Name: bottom-up in vitro methods to assay the ultrastructural organization, membrane reshaping, and curvature sensitivity behavior of septins
Uploaded: 2022-08-17T13:10:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Bottom-Up In Vitro Methods to Assay the Ultrastructural Organization, Membrane Reshaping, and Curvature Sensitivity Behavior of Septins at JoVE.com

Vi tackar Patricia Bassereau och Daniel Lévy för deras goda råd och diskussioner. Detta arbete fick stöd från ANR (Agence Nationale de la Recherche) för att finansiera projektet "SEPTIME", ANR-13-JSV8-0002-01, ANR SEPTIMORF ANR-17-CE13-0014 och projektet "SEPTSCORT", ANR-20-CE11-0014-01. B. Chauvin finansieras av Ecole Doctorale "ED564: Physique en Ile de France" och Fondation pour lea Recherche Médicale. K. Nakazawa stöddes av Sorbonne Université (AAP Emergence). G.H. Koenderink stöddes av Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO/OCW) genom "BaSyC-Building a Synthetic Cell". Gravitation bidrag (024.003.019). Vi tackar Labex Cell(n)Scale (ANR-11-LABX0038) och Paris Sciences et Lettres (ANR-10-IDEX-0001-02). Vi tackar Cell and Tissue Imaging (PICT-IBiSA), Institut Curie, medlem av den franska nationella forskningsinfrastrukturen France-BioImaging (ANR10-INBS-04).

1. Bestämning av membranomformning med hjälp av gigantiska unilamellära vesiklar (GUV)
OBS: I detta avsnitt genereras GUVs för att efterlikna membrandeformationerna som eventuellt induceras av septiner i ett cellulärt sammanhang. Faktum är att i celler finns septiner ofta på platser med mikrometerkrökningar. GUVs har storlekar som sträcker sig från några till tiotals mikrometer och kan deformeras. De är således lämpliga för att analysera eventuella septininducerad...

<ol>
	<li>Finger, F. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reining+in+cytokinesis+with+a+septin+corral.">Reining in cytokinesis with a septin corral.</a> BioEssays: News and Reviews in Molecular, Cellular and Developmental Biology. 27 (1), 5-8 (2005).</li><li>Barral, Y., Kinoshita, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+insights+shed+light+onto+septin+assemblies+and+function.">Structural insights shed light onto septin assemblies and function.</a> Current Opinion in Cell Biology. 20 (1), 12-18 (2008).</li><li>Hu, Q., 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=A+septin+diffusion+barrier+at+the+base+of+the+primary+cilium+maintains+ciliary+membrane+protein+distribution.">A septin diffusion barrier at the base of the primary cilium maintains ciliary membrane protein distribution.</a> Science. 329 (5990), 436-439 (2010).</li><li>Lin, Y. -. H., Kuo, Y. -. C., Chiang, H. -. S., Kuo, P. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+the+septin+family+in+spermiogenesis.">The role of the septin family in spermiogenesis.</a> Spermatogenesis. 1 (4), 298-302 (2011).</li><li>Addi, C., Bai, J., Echard, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Actin,+microtubule,+septin+and+ESCRT+filament+remodeling+during+late+steps+of+cytokinesis.">Actin, microtubule, septin and ESCRT filament remodeling during late steps of cytokinesis.</a> Current Opinion in Cell Biology. 50, 27-34 (2018).</li><li>Spiliotis, E. T., Kesisova, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+regulation+of+microtubule-dependent+transport+by+septin+GTPases.">Spatial regulation of microtubule-dependent transport by septin GTPases.</a> Trends in Cell Biology. 31 (12), 979-993 (2021).</li><li>Spiliotis, E. T., Nakos, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+functions+of+actin-+and+microtubule-associated+septins.">Cellular functions of actin- and microtubule-associated septins.</a> Current Biology: CB. 31 (10), 651-666 (2021).</li><li>Salameh, J., Cantaloube, I., Benoit, B., Po&#252;s, C., Baillet, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cdc42+and+its+BORG2+and+BORG3+effectors+control+the+subcellular+localization+of+septins+between+actin+stress+fibers+and+microtubules.">Cdc42 and its BORG2 and BORG3 effectors control the subcellular localization of septins between actin stress fibers and microtubules.</a> Current Biology: CB. 31 (18), 4088-4103 (2021).</li><li>Ewers, H., Tada, T., Petersen, J. D., Racz, B., Sheng, M., Choquet, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+septin-dependent+diffusion+barrier+at+dendritic+spine+necks.">A septin-dependent diffusion barrier at dendritic spine necks.</a> PloS One. 9 (12), 113916 (2014).</li><li>Myles, D. G., Primakoff, P., Koppel, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+localized+surface+protein+of+guinea+pig+sperm+exhibits+free+diffusion+in+its+domain.">A localized surface protein of guinea pig sperm exhibits free diffusion in its domain.</a> The Journal of Cell Biology. 98 (5), 1905-1909 (1984).</li><li>Luedeke, C., Frei, S. B., Sbalzarini, I., Schwarz, H., Spang, A., Barral, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Septin-dependent+compartmentalization+of+the+endoplasmic+reticulum+during+yeast+polarized+growth.">Septin-dependent compartmentalization of the endoplasmic reticulum during yeast polarized growth.</a> The Journal of Cell Biology. 169 (6), 897-908 (2005).</li><li>Gilden, J. K., Peck, S., Chen, Y. -. C. M., Krummel, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+septin+cytoskeleton+facilitates+membrane+retraction+during+motility+and+blebbing.">The septin cytoskeleton facilitates membrane retraction during motility and blebbing.</a> The Journal of Cell Biology. 196 (1), 103-114 (2012).</li><li>Dolat, L., Hu, Q., Spiliotis, E. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Septin+functions+in+organ+system+physiology+and+pathology.">Septin functions in organ system physiology and pathology.</a> Biological Chemistry. 395 (2), 123-141 (2014).</li><li>Angelis, D., Spiliotis, E. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Septin+mutations+in+human+cancers.">Septin mutations in human cancers.</a> Frontiers in Cell and Developmental Biology. 4, 122 (2016).</li><li>Takehashi, M., 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=Septin+3+gene+polymorphism+in+Alzheimer's+disease.">Septin 3 gene polymorphism in Alzheimer's disease.</a> Gene Expression. 11 (5-6), 263-270 (2004).</li><li>Shuman, B., Momany, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Septins+from+protists+to+people.">Septins from protists to people.</a> Frontiers in Cell and Developmental Biology. 9, 824850 (2022).</li><li>Bertin, 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=Saccharomyces+cerevisiae+septins:+supramolecular+organization+of+heterooligomers+and+the+mechanism+of+filament+assembly.">Saccharomyces cerevisiae septins: supramolecular organization of heterooligomers and the mechanism of filament assembly.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (24), 8274-8279 (2008).</li><li>Iv, 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=Insights+into+animal+septins+using+recombinant+human+septin+octamers+with+distinct+SEPT9+isoforms.">Insights into animal septins using recombinant human septin octamers with distinct SEPT9 isoforms.</a> Journal of cell science. 134 (15), (2021).</li><li>Beber, 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=Membrane+reshaping+by+micrometric+curvature+sensitive+septin+filaments.">Membrane reshaping by micrometric curvature sensitive septin filaments.</a> Nature communications. 10 (1), 420 (2019).</li><li>Bridges, A. A., Jentzsch, M. S., Oakes, P. W., Occhipinti, P., Gladfelter, A. S. <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+plasma+membrane+curvature+is+recognized+by+the+septin+cytoskeleton.">Micron-scale plasma membrane curvature is recognized by the septin cytoskeleton.</a> The Journal of Cell Biology. 213 (1), 23-32 (2016).</li><li>Patzig, J., 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=Septin/anillin+filaments+scaffold+central+nervous+system+myelin+to+accelerate+nerve+conduction.">Septin/anillin filaments scaffold central nervous system myelin to accelerate nerve conduction.</a> eLife. 5, 17119 (2016).</li><li>Szuba, 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=Membrane+binding+controls+ordered+self-assembly+of+animal+septins.">Membrane binding controls ordered self-assembly of animal septins.</a> eLife. 10, 63349 (2021).</li><li>Tanaka-Takiguchi, Y., Kinoshita, M., Takiguchi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Septin-mediated+uniform+bracing+of+phospholipid+membranes.">Septin-mediated uniform bracing of phospholipid membranes.</a> Current Biology: CB. 19 (2), 140-145 (2009).</li><li>Bertin, 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=Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate+promotes+budding+yeast+septin+filament+assembly+and+organization.">Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate promotes budding yeast septin filament assembly and organization.</a> Journal of Molecular Biology. 404 (4), 711-731 (2010).</li><li>Beber, 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=Septin-based+readout+of+PI(4,5)P2+incorporation+into+membranes+of+giant+unilamellar+vesicles.">Septin-based readout of PI(4,5)P2 incorporation into membranes of giant unilamellar vesicles.</a> Cytoskeleton. 76 (4,5), 92-103 (2019).</li><li>Mastronarde, D. N., Held, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+tilt+series+alignment+and+tomographic+reconstruction+in+IMOD.">Automated tilt series alignment and tomographic reconstruction in IMOD.</a> Journal of Structural Biology. 197 (2), 102-113 (2017).</li><li>Kremer, J. R., Mastronarde, D. N., McIntosh, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer+visualization+of+three-dimensional+image+data+using+IMOD.">Computer visualization of three-dimensional image data using IMOD.</a> Journal of Structural Biology. 116 (1), 71-76 (1996).</li><li>Nania, M., Foglia, F., Matar, O. K., Cabral, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-100+nm+wrinkling+of+polydimethylsiloxane+by+double+frontal+oxidation.">Sub-100 nm wrinkling of polydimethylsiloxane by double frontal oxidation.</a> Nanoscale. 9 (5), 2030-2037 (2017).</li><li>Nania, M., Matar, O. K., Cabral, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frontal+vitrification+of+PDMS+using+air+plasma+and+consequences+for+surface+wrinkling.">Frontal vitrification of PDMS using air plasma and consequences for surface wrinkling.</a> Soft Matter. 11 (15), 3067-3075 (2015).</li><li>Svitkina, T. M., Borisy, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlative+light+and+electron+microscopy+of+the+cytoskeleton+of+cultured+cells.">Correlative light and electron microscopy of the cytoskeleton of cultured cells.</a> Methods in Enzymology. 298, 570-592 (1998).</li><li>Franck, 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=Clathrin+plaques+and+associated+actin+anchor+intermediate+filaments+in+skeletal+muscle.">Clathrin plaques and associated actin anchor intermediate filaments in skeletal muscle.</a> Molecular Biology of the Cell. 30 (5), 579-590 (2019).</li><li>Elkhatib, N., 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=Tubular+clathrin/AP-2+lattices+pinch+collagen+fibers+to+support+3D+cell+migration.">Tubular clathrin/AP-2 lattices pinch collagen fibers to support 3D cell migration.</a> Science. 356 (6343), (2017).</li><li>Stokroos, I., Kalicharan, D., Van Der Want, J. J., Jongebloed, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+study+of+thin+coatings+of+Au/Pd,+Pt+and+Cr+produced+by+magnetron+sputtering+for+FE-SEM.">A comparative study of thin coatings of Au/Pd, Pt and Cr produced by magnetron sputtering for FE-SEM.</a> Journal of Microscopy. 189, 79-89 (1998).</li></ol>

Som nämnts ovan har en lipidblandning använts som förbättrar PI (4,5) P2-införlivandet i lipid-dubbelskiktet och därmed underlättar septin-membraninteraktioner. Faktum är att vi har visat någon annanstans25 att spirande jästseptiner interagerar med vesiklar på ett PI (4,5) P2-specifikt sätt. Denna lipidkomposition justerades empiriskt från screening av flera kompositioner och används nu i stor utsträckning av författarna. PI(4,5)P2-lipider måste ha...

Septiner är cytoskelettfilamentbildande proteiner som interagerar med lipidmembran. Septiner är allestädes närvarande i eukaryoter och väsentliga för många cellulära funktioner. De har identifierats som de viktigaste regulatorerna för celldelning i spirande jäst och däggdjur 1,2. De är involverade i membranomformningshändelser, ciliogenes3 och spermiogenes4. Inom däggdjursceller kan septiner också interagera med aktin och mikrotubuli 5,6,7 i ett bindemedel av Rho GTPaser (BORG)-beroende sätt 8. I olika vävnader (neuroner9, cilia3, spermatozoa10) har septiner identifierats som regulatorer för diffusionsbarriärer för membranbundna komponenter11. Septiner har också visat sig reglera membran blebbing och utsprångsbildning12. Septiner, som är multi-tasking-proteiner, är inblandade i uppkomsten av olika vanliga sjukdomar13. Deras felreglering är förknippad med uppkomsten av cancer14 och neurodegenerativa sjukdomar15.
Beroende på organismen samlas flera septinunderenheter (två i Caenorhabditis elegans till 13 hos människor) för att bilda komplex vars organisation varierar på ett vävnadsberoende sätt16. Den grundläggande septinbyggstenen samlar två till fyra underenheter, närvarande i två kopior och självmonterade på ett stavliknande palindroma sätt. I spirande jäst är septiner oktameriska17,18. På plats är septiner ofta lokaliserade på platser med mikrometerkrökning; De finns vid divisionsförträngningsställen, vid basen av flimmerhår och dendriter och vid spermatozoas annulus19,20. Vid membranet verkar septinernas roll vara dubbel: de är inblandade i att omforma lipid-dubbelskiktet och upprätthålla membranintegriteten21. Därför är det avgörande att undersöka de biofysiska egenskaperna hos septinfilamentbildande proteiner och / eller underenheter vid membranet för att förstå deras roll. För att dissekera specifika egenskaper hos septiner i en välkontrollerad miljö är bottom-up in vitro-metoder lämpliga. Hittills har endast ett fåtal grupper beskrivit de biofysiska egenskaperna hos septiner in vitro20,22,23. Därför, jämfört med andra cytoskeletala filament, är den nuvarande kunskapen om beteendet hos septiner in vitro fortfarande begränsad.
Detta protokoll beskriver hur organisationen av septinfilament, membranomformning och krökningskänslighet kan analyseras19. För detta ändamål har en kombination av optiska och elektronmikroskopimetoder (fluorescensmikroskopi, kryoelektronmikroskopi [kryo-EM] och svepelektronmikroskopi [SEM]) använts. Membranomformningen av mikrometerstora jätteunilamellära vesiklar (GUVs) visualiseras med hjälp av fluorescensoptisk mikroskopi. Analysen av arrangemanget och ultrastrukturen hos septinfilament bundna till lipidblåsor utförs med användning av kryo-EM. Analys av septinkrökningskänslighet utförs med hjälp av SEM genom att studera beteendet hos septinfilament bundna till faststödda lipid-dubbelskikt avsatta på vågiga substrat med variabla krökningar, vilket möjliggör analys av krökningskänslighet för både positiva och negativa krökningar. Jämfört med tidigare analys20,24 föreslår vi här att använda en kombination av metoder för att noggrant analysera hur septiner kan självmontera, synergistiskt deformera membran och vara krökningskänsliga. Detta protokoll tros vara användbart och anpassningsbart till alla trådformiga proteiner som visar en affinitet för membran.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>850725</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>840035</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bath sonicator</td>
			<td>Elma</td>
			<td></td>
			<td>Elmasonic S10H</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bodipy-TR-Ceramide</td>
			<td>invitrogen, Thermo Fischer scientific</td>
			<td>11504726</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemicals: NaCl, Tris-HCl, sucrose, KCl, MgCl2, B-casein, chloroform, sodium cacodylate, tannic acid, ethanol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal microscope</td>
			<td>nikon</td>
			<td></td>
			<td>spinning disk or confocal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Critical point dryer</td>
			<td>Leica microsystems</td>
			<td></td>
			<td>CPD300</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water generator</td>
			<td>MilliQ</td>
			<td>F1CA38083B</td>
			<td>MilliQ integral 3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Egg L-&#945;-phosphatidylcholine</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>840051</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Field Emission Gun SEM (FESEM)</td>
			<td>Carl Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>Gemini SEM500</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutaraldehyde 25 %, aqueous solution</td>
			<td>Thermo Fischer scientific</td>
			<td>50-262-19</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High vacuum grease, Dow corning</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IMOD software</td>
			<td>https://bio3d.colorado.edu/imod/</td>
			<td></td>
			<td>software suite for tilted series image alignment and 3D reconstruction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lacey Formvar/carbon electron microscopy grids</td>
			<td>Eloise</td>
			<td>01883-F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipids</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-&#945;-phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>840046</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal evaporator</td>
			<td>Leica microsystems</td>
			<td></td>
			<td>EM ACE600</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NOA (Norland Optical Adhesives), NOA 71 and NOA 81</td>
			<td>Norland Products</td>
			<td>NOA71, NOA81</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Osmium tetraoxyde 4%</td>
			<td>delta microscopies</td>
			<td>19170</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Osmometer</td>
			<td>L&#246;ser</td>
			<td></td>
			<td>15 M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma cleaner</td>
			<td>Alcatel</td>
			<td></td>
			<td>pascal 2005 SD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma generator</td>
			<td>Electron Microscopy Science</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plunge freezing equipment</td>
			<td>leica microsystems</td>
			<td></td>
			<td>EMGP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission electron microscope</td>
			<td>Thermofischer</td>
			<td></td>
			<td>Tecnai G2 200 kV, LaB6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Uranyl acetate</td>
			<td>Electron Microscopy Science</td>
			<td>22451</td>
			<td>this product is not available for purchase any longer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wax plates, Vitrex</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

bottom-up in vitro methods to assay the ultrastructural organization, membrane reshaping, and curvature sensitivity behavior of septins

Membranombyggnad sker ständigt vid plasmamembranet och inom cellulära organeller. För att helt dissekera miljöns roll (joniska förhållanden, protein- och lipidkompositioner, membrankrökning) och de olika partnerna som är associerade med specifika membranomformningsprocesser, genomför vi in vitro-bottom-up-metoder. Under de senaste åren har det funnits ett stort intresse för att avslöja rollen av septinproteiner associerade med stora sjukdomar. Septiner är väsentliga och allestädes närvarande cytoskelettproteiner som interagerar med plasmamembranet. De är inblandade i celldelning, cellmotilitet, neuromorfogenes och spermiogenes, bland andra funktioner. Det är därför viktigt att förstå hur septiner interagerar och organiserar vid membran för att därefter inducera membrandeformationer och hur de kan vara känsliga för specifika membrankrökningar. Denna artikel syftar till att dechiffrera samspelet mellan ultrastrukturen hos septiner på molekylär nivå och membranombyggnaden som sker i mikronskala. För detta ändamål uttrycktes och renades spirande jäst- och däggdjursseptinkomplex rekombinant. En kombination av in vitro-analyser användes sedan för att analysera självmontering av septiner vid membranet. Stödda lipid-dubbelskikt (SLB), gigantiska unilamellära vesiklar (GUVs), stora unilamellära vesiklar (LUVs) och vågiga substrat användes för att studera samspelet mellan septin-självmontering, membranomformning och membrankrökning.

GUVs deformationer Typiska konfokala fluorescensbilder av GUVs omformade efter att ha inkuberats med septiner visas i figur 3, under förhållanden där septiner polymeriseras. Nakna GUVs (figur 3A) var perfekt sfäriska. Vid inkubation med mer än 50 nM spirande jästseptinfilament uppträdde vesiklarna deformerade. Upp till en koncentration av 100 nM spirande jästseptinoktamer verkade vesiklarna fasetterade och deformationerna förblev sta...

Watch this Scientific Journal Video about Bottom-Up In Vitro Methods to Assay the Ultrastructural Organization, Membrane Reshaping, and Curvature Sensitivity Behavior of Septins at JoVE.com

Bottom-Up In Vitro Methods to Assay the Ultrastructural Organization, Membrane Reshaping, and Curvature Sensitivity Behavior of Septins

Septiner är cytoskelettproteiner. De interagerar med lipidmembran och kan känna av men också generera membrankrökning på mikronskalan. Vi beskriver i detta protokoll bottom-up in vitro-metoder för att analysera membrandeformationer, krökningskänslig septinbindning och septinfilamentultrastruktur.

Bottom-Up In Vitro-metoder för att analysera ultrastrukturell organisation, membranomformning och krökningskänslighetsbeteende hos septiner

Membrane remodeling occurs constantly at the plasma membrane and within cellular organelles. To fully dissect the role of the environment (ionic ...

Med hjälp av detta protokoll visualiserade vi organisationen av cytoskeletala trådformiga proteiner på mönstersubstrat som visar olika krökningar. Vi kan testa krökningskänsligheten. Upplösningen av svepelektronmikroskopbilder är tillräckligt hög så att organisationer i nanometerskala visualiseras.De metoder vi använder för fixering är tillräckligt milda för att bevara proteinets intrastrukturella organisation. Detta förblir inom ramen för grundläggande forskning för att förstå beteendet hos cytoskelettfilament. Börja med att designa ett vågigt Norland Optical Adhesive, eller NOA-replika, i en renrumsmiljö från vågiga polydimetylsiloxan böljade mönster med 250 nanometers amplitud och två mikrometer lateral periodicitet.För att göra det, sätt in fem mikroliter flytande NOA på en cirkulär glaslockglidning med en centimeter diameter och placera sedan PDMS-mallen på droppen. Behandla enheten med UV-ljus vid 320 nanometer i fem minuter för att fotopolymerisera vätskan NOA till en tunn polymerfilm. När du är klar, dra försiktigt bort PDMS-mallen från täckbladet med den nyligen polymeriserade NOA.Behandla NOA-filmen med en luftplasmarengörare i fem minuter för att göra ytan hydrofil. Förbered en lösning av små unilamellära vesiklar, eller SUV, som beskrivs i manuskriptet, och erhålla SUV: erna genom att återsuspendera en torkad lipidfilm i observationsbufferten under ultraljudsbehandling i en badljudsmedare i fem till 10 minuter tills lösningen är transparent. Senare sätter du in täckglidorna som stöder NOA-mönstren i brunnarna i cellodlingslådorna och inkuberar de nyligen glödande urladdade NOA-mönstren med 100 mikroliter av ett milligram per milliliter SUV-lösning i 30 minuter vid rumstemperatur för att generera ett lipid-dubbelskikt som stöds.För att ta bort den osmälta SUV: n, skölj sidorna noggrant sex gånger med septinens låga saltbuffert utan att låta provet torka helt mellan två tvättar. Späd den oktomera septinstamlösningen i en septinbuffert med lågt saltinnehåll till slutliga koncentrationer, från 10 till 100 nanomolar och volymer på en milliliter. Inkubera sedan proteinlösningen på bilderna i en timme vid rumstemperatur.Tvätta NOA-objektglasen som innehåller smälta lipid-dubbelskikt och inkubera protein med septinlåg saltbuffert. Byt ut septinlåg saltbuffert med 2% glutaraldehydfixativ lösning i 0,1 molar natriumkakodylatbuffert, förvärmd vid 37 grader Celsius, och låt reaktionen fortsätta i 15 minuter och tvätta det fasta provet tre gånger, fem minuter vardera med 0,1 molar natriumkakodylat. Efter tvättning inkubera provet i fixeringslösningen av osmiumtetroxid, sedan den filtrerade garvsyran och slutligen det filtrerade uranylacetatet i 10 minuter vardera.Tvätta provet tre gånger i destillerat vatten efter varje lösning. Inkubera provet seriellt i etanollösningar från 50% till 100% i två till tre minuter vardera. Överför glasskivorna inuti den kritiska punkttorken förfylld med etanol och följ tillverkarens instruktioner för torkning.Eftersom torkade prover är mycket hydroskopiska, täck dem omedelbart genom att fästa lockglidningen på stubbarna. Lägg sedan till en remsa silverfärg på lockets övre yta utan att skapa färgdeglomerat. Se till att anslutningen till stubben är tillfredsställande.När provet avdunstar helt, använd en apparat utrustad med ett plasmamagnetronsputtringshuvud och ett roterande planetstadium och följ standardprotokoll som tillhandahålls av tillverkaren. Utför förförstoftning vid 120 milliampere i 60 sekunder för att avlägsna oxidskiktet vid ytan. Sätt sedan in 1,5 nanometer volfram med en filmtjockleksmonitor vid 90 milliampere och ett arbetsavstånd på 50 ml.Förvara senare proverna under vakuum för att skydda dem från den omgivande luften tills och under SEM-analyserna. För att uppnå höglösningsavbildning genom att detektera de sekundära elektronerna med inlandsdetektorn, ställ in accelerationsspänningen till tre kilovolt och strålströmmen till 20 mikrometers bländare. För observationer, använd upplösningar som sträcker sig från 21,25 nanometer per pixel till 1,224 nanometer per pixel.Använd en upplösning på 5,58 nanometer per pixel för dataanalys. Ställ in arbetsavståndet mellan en till två millimeter för högupplöst observation och cirka tre millimeter om ett ökat skärpedjup krävs. Justera skanningshastigheten och linjeintegrationen kontinuerligt för att säkerställa ett konstant signal-brusförhållande med en förvärvstid på cirka 30 till 45 sekunder per bild.Den representativa analysen illustrerar effekten av det avsatta materialet på septinfilamenten på vågiga PDMS-mönster med 1,5 nanometer platina och 1,5 nanometer volfram. Det observerades att nakna jätte unilamellära vesiklar, eller GUVs, var perfekt sfäriska. Efter den septininducerade deformationen uppträdde vesiklarna fasetterade och deformationerna förblev statiska och fluktuerade således inte.Vid högre koncentrationer av septinerna observerades periodiska deformationer i vesiklarna. Självmontering av septinfilamenten bundna till stora unilamellära vesiklar, eller LUVs, undersöktes med en kryoelektronmikroskopibild och 3D-rekonstruktion erhölls från en lutande serie. Det krökningsberoende arrangemanget av septinfilamenten visualiserades genom svepelektronmikroskopi.Vid låg förstoring var ett vågigt mönster med periodiciteten hos negativa och positiva krökningar synligt. Den ultrastrukturella organisationen av septinfilamenten betraktades vid högre förstoring. NOA måste försiktigt skalas av för att förhindra nedbrytning.Efter avbildning kan viss bildanalys utföras för att kvantifiera de ultrastrukturfunktioner som visualiseras av SCM, såsom filamentavstånd och orientering av filamentet. Den nuvarande metoden har tillämpats på septiner, men den kan också användas för andra cytoskelettproteiner eller proteiner som organiserar så långa trådar och därmed är känsliga för krökning.

Research

JoVE Journal

Biology

Bottom-Up In Vitro Methods to Assay the Ultrastructural Organization, Membrane Reshaping, and Curvature Sensitivity Behavior of Septins

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

Testa Visual Känsligheten för hastighet och rörelseriktning i Ödlor

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

Protein Membrane Overlay Assay: A Protocol to Test Interaction Between Soluble and Insoluble Proteins in vitro

Protein Membrane Overlay Assay: A Protocol to Test Interaction Between Soluble and Insoluble Proteins in vitro

Protein Membrane Overlay-analys: Ett protokoll till Test Interaktion mellan lösliga och olösliga proteiner In vitro</em

Validating interactions between different proteins is vital for investigation of their biological functions on the molecular level.  There are several ...

Bottom-up and Shotgun Proteomics to Identify a Comprehensive Cochlear Proteome

Bottom-up och Shotgun Proteomics att identifiera en omfattande Cochlear Proteome

Proteomics is a commonly used approach that can provide insights into complex biological systems. The cochlear sensory epithelium contains receptors that ...

Who is Who? Non-invasive Methods to Individually Sex and Mark Altricial Chicks

Vem är vem? Icke-invasiva metoder för att individuellt Sex och Mark altricial Chicks

Many experiments require early determination of offspring's sex as well as early marking of newborns for individual recognition. According to animal ...

In vitro Methylation Assay to Study Protein Arginine Methylation

In vitro Methylation Assay to Study Protein Arginine Methylation

In vitro Metylering analys för att studera protein Arginin Metylering

Protein arginine methylation is one of the most abundant post-translational modifications in the nucleus. Protein arginine methylation can be identified ...

Microperfusion Technique to Investigate Regulation of Microvessel Permeability in Rat Mesentery

Mikroperfusionskammarens Teknik för att undersöka Reglering av mikrokärls permeabilitet i Rat krös

Experiments to measure the permeability properties of individually perfused microvessels provide a bridge between investigation of molecular and cellular ...

In Vitro Assay to Measure Phosphatidylethanolamine Methyltransferase Activity

In Vitro Assay to Measure Phosphatidylethanolamine Methyltransferase Activity

In vitro-analys för att mäta Fosfatidyletanolamin Methyltransferase aktivitet

Phosphatidylethanolamine methyltransferases are biosynthetic enzymes that catalyze the transfer of one or more methyl group(s) from ...

Methods to Discover Alternative Promoter Usage and Transcriptional Regulation of Murine Bcrp1

Metoder för att upptäcka alternativa Promoter Användning och transkriptionsreglering av murin Bcrp1

Gene expression in different tissues is often controlled by alternative promoters that result in the synthesis of mRNA with unique &#8212; usually ...

Complete Workflow for Analysis of Histone Post-translational Modifications Using Bottom-up Mass Spectrometry: From Histone Extraction to Data Analysis

Komplett arbetsflöde för analys av Histon posttranslationella modifieringar med botten upp masspektrometri: Från Histon Extraction till dataanalys

Nucleosomes are the smallest structural unit of chromatin, composed of 147 base pairs of DNA wrapped around an octamer of histone proteins. Histone ...

In Vitro SUMOylation Assay to Study SUMO E3 Ligase Activity

In Vitro SUMOylation Assay to Study SUMO E3 Ligase Activity

In Vitro SUMOylation Assay att studera SUMO E3 Ligase aktivitet

Small ubiquitin-like modifier (SUMO) modification is an important post-translational modification (PTM) that mediates signal transduction primarily ...