Aquí, presentamos un protocolo experimental que se puede emplear para determinar las afinidades de Unión y modo de interacción de etiqueta-libre fosfolípido-proteína anexina A2 con bicapas de sólido apoyo inmovilizados (SLB) midiendo simultáneamente la absorción de masa y las propiedades viscoelásticas de la proteína anexina A2.
La técnica de microbalanza disipante cristal de cuarzo es un enfoque simple y sin etiqueta para medir simultáneamente las propiedades de masa absorción y viscoelásticas de la masa absorbida/inmovilizado en las superficies de sensor, lo que permite las mediciones de la interacción de proteínas con superficies de apoyo sólido, como bicapas de lípidos, en tiempo real y con una alta sensibilidad. Anexinas constituyen un grupo altamente conservado de fosfolípidos-proteínas que interactúan reversiblemente con la contiene carga negativa a través de la coordinación de iones calcio. Aquí, describimos un protocolo que se utilizó para analizar cuantitativamente la Unión de la anexina A2 (AnxA2) en bicapas lipídicas planares preparados sobre la superficie de un sensor de cuarzo. Este protocolo está optimizado para obtener datos reproducibles y robustos e incluye una descripción detallada paso a paso. El método puede aplicarse a otras proteínas de unión a membrana y la bicapa composiciones.
Las membranas celulares son estructuras muy dinámicas y complejas. La mezcla compuesta de lípidos de membrana, junto con proteínas de la membrana periférica o integralmente asociados, Monte en forma microdominios. La organización tempo-espacial coordinada de estos microdominios de membrana está implicada en procesos fisiológicos fundamentales1. Membrana microdomain dinámica es conducido por la interacción de los lípidos de membrana, así como por la capacidad de las proteínas de la membrana periférica para reconocer e interactuar con lípidos enriquecidos en los microdominios. El reclutamiento de las proteínas de los lípidos específicos suele ser alcanzado a través de lípidos-módulos de reconocimiento, tales como la homología de pleckstrin (PH) o los dominios C22,3. Métodos de análisis biofísicos con membranas modelo son clave para entender los principios fundamentales que rigen estos procesos a nivel molecular.
Anexinas, una gran familia de multigene, son bien conocidos por su capacidad enlazar a lípidos de la membrana negativamente cargada, predominante de fosfatidilserina (PS), en un Ca2 +-controlado de la forma2. El segundo sello de la familia de la anexina es la presencia de un segmento estructural conservada, la anexina repetir, es decir presente cuatro u ocho veces y alberga el Ca2 +– y de sitios de unión a fosfolípidos4. El Ca2 +-interacción lípido dependiente coloca las anexinas en una posición perfecta para sentir y transmitir Ca2 +-mediada de señalización a las membranas del destino. Constantemente, anexinas son capaces de inducir la formación de microdominios enriquecidos en colesterol, fosfatidilinositol-4, 5-bifosfato (PI (4,5) P2) y PS, en la membrana celular y artificial sistemas5. Este protocolo describe un enfoque para analizar la interacción de membrana anexina con una disipación de la microbalanza de cristal de cuarzo (QCM-D)6,7,8.
El componente básico de este microbalanza es un cristal oscilante que sirve como la superficie del sensor. La adsorción o atascamiento de las moléculas de la superficie del sensor disminuye la frecuencia de resonancia (f) proporcional al aumento en la masa. Si la superficie es uniformemente cubierto con una película, la Unión de sustancias adicionales puede interferir con la integridad estructural de esta capa, y pueden controlarse además tales cambios en viscoelasticidad (el factor D de la disipación energética). Esta es una técnica generalizada para el estudio de la interacción de proteínas con bicapas de lípidos. En este enfoque, vesículas de lípidos se absorben en la superficie del sensor adecuadamente cubierto. Formación de bilayer del lípido es favorable en materiales basados en sílice9,10, como las vesículas no rompen a menudo en otras superficies hidrofílicas, como oro11 oxidado después de exposición al UV-ozono, TiO212o Al 2O313. La ruptura de las vesículas coalescentes lanza la fase acuosa, conduciendo a cambios característicos en la masa y disipación. La generación de apoyo sólido bicapas (SLB) por fusión de la vesícula es simple y robusto y puede utilizarse para generar modelos complejos que imitan a las membranas celulares.
Microbalanza disipante cristal de cuarzo es una técnica sensible y sin etiqueta. Una gran ventaja es la posibilidad de cubrir cualquier material que genera una película lo suficientemente fina en la superficie, proporcionando una amplia gama de aplicaciones en áreas de investigación diversas. La interacción de la proteína de la membrana se observa en tiempo real, y los resultados pueden ser analizados directamente. La misma superficie del sensor puede ser utilizada en mediciones sucesivas (después de realizar una limpieza mínima como se describe en este protocolo), permitiendo así precisos controles internos y una comparabilidad entre los analitos.
Para responder preguntas acerca de la relación estructura-función de las membranas celulares de manera cuantitativa y cualitativa, célula biología ganancias enormemente de la utilización de métodos biofísicos en basan bien establecidas y ampliamente utilizan técnicas , incluyendo atómica microscopía (AFM), resonancia de plasmón superficial (SPR), la fuerza y la técnica de QCM-D empleada aquí. Hemos demostrado en estudios anteriores que se unen a proteínas anexinas en Ca2 +-manera dependiente a la membrana inmovilizada con alta afinidad. Utilizamos frecuencias y disipación de turnos de los armónicos 7 (Δf7) porque esta representa el mejor compromiso de detección sensibilidad y oscilación estabilidad.
Esta técnica también permite una descripción cuantitativa de la interacción de la proteína de la membrana. AnxA2 Unión a la membrana se caracteriza por cooperatividad positiva que es mediada por el dominio conservado de núcleo anexina y depende de la presencia de colesterol. Los datos cuantitativos obtenidos para AnxA2 y AnxA8 están registrados en detallan en otra parte6,8.
Hay muchos pasos críticos en este protocolo. Uso de los liposomas inmediatamente; de lo contrario, podrían fusible de pequeñas vesículas en vesículas más grandes con menos tensión de la superficie, conduciendo a la inhibición de la formación de la bicapa de lípidos. Mantener una temperatura constante durante las mediciones. Cada pequeña desviación en la temperatura resulta en un cambio de frecuencia y disipación no despreciable. Evitar burbujas de aire; de lo contrario, el sistema es inestable y no establecerá una línea de base.
La ecuación de Keiser permite la conversión directa de la frecuencia observada cambia en los cambios en masa y por lo tanto, es ampliamente utilizado. Sin embargo, la asunción de una correlación lineal entre el cambio en la frecuencia de resonancia y la masa adicional sólo es válida para componentes formando una película rígida y uniforme en la superficie del sensor. La ecuación de Keiser no puede utilizarse para viscoelástico adsorbentes tales como películas de proteína rica en agua, capas de lípidos con agua incorporada, o incluso adsorbe las células. Aquí, se requieren modelos matemáticos más complejos. Por lo tanto, es extremadamente importante controlar simultáneamente los cambios en frecuencia y disipación. Para detectar cambios estructurales durante la medición, se pueden trazar relaciones de ΔD frente a Δf, con una línea recta no indicando ningún cambio conformacional.
Una gran ventaja de esta técnica es la posibilidad de utilizar una gama muy amplia de materiales como sustratos. Por otra parte, es un método confiable y directo para el estudio de una amplia gama de interacciones macromoleculares, como la formación adecuada de las películas de recubrimiento de la superficie (como SLB), así como de otras interacciones proteína-lípido, puede ser monitoreado en línea.
Este protocolo puede ser aplicado a otras proteínas de membrana interactuando, por ejemplo, la barra de proteínas de dominio19, la ERM (ezrin, radixin y moesin) familia de proteínas que tiene un papel importante en la membrana-citoesqueleto acoplamiento20,21 ,22, o proteínas que contienen dominios C2 o el PH. Por otra parte, una amplia gama de aplicaciones de esta técnica para el estudio de materiales biológicos ha sido con éxito publicada, como una plataforma experimental adecuada para el estudio de las interacciones de asambleas macromoleculares más complejas o incluso estableciendo QCM las células de23,24.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue financiado por la Deutsche Forschungsgemeinschaft subvenciones SFB 858/B04, EXC 1003, SFB 1348/A04 y SFB 1348/A11.
Chemicals | |||
Calciumchloride | Merck | 017-013-00-2 | 99% |
Chloroform | Roth | 4432.1 | 99% |
DOPC | Avanti | 850375P | |
EGTA | PanReac AppliChem | A0878 | 99% |
HEPES | PanReac AppliChem | A1069 | |
Methanol | PanReac AppliChem | A3493 | |
PiP2 | Avanti | 850155P | |
POPC | Avanti | 850457P | |
POPS | Avanti | 840034P | |
Sodiumchloride | PanReac AppliChem | A1149 | |
SDS | Roth | 183 | |
Trisodium citrate | PanReac AppliChem | A3901 | |
Equipment | |||
Extruder Liposofast | Avestin | ||
Qsense E4 Analyzer | Qsense | ||
QSense Dfind | Qsense | ||
Pump IPC 4 | Ismatec | ISM 930 | |
QSX 303 SiO2 Silicon dioxide 50nm | Qsense | QSX 303 | |
PC Membranes 0.05μm | Avanti polar lipids | 610003 | |
OriginPro | OriginLab Corporation | Version 8 and 9 |