형광 기반 얼음 비행기 선호도에 의해 부동액 단백질의 얼음 결합 평면 결정
Summary
부동액 단백질(AfP)은 얼음 의 특정 평면에 결합하여 얼음 성장을 방지하거나 느리게 합니다. 형광계 얼음 비행기 선호도(FIPA) 분석은 AFP 바인딩 된 얼음 비행기의 측정을위한 원래 얼음 에칭 방법을 수정한 것입니다. AFP는 형광으로 표시되고, 거시적 단일 얼음 결정에 통합되고, UV 빛 아래에서 시각화됩니다.
Abstract
부동액 단백질(Afp)은 내부 얼음 성장을 방지하거나 늦추기 위해 다양한 냉강한 유기체로 표현됩니다. AFP는 얼음 바인딩 표면을 통해 특정 얼음 평면에 바인딩합니다. 형광 계 얼음 평면 선호도 (FIPA) 분석은 AFP가 결합하는 얼음 비행기를 결정하는 데 사용되는 수정 된 기술입니다. FIPA는 AFP 바인딩 된 얼음 비행기를 결정하기위한 원래의 얼음 에칭 방법을 기반으로합니다. 실험 시간이 단축된 후 선명한 이미지를 생성합니다. FIPA 분석에서 AFP는 키메라 태그 또는 공유 염료로 형광으로 형광으로 표시된 다음 천천히 거시적 단일 얼음 결정으로 통합되어 반구로 미리 형성되어 a-및 c-축을결정합니다. AFP 바인딩 된 얼음 반구는 비특이적 인 빛을 차단하기 위해 필터를 사용하여 AFP 바인딩 평면을 시각화하기 위해 UV 빛 아래 이미지입니다. AFP의 형광 라벨링을 통해 AFP흡착을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 레이블은 AF가 바인딩하는 비행기에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. FIPA 분석은 또한 결합 평면을 차별화하는 데 도움이 동일한 단일 얼음 결정에 서로 다른 태그가 달린 AFP를 바인딩하는 옵션을 소개합니다. FIPA의 이러한 응용 프로그램은 AFP가 성장을 중지얼음에 바인딩하는 방법과 많은 AFP 생산 유기체가 여러 AFP 동위 형태를 표현하는 이유에 대한 우리의 이해를 발전시키는 데 도움이됩니다.
Introduction
부동액 단백질 (AfP)의 생산은 얼음이 가득한 환경에 사는 일부 유기체의 중요한 생존 메커니즘입니다. 최근까지, AFP의 유일한 기능은 혈액 순환을 막고 조직 손상을 일으키고 삼투압을 유발하는 내부 얼음 결정의 성장을 방지하거나 늦추는 것이라고 생각되었습니다. 물고기와 같은 동결정도를 견딜 수 없는 유기체는 얼음 결정 성장을 완전히 저해하기 위해 AFP를발현한다 1. 잔디와 같은 다른 것들은 동결 관용이며 조직에 큰 얼음 결정의 형성을 감소시키는 얼음 재결정을 억제하기 위해 AFP를 발현한다2. 저온에서 멤브레인의 안정화는 AFP3에대해 제안된 또 다른 기능이다. 최근, 얼음으로 덮인 황천 호수4에서남극 박테리아 마리노모나스 원시인의AFP에 대한 새로운 역할이 제안되었습니다. 이 AFP는 훨씬 더 큰 접착 단백질의일부입니다 5 산소와 영양소에 더 나은 액세스를 위해 얼음에 박테리아를 부착 하는 것으로 생각 되는6. 그밖 미생물은7에사는 얼음의 구조물을 바꿀 수 있는 AFP를 분비하기 위하여 알려지고 있습니다.
일부 물고기, 곤충, 식물, 조류, 박테리아, 규격 및 곰팡이에서 Afp가 발견되었습니다. 그들은 여러 경우에 다른 선조에서 그들의 진화와 일치 하는 현저하게 발산 순서와 구조; 그러나 그들은 모두 얼음에 결합하고 흡착 억제 메커니즘 8에 의해 성장을억제한다. AFP에는 각각 얼음 바인딩 사이트(IBS)의 역할을 하는 특정 표면이 있습니다. 이들은 전형적으로 표면 잔류물의 사이트 지시 돌연변이 발생에 의해 확인되었습니다9-11. IBS는 얼음의 특정 평면과 일치하는 얼음 모양의 패턴으로 물 분자를 배열하는 가설입니다. 따라서 AFP는5, 12에바인딩하기 전에 리간드를 형성한다. 얼음 비행기는 밀러 지수에 의해 정의될 수 있으며, 다른 AFP는 다른 평면에 묶을 수 있습니다. 따라서, 겨울 가마에서 타입 I AFP는 20-21 피라미드 평면(13)에바인딩, 유형 III AFP는 복합 얼음 바인딩 표면을 사용하여 기본 프리즘과 피라미드 평면을 모두 결합11,14,가문비 나무 budworm AFP, 활동적인 AFP, 기본 및 기저 평면 모두에 동시에 결합15,16. MpAFP와 같은 다른 활동적인 AFP는 단일 얼음 결정 반구5,17의완전한 커버리지에 의해 표시된 바와 같이 여러 얼음 비행기에 결합합니다. 기저 평면뿐만 아니라 다른 평면을 묶는 활동적인 AFP의 능력이 적당히 활성18을통해 10 배 더 높은 활동을 차지할 수 있다고 가설이 있습니다. 활동적인 AF의 효율성은 잘 문서화되어 있지만 여러 얼음 비행기에 결합하는 능력은 아직 이해되지 않습니다.
AFP 바인딩 얼음 비행기를 결정하는 원래 방법은 찰스 나이트에 의해 개발되었다13,19. 이 방법에서 거시적인 단일 얼음 결정은 중공 금속 막대 (차가운 손가락)에 장착되어 탈가스물로 채워진 반구 컵에 침수하여 반구로 형성됩니다. 이어서, 반구는 AFP의 희석용액으로 침수되고, 차가운 손가락을 통해 순환하는 에틸렌 글리콜의 온도에 의해 제어되는 몇 시간 동안 AFP 용액에서 얼음 결정 반구로 얼음층이 재배된다. 얼음 결정은 용액에서 제거되고, 차가운 손가락에서 분리하고- 10 ~ -15 °C 냉동실에 놓습니다. 표면은 부동액 단백질 용액의 냉동 표면 필름을 제거하기 위해 날카로운 블레이드로 긁어 내고 얼음 결정은 적어도 3 시간 동안 승화 할 수 있습니다. 승화 후, AfP에 의해 결합된 얼음 비행기는 잔류 단백질에서 파생된 백색 에칭 패턴으로 볼 수 있다. 얼음 반구는 c-축및-축을 향하여 얼음의 기저 및 프리즘 평면을 찾고 에칭 패치의 밀러 지수를 결정할 수 있습니다.
여기서우리는 형광기반 얼음 평면 친화성(FIPA)11로지칭하는 방법인 얼음의 AFP 바운드 평면을 결정하는 본래 방법의 수정을 설명한다. AfPs는 녹색 형광 단백질 (GFP)11,16,17,20과같은 키메라 태그 또는 AFP5,21에공유결합된 형광 염료로 형광으로 표시된다. 형광으로 표시된 AfP는 단일 얼음 결정으로 흡착되고 원래얼음 에칭 실험과 동일한 실험 절차를 사용하여 자란다. 성장하는 얼음 반구에 결합하는 AFP의 범위는 자외선(UV) 램프를 사용하여 실험 전반에 걸쳐 모니터링될 수 있다. 실험이 완료되면 반구는 차가운 손가락에서 직접 분리하고 승화없이 이미지화 될 수 있습니다. 그러나 원하는 경우 반구를 상화하여 기존의 얼음 식각을 시각화할 수 있습니다. FIPA 방법론에 도입된 수정은 기존의 얼음 에칭 프로토콜을 몇 시간 단축시합니다. 또한, AFP 바인딩 된 얼음 비행기의 중복 패턴을 시각화하기 위해 서로 다른 형광 라벨을 가진 여러 AfP를 동시에 이미징 할 가능성이 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
AFP 바인딩 아이스 비행기의 결정에 대한 찰스 나이트에 의해 얼음 에칭 방법의 개발은 크게 AFP에 의해 얼음 바인딩의 메커니즘에 대한 연구를 고급. Afp의 구조는 X 선 결정학26,27에 의해 해결 될 수있는 반면 AFP가 결합하는 얼음에 보완 표면을 추론하는 명백한 방법은 없었다. 겨울 가자미에서 I 타입 I AFP가 처음에 특징지어졌을 때, 얼음28의주요 프리즘 비행기에 결합하는 것이 가?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
PLD는 단백질 공학에서 캐나다 연구 위원장을 보유하고 있습니다. 이 작품은 PLD에 건강 연구의 캐나다 연구소에서 보조금에 의해 지원되었다. 이 연구는 또한 일본 과학진흥협회(JSPS)(제23310171호)와 일본 바이오 중심기술연구진흥기관(BRAIN)의 과학연구를 위한 보조금 지원에도 의해 지원되었습니다. 우리는 FIPA로 이어진 선구적인 작업에 대한 박사 크리스 마샬과 마이크 쿠이퍼에 감사드립니다. 우리는 또한 이 사업의 일부에 대한 시설을 제공하고 형광 광 여기 및 방출 필터를 설정한 로리 그레이엄 박사님께 도리어 사카에 츠다 박사님께 감사드립니다.
Materials
| NESLAB RTE Refrigerating Bath/Circulators | Thermo Scientific | RTE7 | |
| Ethylene glycol, Premixed Antifreeze/Coolant | Certified | 29-3037-0 | Common automotive antifreeze |
| Cold finger | not available | not available | Custom made with brass (9 cm long, 1.5 cm outer diameter) |
| Hemispherical cup | not available | not available | Custom made with resin (8 cm outer diameter, 6 cm inner diameter) |
| High Dual Output Lighting System | Lightools Research | LT-99D2, Illumatools DLS 120 volts AC, LT-9470FX, LT-9549FX | Additional and custom excitation filters can be purchased from Lightools Research |
| Camera | Canon | EOS 50D | |
| Emission Filters | Lightools Research | LT-9EFPVG, LT-9GFPVG, LT-9RFPVG | Filter ring adapter may be required to fit filter onto camera lens |
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