Name: simultaneous visualization of the dynamics of crosslinked and single microtubules in vitro by tirf microscopy
Uploaded: 2022-02-18T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Visualization of the Dynamics of Crosslinked and Single Microtubules In Vitro by TIRF Microscopy at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door een subsidie van de NIH (nr. 1DP2GM126894-01), en door fondsen van de Pew Charitable Trusts en de Smith Family Foundation aan R.S. De auteurs bedanken Dr. Shuo Jiang voor zijn bijdrage aan de ontwikkeling en optimalisatie van de protocollen.

1. Bereid reagentia voor
<ol><li>Bereid buffers en reagentia voor zoals beschreven in tabel 1 en tabel 2. Houd tijdens het experiment alle oplossingen op ijs, tenzij anders vermeld.</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Oplossing</td>
			<td colspan="2">Onderdelen</td>
			<td>Aanbevolen opslagduur</td>
			<td colspan="2">Notities</st...

<ol>
	<li>Subramanian, R., Kapoor, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Building+complexity:+insights+into+self-organized+assembly+of+microtubule-based+architectures.">Building complexity: insights into self-organized assembly of microtubule-based architectures.</a> Developmental Cell. 23 (5), 874-885 (2012).</li><li>Baas, P. W., Rao, A. N., Matamoros, A. J., Leo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+properties+of+neuronal+microtubules.">Stability properties of neuronal microtubules.</a> Cytoskeleton (Hoboken). 73 (9), 442-460 (2016).</li><li>Bitan, A., Rosenbaum, I., Abdu, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+and+dynamic+microtubules+coordinately+determine+and+maintain+Drosophila+bristle+shape.">Stable and dynamic microtubules coordinately determine and maintain Drosophila bristle shape.</a> Development. 139 (11), 1987-1996 (2012).</li><li>Foe, V. E., von Dassow, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+and+dynamic+microtubules+coordinately+shape+the+myosin+activation+zone+during+cytokinetic+furrow+formation.">Stable and dynamic microtubules coordinately shape the myosin activation zone during cytokinetic furrow formation.</a> The Journal of Cell Biology. 183 (3), 457-470 (2008).</li><li>Pous, C., 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=Functional+specialization+of+stable+and+dynamic+microtubules+in+protein+traffic+in+WIF-B+cells.">Functional specialization of stable and dynamic microtubules in protein traffic in WIF-B cells.</a> The Journal of Cell Biology. 142 (1), 153-165 (1998).</li><li>Uehara, R., Goshima, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+central+spindle+assembly+requires+de+novo+microtubule+generation+in+the+interchromosomal+region+during+anaphase.">Functional central spindle assembly requires de novo microtubule generation in the interchromosomal region during anaphase.</a> The Journal of Cell Biology. 191 (2), 259-267 (2010).</li><li>Mitchison, T., Kirschner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+instability+of+microtubule+growth.">Dynamic instability of microtubule growth.</a> Nature. 312 (5991), 237-242 (1984).</li><li>Bieling, 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=Reconstitution+of+a+microtubule+plus-end+tracking+system+in+vitro.">Reconstitution of a microtubule plus-end tracking system in vitro.</a> Nature. 450 (7172), 1100-1105 (2007).</li><li>Bieling, P., Telley, I. A., Surrey, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+minimal+midzone+protein+module+controls+formation+and+length+of+antiparallel+microtubule+overlaps.">A minimal midzone protein module controls formation and length of antiparallel microtubule overlaps.</a> Cell. 142 (3), 420-432 (2010).</li><li>Shimamoto, Y., Forth, S., Kapoor, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+pushing+and+braking+forces+generated+by+ensembles+of+Kinesin-5+crosslinking+two+microtubules.">Measuring pushing and braking forces generated by ensembles of Kinesin-5 crosslinking two microtubules.</a> Developmental Cell. 34 (6), 669-681 (2015).</li><li>Mani, N., Jiang, S., Neary, A. E., Wijeratne, S. S., Subramanian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+regulation+of+single+microtubules+and+bundles+by+a+three-protein+module.">Differential regulation of single microtubules and bundles by a three-protein module.</a> Nature Chemical Biology. 17 (9), 964-974 (2021).</li><li>Hyman, A. A., Salser, S., Drechsel, D., Unwin, N., Mitchison, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+GTP+hydrolysis+in+microtubule+dynamics:+information+from+a+slowly+hydrolyzable+analogue,+GMPCPP.">Role of GTP hydrolysis in microtubule dynamics: information from a slowly hydrolyzable analogue, GMPCPP.</a> Molecular Biology of the Cell. 3 (10), 1155-1167 (1992).</li><li>Subramanian, R., 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=Insights+into+antiparallel+microtubule+crosslinking+by+PRC1,+a+conserved+nonmotor+microtubule+binding+protein.">Insights into antiparallel microtubule crosslinking by PRC1, a conserved nonmotor microtubule binding protein.</a> Cell. 142 (3), 433-443 (2010).</li><li>Rasnik, I., McKinney, S. A., Ha, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonblinking+and+long-lasting+single-molecule+fluorescence+imaging.">Nonblinking and long-lasting single-molecule fluorescence imaging.</a> Nature Methods. 3 (11), 891-893 (2006).</li><li>Wijeratne, S., Subramanian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometry+of+antiparallel+microtubule+bundles+regulates+relative+sliding+and+stalling+by+PRC1+and+Kif4A.">Geometry of antiparallel microtubule bundles regulates relative sliding and stalling by PRC1 and Kif4A.</a> eLife. 7, 32595 (2018).</li><li>Mani, N., Wijeratne, S. S., Subramanian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micron-scale+geometrical+features+of+microtubules+as+regulators+of+microtubule+organization.">Micron-scale geometrical features of microtubules as regulators of microtubule organization.</a> eLife. 10, 63880 (2021).</li><li>Freal, A., 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=Feedback-driven+assembly+of+the+axon+initial+segment.">Feedback-driven assembly of the axon initial segment.</a> Neuron. 104 (2), 305-321 (2019).</li><li>Ledbetter, M., Porter, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+&amp;#34;microtubule&amp;#34;+in+plant+cell+fine+structure.">A &amp;#34;microtubule&amp;#34; in plant cell fine structure.</a> The Journal of Cell Biology. 19 (1), 239-250 (1963).</li><li>Wijeratne, S. S., Marchan, M. F., Tresback, J. S., Subramanian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+force+microscopy+reveals+distinct+protofilament-scale+structural+dynamics+in+depolymerizing+microtubule+arrays.">Atomic force microscopy reveals distinct protofilament-scale structural dynamics in depolymerizing microtubule arrays.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 119 (2022).</li></ol>

Het hier beschreven experiment breidt de reikwijdte en complexiteit van conventionele microtubule reconstitutietests aanzienlijk uit, die traditioneel worden uitgevoerd op enkele microtubuli of op één type array. De huidige test biedt een methode om tegelijkertijd de regulerende MAP-activiteit op twee populaties te kwantificeren en te vergelijken, namelijk enkele microtubuli en gekruiste bundels. Verder maakt deze test het mogelijk om twee soorten bundels te onderzoeken: bundels die vooraf zijn gevormd uit stabiele zad...

Microtubuli zijn biopolymeren die structurele steigers vormen die essentieel zijn voor meerdere cellulaire processen, variërend van intracellulair transport en organelpositionering tot celdeling en elongatie. Om deze diverse functies uit te voeren, worden individuele microtubuli georganiseerd in arrays ter grootte van micron, zoals mitotische spindels, ciliaire axonemen, neuronale bundels, interfase-arrays en plantaardige corticale arrays. Een alomtegenwoordig architectonisch motief dat in deze structuren wordt aangetroffen, is een bundel microtubuli die over hun lengtes zijn verknoopt1. Een intrigerend kenmerk van verschillende op microtubuli gebaseerde structuren is het naast elkaar bestaan van gebundelde microtubuli en niet-verknoopte enkele microtubuli in de nabijheid van ruimte. Deze subpopulaties van microtubuli kunnen sterk verschillende polymerisatiedynamieken van elkaar vertonen, afhankelijk van wat nodig is voor hun juiste functie2,3,4,5. Binnen de mitotische spil zijn bijvoorbeeld stabiele verknoopte bundels en dynamische enkele microtubuli aanwezig in een micronschaalgebied in het celcentrum6. Het bestuderen van hoe de dynamische eigenschappen van naast elkaar bestaande microtubulipopulaties worden gespecificeerd, is daarom van cruciaal belang voor het begrijpen van de assemblage en functie van op microtubulen gebaseerde structuren.
Microtubuli zijn dynamische polymeren die fietsen tussen fasen van polymerisatie en depolymerisatie, waarbij wordt geschakeld tussen de twee fasen in gebeurtenissen die bekend staan als catastrofe en redding7. De dynamiek van cellulaire microtubuli wordt gereguleerd door talloze Microtubule Associated Proteins (MAPs) die de snelheden van microtubule polymerisatie en depolymerisatie en de frequenties van catastrofe- en reddingsgebeurtenissen moduleren. Het is een uitdaging om de activiteit van MAPs op ruimtelijk proximale arrays in cellen te onderzoeken, vanwege de beperkingen van de ruimtelijke resolutie in lichtmicroscopie, vooral in regio's met een hoge microtubuledichtheid. Bovendien belemmert de aanwezigheid van meerdere MAPs in hetzelfde cellulaire gebied de interpretaties van celbiologische studies. In vitro reconstitutietests, uitgevoerd in combinatie met Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) microscopie, omzeilen de uitdagingen van het onderzoeken van mechanismen waarmee specifieke subsets van MAPs de dynamiek van proximale cellulaire microtubule-arrays reguleren. Hier wordt de dynamiek van in vitro geassembleerde microtubuli onderzocht in aanwezigheid van een of meer recombinante MAPs onder gecontroleerde omstandigheden8,9,10. Conventionele reconstitutietests worden echter meestal uitgevoerd op enkele microtubuli of op één type array, waardoor de visualisatie van naast elkaar bestaande populaties wordt uitgesloten.
Hier presenteren we in vitro reconstitutietests die de gelijktijdige visualisatie van twee microtubulipopulaties onder dezelfde oplossingsomstandigheden mogelijk maken11. We beschrijven een methode om tegelijkertijd de collectieve activiteit van meerdere MAPs op enkele microtubuli en op microtubulibundels te bekijken die zijn gekruist door het mitotische spindel-geassocieerde eiwit PRC1. Het eiwit PRC1 bindt bij voorkeur aan de overlap tussen anti-parallelle microtubuli, waardoor ze worden verknoopt9. In het kort bestaat dit protocol uit de volgende stappen: (i) voorbereiding van stamoplossingen en reagentia, (ii) reiniging en oppervlaktebehandeling van coverslips die worden gebruikt om de beeldvormingskamer voor microscopie-experimenten te creëren, (iii) voorbereiding van stabiele microtubuli "zaden" van waaruit polymerisatie wordt gestart tijdens het experiment, (iv) specificatie van TIRF-microscoopinstellingen om microtubulidynamica te visualiseren, (v) immobilisatie van microtubulizaden en generatie van verknoopte microtubulibundels in de beeldvormingskamer, en (vi) visualisatie van microtubuledynamica in de beeldvormingskamer door middel van TIRF-microscopie, na toevoeging van oplosbare tubuline, MAPs en nucleotiden. Deze assays maken de kwalitatieve evaluatie en kwantitatief onderzoek van MAP-lokalisatie en hun effect op de dynamiek van twee microtubulepopulaties mogelijk. Bovendien vergemakkelijken ze de evaluatie van synergetische effecten van meerdere MAPs op deze microtubule-populaties, in een breed scala van experimentele omstandigheden.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >(&#177;)-6-Hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchromane-2-carboxylic acid (Trolox)</td>
			<td >Sigma Aldrich</td>
			<td >238813</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >1,4-piperazinediethanesulfonic acid (PIPES)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P6757</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >18x18 mm #1.5 coverslips&#160;</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>63787</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >2-Mercaptoethanol (BME)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M-6250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >24x60 mm #1.5 coverslips</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>63793</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >405/488/560/647 nm Laser Quad Band&#160;</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>TRF89901-NK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Acetone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>320110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Adenosine 5&#39;-triphosphate disodium salt hydrate (ATP)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A7699-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Avidin, NeutrAvidin&#174; Biotin-binding Protein (Molecular Probes&#174;)</td>
			<td>Thermo Fischer Scientific</td>
			<td>A2666</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Bath sonicator: Branson 2800 Cleaner</td>
			<td>Branson</td>
			<td>CPX2800H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Beckman Coulter Polycarbonate Thickwall Tubes, 11 x 34 mm</td>
			<td>Beckman-Coulter&#160;</td>
			<td>343778</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Beckman Coulter Polycarbonate Thickwall Tubes, 8 x 34 mm</td>
			<td>Beckman-Coulter&#160;</td>
			<td>343776</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Biotin-PEG-SVA, MW 5,000</td>
			<td>Laysan Bio</td>
			<td>#Biotin-PEG-SVA-5000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Bovine Serum Albumin (BSA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>2905</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Catalase</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Corning LSE Mini Microcentrifuge, AC100-240V</td>
			<td>Corning</td>
			<td>6670</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Delicate Task Wipes</td>
			<td>Kimtech</td>
			<td>34120</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Dithiothreitol (DTT)</td>
			<td>GoldBio</td>
			<td>DTT10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Emission filter</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>ET610/75m</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Ethanol (200-proof)</td>
			<td>Decon Labs</td>
			<td>2705</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Ethylene glycol tetraacetic acid (EGTA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>3777</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Glucose Oxidase</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G2133</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >GMPCPP</td>
			<td>Jena Bioscience&#160;</td>
			<td>NU-405</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Guanosine 5&#39;-triphosphate sodium salt hydrate (GTP)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G8877</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Hellmanex III detergent&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z805939</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Immersion oil, Type A</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>77010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Kappa-casein</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C0406</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Lanolin</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S25376</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Lens Cleaning Tissue</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>MC-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Magnesium Chloride (MgCl2)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M9272</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Methylcellulose</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M0512</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Microfuge 16 Benchtop Centrifuge</td>
			<td>Beckman-Coulter&#160;</td>
			<td>A46474</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Microscope Slides, Diamond White Glass, 25 x 75mm, 90&#176; Ground Edges, WHITE Frosted</td>
			<td>Globe Scientific</td>
			<td>1380-50W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >mPEG-Succinimidyl Valerate, MW 5,000&#160;</td>
			<td>Laysan Bio</td>
			<td>#NH2-PEG-VA-5K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Optima&#8482; Max-XP Tabletop Ultracentrifuge</td>
			<td>Beckman-Coulter&#160;</td>
			<td>393315</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Paraffin</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>P31-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >PELCO Reverse (self-closing), Fine Tweezers</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>5377-NM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Petrolatum, White</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>18-605-050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Plasma Cleaner, 115V</td>
			<td>Harrick Plasma</td>
			<td>PDC-001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Potassium Hydroxide (KOH)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>221473</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Sodium bicarbonate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S6014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Sucrose</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S7903</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Thermal-Lok 1-Position Dry Heat Bath</td>
			<td>USA Scientific</td>
			<td>2510-1101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Thermal-Lok Block for 1.5 and 2.0 mL Tubes</td>
			<td>USA Scientific</td>
			<td>2520-0000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Thermo Scientific&#8482; Pierce&#8482; Bond-Breaker&#8482; TCEP Solution, Neutral pH; 500mM</td>
			<td>Thermo Fischer Scientific</td>
			<td>PI-77720</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >TIRF 100X NA 1.49 Oil Objective</td>
			<td>Nikon</td>
			<td colspan="2">CFI Apochromat TIRF 100XC Oil</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >TIRF microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Eclipse Ti</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >TLA 120.1 rotor</td>
			<td>Beckman-Coulter&#160;</td>
			<td>362224</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >TLA 120.2 rotor</td>
			<td>Beckman-Coulter&#160;</td>
			<td>357656</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tubulin protein (&#62;99% pure): porcine brain</td>
			<td>Cytoskeleton</td>
			<td>T240</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tubulin Protein (Biotin): Porcine Brain</td>
			<td>Cytoskeleton</td>
			<td>T333P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tubulin protein (fluorescent HiLyte 647): porcine brain</td>
			<td>Cytoskeleton</td>
			<td>TL670M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tubulin protein (X-rhodamine): bovine brain</td>
			<td>Cytoskeleton</td>
			<td>TL620M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >VECTABOND&#174; Reagent, Tissue Section Adhesion</td>
			<td>Vector Biolabs</td>
			<td>SP-1800-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >VWR&#174; Personal-Sized Incubator, 120V, 50/60Hz, 0.6A</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97025-630</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simultaneous visualization of the dynamics of crosslinked and single microtubules in vitro by tirf microscopy

Microtubuli zijn polymeren van αβ-tubuline heterodimeren die zich organiseren in verschillende structuren in cellen. Op microtubule gebaseerde architecturen en netwerken bevatten vaak subsets van microtubule-arrays die verschillen in hun dynamische eigenschappen. In delende cellen bestaan bijvoorbeeld stabiele bundels van verknoopte microtubuli naast elkaar in de nabijheid van dynamische niet-gekruiste microtubuli. Tirf-microscopie-gebaseerde in vitro reconstitutiestudies maken de gelijktijdige visualisatie van de dynamiek van deze verschillende microtubule arrays mogelijk. In deze test wordt een beeldvormingskamer geassembleerd met aan het oppervlak geïmmobiliseerde microtubuli, die ofwel aanwezig zijn als afzonderlijke filamenten of georganiseerd in verknoopte bundels. Introductie van tubuline, nucleotiden en eiwitregulatoren maakt directe visualisatie van geassocieerde eiwitten en van dynamische eigenschappen van enkele en verknoopte microtubuli mogelijk. Bovendien kunnen veranderingen die optreden als dynamische enkele microtubuli zich in bundels organiseren, in realtime worden gevolgd. De hier beschreven methode maakt een systematische evaluatie van de activiteit en lokalisatie van individuele eiwitten mogelijk, evenals synergetische effecten van eiwitregulatoren op twee verschillende microtubbule-subsets onder identieke experimentele omstandigheden, waardoor mechanistische inzichten worden verkregen die ontoegankelijk zijn door andere methoden.

Het hierboven beschreven experiment werd uitgevoerd met behulp van 647 nm fluorofoor-gelabelde gebiotinyleerde microtubuli, 560 nm fluorofoor-gelabelde niet-gebiotinyleerde microtubuli en 560 nm fluorofoor-gelabelde oplosbare tubuline mix. Microtubuli werden gecrosslinkt door het crosslinker-eiwit PRC1 (GFP-gelabeld). Nadat oppervlakte-geïmmobiliseerde bundels en enkele microtubuli waren gegenereerd (stap 5.11), werd de beeldvormingskamer gemonteerd op een TIRF 100X 1.49 NA olieobjectief en bekeken in de 560 nm en 647 n...

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Visualization of the Dynamics of Crosslinked and Single Microtubules In Vitro by TIRF Microscopy at JoVE.com

Simultaneous Visualization of the Dynamics of Crosslinked and Single Microtubules In Vitro by TIRF Microscopy

Hier wordt een op TIRF-microscopie gebaseerde in vitro reconstitutietest gepresenteerd om tegelijkertijd de dynamiek van twee microtubulipopulaties te kwantificeren en te vergelijken. Er wordt een methode beschreven om tegelijkertijd de collectieve activiteit van meerdere microtubule-geassocieerde eiwitten op verknoopte microtubulibundels en enkele microtubuli te bekijken.

Gelijktijdige visualisatie van de dynamica van crosslinked en enkele microtubuli in vitro door TIRF-microscopie

Microtubules are polymers of &#945;&#946;-tubulin heterodimers that organize into distinct structures in cells. Microtubule-based architectures and ...

Cellulaire microtubule arrays bevatten subpopulaties van microtubuli met verschillende dynamische eigenschappen zoals vereist voor functie. Dit protocol behandelt hoe de collectieve activiteit van regulatoren proximale microtubule subpopulaties met verschillende eigenschappen verleent. Deze bottom-up restitutietest stelt ons in staat om tegelijkertijd de organisatie en dynamiek van proximale microtubulipopulaties zoals enkele microtubuli en bundels te visualiseren en de mechanismen te ontcijferen die ten grondslag liggen aan hun zelforganisatie.Multi-component reconstitutie vereist het optimaliseren van experimentele parameters zoals pH, ionische sterkte en eiwitconcentratie met behoud van de activiteit van elk. Systematische analyse van individuele componenten voorafgaand aan multi-eiwit assays is uiterst nuttig. Pipetteer om te beginnen een mengsel van 4,5 microliter BRB ADDTT in één microliter microtuboplossing op een microscoopglaasje.Dek af met een afdeklip van 18 bij 18 millimeter en sluit de randen af met heldere nagellak of VALAP-kit. Plaats de TIRF-doelstelling onder de coverslip. Visualiseer de nieuw gepolymeriseerde microtubuli op een golflengte die geschikt is voor de fluorescerend gelabelde tubuline in de heldere mix om te bepalen welke verdunning van microtubuli moet worden gebruikt in de komende experimenten.Bepaal de laserintensiteit voor het experiment empirisch, zodat alle fluorescerende eiwitten worden verlicht, maar geen significante fotobleaching ondergaan in de loop van het experiment. Stel de microscooptemperatuur in op 28 graden Celsius om dynamische microtubuli te bekijken. Gebruik lenspapier om een objectief van 100X schoon te maken met 70% ethanol.Gebruik de beste combinatie van filterkubussen en emissiefilters, afhankelijk van de fluorescerende kanalen die moeten worden afgebeeld. Stel de beeldreeks in. Voor een experiment met 647 nanometer fluorofoor-gelabelde gebiotinyleerde microtubuli, 560 nanometer fluorofoor-gelabelde niet-gebiotinyleerde microtubuli in oplosbare tubuline en GFP-gelabeld eiwit van belang, beeld de 488 nanometer, 560 nanometer en 647 nanometer kanalen elke 10 seconden gedurende 20 minuten.Om een referentiebeeld van bundels vast te leggen vóór de toevoeging van oplosbaar tubuline en microtubule-geassocieerd eiwit, stelt u een reeks in met elk één afbeelding in golflengtekanalen van 560 nanometer en 647 nanometer. Controleer de positie van de laserstraal op het plafond boven de microscoop en breng softwarematig wijzigingen aan in de straal. Zorg ervoor dat het laserlicht is uitgelijnd.Voeg voorafgaand aan de beeldvorming een druppel microscoop-onderdompelingsolie toe aan het objectief. Bereid het oplosbare tubulinemengsel terwijl u het op ijs houdt en draai het mengsel naar beneden. Om microtubuli te immobiliseren via biotine-NeutrAvidin-biotine koppeling, eerst in ongeveer 7,5 microliter NeutrAvidin oplossing stromen totdat de kamer gevuld is en gedurende vijf minuten incuberen.Wassen met 10 microliter MB koud. Stroom in 7,5 microliter van het blokkerende eiwit KC en incubeer gedurende twee minuten. Was met 10 microliter MB warm om de kamer voor te bereiden op de introductie van microtubuli.Verdun de voorraad gebiotinyleerde microtubuli in BRB ADDTT en voeg één microliter van deze verdunning toe tot negen microliter MB warm. Laat het mengsel in de kamer stromen en incubeer gedurende 10 minuten. Spoel niet-geïmmobiliseerde microtubuli weg met 10 microliter MB warm.Laat 7,5 microliter warme KC in de kamer stromen en incubeer gedurende twee minuten. Bereid tijdens de incubatie een twee nanomolaire oplossing van het crosslink- of eiwit PRC1 in KC en draai de oplossing naar beneden. Laat 10 microliter van deze oplossing in de beeldvormingskamer stromen en incubeer gedurende vijf minuten.Om bundels te maken, stroomt u 10 microliter niet-gebiotinyleerde microtubuli in de kamer en incubeert u gedurende 10 minuten. Was de kamer twee keer met 10 microliter MB warm. Bereid tijdens de incubatietijd van 10 minuten 10 microliter testmengsel met interessante eiwitten, oplosbare tubuline, nucleotiden, zuurstofvangers en antioxidanten en draai het af.Bewaar het mengsel op ijs. Laad de voorbereide beeldvormingskamer die is afgeplakt op de schuifhouder op het 100X TIRF-objectief. Gebruik de kanalen van 560 nanometer en 647 nanometer om een gezichtsveld te vinden dat een optimaal aantal en dichtheid van enkele microtubuli en bundels bevat.Zodra een gezichtsveld is geïdentificeerd, maakt u een referentiebeeld. Vloei voorzichtig in het testmengsel zonder de beeldvormingskamer te verstoren. Sluit de open uiteinden van de kamer af met VALAP-kit.Observeer de microtubuli en start de beeldvormingssequentie. Na het immobiliseren van microtubulizaden en het genereren van bundels werden fluorescentiebeelden verkregen. Enkele microtubuli werden geïdentificeerd door een fluorescerend signaal in het 647 nanometerkanaal, terwijl microtubuli werden geïdentificeerd als voorgevormde bundels wanneer ze fluorescerende signalen in beide kanalen vertoonden.De dynamiek van enkele microtubuli en PRC1-gekruiste bundels werd bestudeerd in aanwezigheid van de eiwitten KIF4A en CLASP1, waaruit bleek dat de enkele microtubuli in de loop van de test verlengen, terwijl de groei van gekruiste microtubuli tot stilstand is gekomen. Wees voorzichtig om gepolymeriseerde microtubuli op of boven kamertemperatuur te houden. Bewaar oplosbare tubuline op ijs en bescherm de beeldvormingskamer en fluorescerend gelabelde microtubuli en eiwitten tegen licht.Deze testen gaven mechanistisch inzicht in hoe een eiwitmodule in de mitotische spil de dynamiek van twee verschillende microtubulepopulaties die naast elkaar bestaan in de spindel differentieel kon reguleren.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Simultaneous Visualization of the Dynamics of Crosslinked and Single Microtubules In Vitro by TIRF Microscopy

Probing The Structure And Dynamics Of Nucleosomes Using Atomic Force Microscopy Imaging

De structuur en de dynamiek van Nucleosomes met behulp van Atomic Force microscopie Imaging sonderen

Chromatin, which is a long chain of nucleosome subunits, is a dynamic system that allows for such critical processes as DNA replication and transcription ...

Proteome-wide Quantification of Labeling Homogeneity at the Single Molecule Level

Proteoom bestrijkende kwantificering van Labeling homogeniteit op het niveau van één molecuul

Cell proteomes are often characterized using electrophoresis assays, where all species of proteins in the cells are non-specifically labeled with a ...

Imaging of Extracellular Vesicles by Atomic Force Microscopy

Imaging van extracellulaire vesicles door Atoom kracht microscopie

Exosomes and other extracellular vesicles (EVs) are molecular complexes consisting of a lipid membrane vesicle, its surface decoration by membrane ...

Visualizing Surface T-Cell Receptor Dynamics Four-Dimensionally Using Lattice Light-Sheet Microscopy

Visualiseren van Surface T-Cell Receptor Dynamics vierdimensionaal met behulp van Rooster Light-Sheet Microscopie

The signaling and function of a cell are dictated by the dynamic structures and interactions of its surface receptors. To truly understand the ...

Production of Dynein and Kinesin Motor Ensembles on DNA Origami Nanostructures for Single Molecule Observation

Productie van Dynein en Kinesin motor ensembles op DNA origami nanostructuren voor observatie van enkelvoudige moleculen

Cytoskeletal motors are responsible for a wide variety of functions in eukaryotic cells, including mitosis, cargo transport, cellular motility, and ...

Visualizing Diffusional Dynamics of Gold Nanorods on Cell Membrane using Single Nanoparticle Darkfield Microscopy

Diffusional Dynamics of Gold Nanorods visualiseren op celmembraan met behulp van Single Nanoparticle Darkfield Microscopy

Analyzing the diffusional dynamics of nanoparticles on cell membrane plays a significant role in better understanding the cellular uptake process and ...

Single Cell Analysis Of Transcriptionally Active Alleles By Single Molecule FISH

Single cell analyse van transcriptioneel actieve allelen door single molecule FISH

Gene transcription is an essential process in cell biology, and allows cells to interpret and respond to internal and external cues. Traditional bulk ...

Simultaneous Interference Reflection and Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy for Imaging Dynamic Microtubules and Associated Proteins

Gelijktijdige interferentiereflectie en totale interne reflectie fluorescentiemicroscopie voor beeldvorming van dynamische microtubuli en bijbehorende eiwitten

Several techniques have been employed for the direct visualization of cytoskeletal filaments and their associated proteins. ...

Using Microfluidics and Fluorescence Microscopy to Study the Assembly Dynamics of Single Actin Filaments and Bundles

Microfluïdica en fluorescentiemicroscopie gebruiken om de assemblagedynamiek van single actinefilamenten en -bundels te bestuderen

In order to decipher the complex molecular mechanisms that regulate the assembly and disassembly of actin filaments, it is a great asset to monitor ...

Visualizing Actin and Microtubule Coupling Dynamics In Vitro by Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) Microscopy

Visualizing Actin and Microtubule Coupling Dynamics In Vitro by Total Internal Reflection Fluorescence TIRF Microscopy

Visualisatie van actine en microtubulikoppelingsdynamiek in vitro door total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopie

Traditionally, the actin and microtubule cytoskeletons have been studied as separate entities, restricted to specific cellular regions or processes, and ...