Visualizzazione del virus HIV-1 gag rilegatura a Giant unilamellari vescicole (GUV) Membrane

dell'immunodeficienza umana di tipo 1 del virus (HIV-1) è un virus con involucro che assembla a gemme e dalla membrana plasmatica (PM) nella maggior parte dei tipi di cellule. L'assemblaggio del virus HIV-1 particelle virali è guidato dal 55 kDa proteina virale chiamata nucleo Pr55 ^Gag (Gag). Gag è sintetizzato come un precursore poliproteico composta da quattro principali domini strutturali, ovvero matrice, capside, nucleocapside e p6, nonché peptidi due distanziatori SP1 e SP2. Durante il montaggio, la matrice (MA) dominio è responsabile per il targeting di Gag al sito di assemblaggio, il capside (CA) dominio media interazioni-Gag Gag, il nucleocapside (NC) dominio recluta virale di RNA genomici, e fattori dell'ospite p6 reclute che aiuti scissione particella del virus dalla membrana plasmatica. Gag subisce anche una modifica co-traslazionale mediante aggiunta di un acido grasso 14-carbonio o miristato porzione al suo N-terminale.

legame di Gag membrana è un requisito essenziale per l'assemblaggio virale, poiché mutants che sono difettosi in membrana vincolante non riescono a produrre particelle virali. Noi e altri hanno dimostrato che il legame di Gag è mediata da segnali bipartite all'interno del dominio MA membrana: la frazione miristato N-terminale che media interazioni idrofobiche con il doppio strato lipidico e un gruppo di residui di base all'interno del dominio MA definito come regione altamente di base ( HBR) che interagisce con i lipidi acidi sul PM ^1-4. Studi di Gag-membrana interazioni con l'espressione ectopica di polifosfoinositidi 5-fosfatasi IV (5ptaseIV), un enzima che catalizza l'idrolisi di PM-specifica acida phosphatidylinositol- fosfolipidi (4,5) -bisphosphate [PI (4,5) P _2] per fosfatidilinositolo-4-fosfato, in cellule suggerito che Gag-PM localizzazione è mediata da PI (4,5) P ₂ ^3,5. Tuttavia, gli studi in vitro che mira a comprendere i dettagli più meccanicistici di Gag-PI (4,5) P ₂ interazioni hanno dimostrato di essere difficile per una serie di motivi. Peresempio, purificazione di full-length myristoylated HIV-1 Gag per esperimenti biochimici è stato tecnicamente difficile almeno in parte a causa della tendenza di Gag ad aggregarsi durante la purificazione. Quindi, le forme tronche di HIV-1 gag, come Myr-MA o Myr-MA-CA, o la forma non myristoylated sono stati spesso utilizzati in studi che necessitano di purificazione Gag (ad esempio, la risonanza magnetica nucleare, footprinting proteine, e la superficie risonanza plasmonica ^6-9). In alternativa, accoppiato で reazioni di trascrizione-traduzione in vitro sono stati utilizzati per produrre full-length myristoylated HIV-1 Gag in altri studi biochimici ^1,2. Tipicamente in questo sistema, un plasmide Gag-codifica è trascritta e tradotta con lisati cellulari eucariotiche (per esempio, lisati di reticolociti di coniglio) che sono privi di qualsiasi membrane cellulari e RNA messaggeri ma contengono i meccanismi di trascrizione e traduzione. Dopo la reazione, lisati cellulari contenenti Gag sono mescolati con membranes per l'analisi delle interazioni Gag con i lipidi. Oltre alla facilità di preparazione integrale myristoylated Gag, metodi che utilizzano il sistema di traduzione in vitro trascrizione hanno un vantaggio che la sintesi Gag e successiva membrana reazioni di legame si verificano in un ambiente 'eucariotica citosol-like' che possono rappresentare le condizioni fisiologiche. Questa struttura ha contribuito agli studi che hanno dimostrato che le molecole di RNA legate al dominio MA regolano Gag legame con lipidi acidi in modo competitivo ^1,2,10-12. Tuttavia, poiché la quantità totale di proteine ​​Gag ottenuti in questi lisati cellulari non sono elevati, marcatura metabolica delle proteine ​​con amminoacidi radiomarcati necessarie per il loro rilevamento.

A seconda del metodo per misurare le interazioni Gag-lipidi, sono stati utilizzati una varietà di preparazioni di membrane. Ciascuno di questi metodi ha i suoi punti di forza e limiti. La maggior parte dei test NMR basati richiedono l'uso di lipidi con brevi acilecatene che sono solubili in acqua (per esempio, C4- e C8-PI (4,5) P ₂₎ ^6,8. Mentre i metodi NMR per testare legame di Gag ai lipidi che hanno catene acile da tempo trovato nelle cellule sono in fase di sviluppo, sono stati utilizzati soltanto con myristoylated o nonmyristoylated MA finora ^8,13. In alternativa, liposomi preparati da lipidi che hanno catene lunghezza acilici nativi sono stati utilizzati in metodi biochimici come flottazione liposomi o fluorescenti tallone liposoma analisi di legame ^{2,3,10,14-16.} Tuttavia, liposomi usati in questi test hanno piccolo diametro, e quindi le loro membrane hanno curvature ripidi e positivi. Al contrario, durante la prima fase di assemblaggio delle particelle nelle cellule HIV-1-infetti, Gag lega al PM, che è quasi planare sulla scala di Gag, e, successivamente, induce curvatura negativa durante erba. Pertanto, le membrane liposomi con curvatura ripida e positivo potrebbe non essere doppi strati lipidici ideali per studiare le interazioni Gag-lipidico. Per quanto riguarda i liposomi flotsaggi ation, un altro potenziale avvertimento è che l'esposizione di complessi Gag-lipidi a gradiente di saccarosio ipertonico durante la centrifugazione possono influenzare l'esito sperimentale. Per alleviare queste limitazioni e fornire un sistema sperimentale complementare, saggi per Gag legame giganti vescicole unilamellari (GUVs) sono stati sviluppati negli ultimi anni. GUVs sono vescicole doppio strato lipidico singoli i cui diametri estendersi a diverse decine di micrometri. Così, la curvatura di queste membrane analogo al PM sulla scala di Gag. Inoltre, grazie alle sue grandi dimensioni, che consente il controllo visivo in microscopi ottici, membrana vincolante proteine ​​Gag di fluorescenza etichettati o etichettati a queste vescicole sulla miscelazione può essere facilmente determinato senza successiva elaborazione di complessi Gag-lipidici.

Abbiamo qui descritto un protocollo per studiare l'HIV-1 gag membrana vincolante utilizzando GUVs ottenuti da un metodo electroformation. Vari metodi come dolce idratazione, idratazione gel-assistita, microfonogetto rofluidic e electroformation ^17-22 sono stati utilizzati per ottenere GUVs. Per il protocollo qui descritto, il metodo electroformation è utilizzato principalmente per la sua efficacia nel formare GUVs con lipidi acide e la sua relativa facilità di utilizzo, senza la necessità di configurazioni costosi. Dal momento che la visualizzazione di Gag necessita di un reporter fluorescente, giallo proteina fluorescente (YFP) è geneticamente aggiunto al C-terminale di Gag (Gag-YFP). Proteine ​​Gag-YFP sono ottenute in vitro trascrizione e traduzione reazioni で a grano lisati germinali basato sulla tecnologia continuo scambio-flusso continuo (CECF). In questa tecnologia, sia la rimozione di sottoprodotti inibitori delle reazioni e fornitura di substrati di reazione e componenti energetiche vengono raggiunti in un meccanismo di dialisi a base. Per queste reazioni, è utilizzato un plasmide codificante Gag-YFP sotto il controllo di un promotore T7. Da segnalare, come illustrato in precedenza, lisati di germe di grano supportano myristoylation senza componenti aggiuntivi ²3,24. Utilizzando questo metodo, è stato possibile ottenere una quantità sufficiente di full-length myristoylated Gag-YFP per la visualizzazione di Gag sulle membrane GUV ^24. Qui si descrive il protocollo con cui legame HIV-1 gag a PI (4,5) _P2 -contenenti membrane GUV può essere esaminato senza lunghe successiva elaborazione seguenti reazioni vincolanti e proporre che questo metodo complementare preesistente Gag-membrana test impegnativi e possono essere esteso a comprendere ulteriormente l'HIV-1 gag-membrana vincolante.