , 7 . L&#39;un des domaines de liaison au PIP le mieux étudié est le domaine de phospholipase C (PLC) -δ1 PH qui interagit spécifiquement avec le phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PI (4,5) P 2 ) dans une affinité de gamme micromolaire élevée à haut nanomolaire 8 , 9 , 10 , 11 . Une variété de méthodes qualitatives et quantitatives in vitro ont été développées et utilisées pour étudier le mécanisme, la thermodynamique et la spécificité de ces interactions. Parmi les tests de liaison au PIP les plus couramment utilisés, on trouve la résonance plasmonique de surface (SPR), la calorimétrie isotherme (ITC), la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN), le test de flottation / sédimentation de liposomes et les transferts de lipides (Fat-blots / PIP-strips)12 , 13 . Bien que ceux-ci soient largement utilisés, ils ont tous de nombreux inconvénients. Par exemple, le SPR, l&#39;ITC et la RMN nécessitent de grandes quantités d&#39;échantillons, d&#39;instruments coûteux et / ou de personnel formé 12 , 13 . Certains formats de dosage tels que des lipides à base d&#39;anticorps utilisent des formes hydrosolubles de PIP et les présentent de manière non physiologique 12 , 14 , 15 , 16 . En outre, les transferts de lipides ne peuvent être quantifiés de manière fiable et ils ont souvent abouti à des observations fausses positives / négatives 12 , 17 , 18 . Pour surmonter ces défis et améliorer l&#39;ensemble d&#39;outils actuel, une nouvelle méthode sans étiquette a été établie sur la base d&#39;une bicouche lipidique supportée (SLB) dans le contexte d&#39;am<html> Icrofluidic platform, qui a été appliquée avec succès à l&#39;étude des interactions protéine-PIP ( figure 1 ) 19 . La stratégie utilisée pour détecter les interactions protéines-PIP est basée sur la détection de la modulation du pH. Cela implique un colorant sensible au pH qui a ortho -Sulforhodamine B ( o SRB) directement conjugué au groupe 20 de tête de lipide de phosphatidyléthanolamine. La sonde o SRB-POPE (figure 2A) est hautement fluorescent à faible pH et désactivé à un pH élevé avec un pKa d&#39; environ 6,7 à moins de 7,5% en moles de PI (4,5) P2 contenant SLBS (figure 5B). Le domaine de PLC-δ1 PH a été largement utilisé pour valider les méthodologies de liaison aux protéines-PIP en raison de sa spécificité élevée vis-à-vis de PI (4,5) P 2 ( Figure 5A ) 21 , 22 ,&quot;&gt; 23 , 24 , 25. Par conséquent, nous avons estimé que le domaine PLC-δ1 PH peut être utilisé pour tester sa liaison à PI (4,5) P 2 à travers le test PIP-on-a-chip. La construction de domaine PH utilisé dans cette étude a une charge positive nette (pI 8,4) et attire ainsi OH -. ions (Figure 5C) Lors de la liaison de PI (4,5) P2 contenant SLBS, le domaine PH apporte les ions OH - au surface de la membrane, ce qui module le potentiel interfacial et déplace l&#39;état de protonation de o SRB-POPE (Figure 5C) 26. en fonction de la concentration PH de domaine, la fluorescence est éteinte (Figure 6A). Enfin, les données normalisées est S&#39;adapter à une isotherme de liaison pour déterminer l&#39;affinité de l&#39;interaction PH-PI (4,5) P 2 ( Figure 6B , 6C ). &lt;/ P&gt; Dans cette étude, un protocole détaillé est fourni pour effectuer la liaison des protéines aux SLB contenant du PIP dans une plate-forme microfluidique. Ce protocole permet au lecteur d&#39;assembler le dispositif microfluidique et la préparation des vésicules à la formation de SLB et à la liaison des protéines. De plus, le mode d&#39;analyse de données pour extraire des informations affinité pour le domaine de PH PI-PLC-δ1 (4,5) P 2 interaction sont fournis.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1638">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:363px;">Coverslip</td>
			<td style="width:156px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:997px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Glass Coverslips: Rectangles</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-544B</td>
			<td>22 x 40 x 0.16 - 0.19 mm, No. 1 1/2; Borosilicate Glass</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">7X Cleaning Solution</td>
			<td>MP Biomedicals</td>
			<td>976670</td>
			<td>Detergent</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PYREX Crystallizing Dish</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3140-190</td>
			<td>Borosilicate glass dish with a flat bottom; Diameter x Height (190 x 100 mm); Distributor: VWR (89090-700)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sentry Xpress 2.0</td>
			<td>Paragon Industries</td>
			<td>SC-2</td>
			<td>Kiln</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PDMS</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td>Dow Corning&#160;</td>
			<td>4019862</td>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS); Distributor: Ellsworth Adhesives</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PYREX Desiccator</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89134-402</td>
			<td>Vacuum Rated</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Biopsy punch</td>
			<td>Harris</td>
			<td>15110-10</td>
			<td style="width:997px;">Harris Uni-Core; 1.0 mm diameter; Miltex Biopsy Punch with Plunger (Cat. No. 15110-10) can be used as an alternative</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Device</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td style="width:997px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Plasma Cleaning System</td>
			<td>PlasmaEtch</td>
			<td>PE25-JW</td>
			<td>2-stage Direct Drive Oil Vacuum Pump, O2 service (Krytox Charged)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Digital Hot Plate</td>
			<td>Benchmark</td>
			<td>H3760-H</td>
			<td>Purchased through Denville Scientific (Cat. No. 1005640)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Frosted Micro Slides</td>
			<td>VWR</td>
			<td>48312-003</td>
			<td>Frosted, Selected, and Precleaned; Made of Swiss Glass; Thickness: 1 mm; Dimensions: 75 x 25 mm; GR 144</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Mold</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">AutoCAD</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td>v.2016</td>
			<td>Drafting software for the photomask design</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Photomask</td>
			<td>CAD/Art Services</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Design with black background and clear features was printed at 20k dpi resolution on a transparent mask (5 x 7 in) by CAD/Art Services</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Silicone Wafers</td>
			<td>University Wafer</td>
			<td>1575</td>
			<td>Prime Grade, Single Side Polished; 100 mm (4 inch) Diameter; 525 um Thickness</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">SU-8 50</td>
			<td>MicroChem Corp.</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Negative Tone Photoresist; Penn State Nanofabrication Facility Property</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">SU-8 Developer</td>
			<td>MicroChem Corp.</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Penn State Nanofabrication Facility Property</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">SUV</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>850457C</td>
			<td>POPC</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">L-&#945;-phosphatidylinositol-4-phosphate</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>840045X</td>
			<td>PI4P</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">L-&#945;-phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate&#160;</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>840046X</td>
			<td>PI(4,5)P2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>850757C</td>
			<td>POPE; Required for the synthesis of oSRB-POPE</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Lissamine Rhodamine B Sulfonyl Chloride (mixed isomers)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>L-20</td>
			<td>Required for the synthesis of oSRB-POPE</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">pH Sensitive Fluorescent Lipid Probe (oSRB-POPE)</td>
			<td>In-house</td>
			<td>N/A</td>
			<td>In-house Synthesis (Huang D. et al. 2013)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Glass Scintillation Vial</td>
			<td>VWR</td>
			<td>66022-065</td>
			<td>20 mL volume capacity</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Aquasonic 250D</td>
			<td>VWR</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Ultrasonic Water Bath</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Nuclepore Track-Etched Membranes</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>110605</td>
			<td>Polycarbonate Membrane; Diameter: 25 mm; Pore Size: 0.1 um; Distributor: Sigma-Aldrich</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Chloroform</td>
			<td>VWR</td>
			<td>CX1054-6</td>
			<td>HPLC grade</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">LIPEX Extruder</td>
			<td>Transferra Nanosciences</td>
			<td>T.001</td>
			<td>LIPEX 10 mL Thermobarrel Extruder</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Viscotek 802 DLS</td>
			<td>Malvern Instruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Dynamic Light Scattering; Penn State X-Ray Crystallography Facility Property</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Data Analysis</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">GraphPad Prism</td>
			<td>GraphPad Software</td>
			<td>v.6</td>
			<td>Curve-fitting software for data analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Microscope</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Axiovert 200M Epifluorescence Microscope</td>
			<td>Carl Zeiss Microscopy</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Microscope</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">AxioCam MRm Camera</td>
			<td>Carl Zeiss Microscopy</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Camera</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">X-Cite 120</td>
			<td>Excelitas Technologies</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Light Source</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Alexa 568 Filter Set</td>
			<td>Carl Zeiss Microscopy</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Ex/Em 576/603 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">AxioVision LE64 v.4.9.1.0 Software</td>
			<td>Carl Zeiss Microscopy</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Image Processing Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Other</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tips</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10034-132</td>
			<td>200 uL pipette tips; Thin and smooth tip for applying the protein solution into the microfluidic channel</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tips</td>
			<td>VWR</td>
			<td>53509-070</td>
			<td>10 uL pipette tips; Thin and smooth tip for applying the vesicle solution into the microfluidic channel</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Orion Star A321 pH meter</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>STARA3210</td>
			<td>pH meter</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Orion micro pH probe</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>8220BNWP</td>
			<td>micro pH probe</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">N-(2-Hydroxyethyl)-Piperazine-N&#39;-(2-Ethanesulfonic Acid)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>VWRB30487</td>
			<td>HEPES, Free Acid</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sodium Chloride</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BDH8014-2.5KGR</td>
			<td>NaCl</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tubing</td>
			<td>Allied Wire &#38; Cable</td>
			<td>TFT-200-24 N</td>
			<td>Internal Diameter: 0.020-0.026 inches (0.051-0.066 cm); Wall Thickness: 0.010 inches (0.025 cm); Flexible Polytetrafluoroethylene Thin-Wall Tubing; Natural Color</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Nitrogen Gas - Industrial</td>
			<td>Praxair</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Local Provider</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Oxygen Gas - Industrial</td>
			<td>Praxair</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Local Provider</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Liquid Nitrogen</td>
			<td>Praxair</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Local Provider</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

pip-on-a-chip: a label-free study of protein-phosphoinositide interactions

De nombreuses protéines cellulaires interagissent avec les surfaces membranaires pour affecter les processus cellulaires essentiels. Ces interactions peuvent être dirigées vers un composant lipidique spécifique dans une membrane, comme dans le cas des phosphoinositides (PIP), pour assurer une localisation et / ou une activation sous-cellulaires spécifiques. Les PIP et les domaines de liaison cellulaire PIP ont été largement étudiés pour mieux comprendre leur rôle dans la physiologie cellulaire. Nous avons appliqué un test de modulation du pH sur les bicouches lipidiques supportées (SLB) comme outil pour étudier les interactions protéines-PIP. Dans ces études, la phosphatidyléthanolamine conjuguée à l&#39; ortho -Sulforhodamine B est utilisée pour détecter les interactions protéine-PIP. Lors de la liaison d&#39;une protéine à une surface de membrane contenant du PIP, le potentiel interfacial est modulé ( c.-à-d. Le changement du pH local), en déplaçant l&#39;état de protonation de la sonde. Une étude de cas de l&#39;utilisation réussie du test de modulation de pH est présentée en utilisant la phospholipase C delta1 PleckstrDans le domaine de l&#39;homologie (PLC-δ1 PH) et de l&#39;interaction phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PI (4,5) P 2 ) à titre d&#39;exemple. La constante de dissociation apparente ( K d, app ) pour cette interaction était de 0,39 ± 0,05 μM, similaire à K d, valeurs d&#39; application obtenues par d&#39;autres. Comme précédemment observé, le domaine PLC-δ1 PH est PI (4,5) P 2 spécifique, montre une liaison plus faible au phosphatidylinositol 4-phosphate et ne se lie pas aux SLB de phosphatidylcholine pure. Le dosage PIP-on-a-chip est avantageux par rapport aux essais traditionnels de liaison au PIP, y compris, mais sans s&#39;y limiter, le faible volume de l&#39;échantillon et les exigences d&#39;étiquetage du ligand / récepteur, la capacité de tester des interactions membranaires à haute et faible affinité avec les petits et les petits De grandes molécules et un rapport signal / bruit amélioré. En conséquence, l&#39;utilisation de l&#39;approche PIP-on-a-chip facilitera l&#39;élucidation des mécanismes d&#39;une large gamme d&#39;interactions membranaires. En outre, cette méthode pourrait être possibleDans l&#39;identification des agents thérapeutiques qui modulent la capacité des protéines à interagir avec les membranes.

Nous avons utilisé le test de modulation du pH pour étudier l&#39;interaction PLC-δ1 PH-PI (4,5) P 2 dans un micro-dispositif PIP-on-a-chip ( Figure 1 ). Grâce à un protocole détaillé, nous avons démontré comment préparer et assembler les composants des dispositifs microfluidiques, fabriquer de petites vésicules unilamellaires (VUS) ( Figure 2 ), former des SLB dans un dispositif ( Figu...

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PIP-on-a-chip: A Label-free Study of Protein-phosphoinositide Interactions

Nous présentons ici une bicouche lipidique supportée dans le contexte d&#39;une plate-forme microfluidique pour étudier les interactions protéines-phosphoinositides en utilisant une méthode sans étiquette basée sur la modulation du pH.

PIP-on-a-chip: une étude sans étiquette des interactions protéines-phosphoinositide

Numerous cellular proteins interact with membrane surfaces to affect essential cellular processes. These interactions can be directed towards a specific ...

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