JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

الأمثل تلطيخ سلبي: بروتوكول عالية الإنتاجية للدراسة صغيرة وغير المتناظر هيكل البروتين بواسطة المجهر الإلكتروني

Published: August 15, 2014
doi:
10.3791/51087
, ,
1Lawrence Berkeley National Laboratory,The Molecular Foundry

Summary

أكثر من نصف البروتينات هي بروتينات صغيرة (الكتلة الجزيئية <200 كيلو دالتون) التي تم تحدي لكل من الإلكترون التصوير المجهر وإعادة بناء ثلاثية الأبعاد. الأمثل تلطيخ السلبية هو بروتوكول قوية وعالية الإنتاجية للحصول على صور عالية التباين والبروتينات غير المتماثلة الصغيرة أو المجمعات تحت الظروف الفسيولوجية المختلفة مرتفعة نسبيا القرار (~ 1 نانومتر).

Abstract

تقرير الهيكلي من البروتينات وليس تحديا للبروتينات مع الجماهير الجزيئية بين 40-200 كيلو دالتون. وبالنظر إلى أن أكثر من نصف البروتينات الطبيعية لديهم الكتلة الجزيئية بين 40-200 كيلو دالتون 1،2، هناك حاجة إلى وسيلة قوية والإنتاجية العالية مع قدرة قرار نانومتر. تلطيخ السلبية (NS) المجهر الإلكتروني (EM) هو نهج سهلة وسريعة، والنوعي الذي كثيرا ما تستخدم في مختبرات الأبحاث لدراسة بنية البروتين والبروتين البروتين التفاعلات. للأسف، NS البروتوكولات التقليدية كثيرا ما تولد التحف الهيكلي على البروتينات، وخاصة مع البروتينات الدهنية التي تشكل عادة تقديم الأعمال الفنية النضائد. باستخدام صور من البروتينات الدهنية من البرد الإلكترون المجهري (البرد EM) كمعيار، تم فحص المعايير الرئيسية في NS ظروف التحضير عينة مؤخرا وتحدثت باسم NS بروتوكول الأمثل (OpNS)، والبروتوكول التقليدي NS تعديل 3. التحف مثل ريال عمانيuleaux يمكن الحد بشكل كبير من قبل OpNS، بالإضافة إلى توفير التباين العالي مع معقول عالية الدقة (بالقرب من 1 نانومتر) وصور للبروتينات صغيرة وغير المتماثلة. هذه الصور عالية الدقة وعالية التباين، بل هي مواتية للبروتين الفردي (كائن واحد، أي المتوسط) إعادة الإعمار 3D، مثل 160 كيلو دالتون الأجسام المضادة، من خلال طريقة التصوير المقطعي الإلكترون 4،5. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تكون أداة OpNS الإنتاجية العالية لفحص مئات العينات من البروتينات الصغيرة. على سبيل المثال، تضمنت آلية المنشورة سابقا من 53 كيلو دالتون البروتين نقل الكوليسترول استر (CETP) الفحص والتصوير من مئات العينات 6. النظر في البرد EM نادرا بنجاح الصور البروتينات أقل من 200 كيلو دالتون له بعد نشر أي دراسة شملت فحص أكثر من مائة عينة الظروف، فمن الإنصاف أن يدعو OpNS طريقة الإنتاجية العالية لدراسة البروتينات الصغيرة. نأمل بروتوكول OpNS المعروضة هنا يمكن أن تكون أداة مفيدة لدفع حدود EM وتسريع الدراسات EM في هيكل بروتين صغير، وديناميات وآليات.

Introduction

فهم وظيفة البروتين يتطلب معرفة بنية البروتين. تقرير الهيكلي تحديا للبروتينات التي تقع ضمن الجماهير الجزيئية 40 – 200 كيلو دالتون. البلورات بالأشعة السينية يقتصر بواسطة بروتين التبلور. الرنين النووي المغناطيسي (NMR) مطياف يقتصر على الجماهير الجزيئية أقل من 40 كيلو دالتون، في حين المجهري البرد الإلكترون (البرد EM) لديه صعوبة في الحصول على الصور على حد سواء وثلاثية الأبعاد (3D) إعادة بناء البروتينات الصغيرة التي هي أقل جماهير الجزيئية من 200 كيلو دالتون. والجدير بالذكر أن أكثر من 50٪ بروتينات لها الكتلة الجزيئية ضمن نطاق 40-200 كيلو دالتون 1،2، والطرق الحالية تشكل تحديا في دراسة البروتينات من هذا الحجم، هناك حاجة إلى طريقة جديدة.

على الرغم من أن معظم المجاهر الإلكترونية الإرسال (إحساس الغانيين) قادرة على قرار الذري، أي أفضل من (3) قرار Å، حتى تحقيق بنية القريب قرار نانومتر من العينات البيولوجية هو challen بدلاجينج 7. أضرار الإشعاع والتباين المنخفض، الانحرافات الهيكلية فضلا عن القطع الأثرية مثل الجفاف كل تعيق عالية الدقة TEM التصوير 3،8.

بين النهج TEM مختلفة، البرد EM هو وسيلة متقدمة وأحدث لتحقيق الهياكل قرار ذرية من الجزيئات الكبيرة متماثل للغاية في ظل الظروف الفسيولوجية بالقرب من 9-12. يتم تحضير العينة البرد EM فلاش تجميد محلول العينة، تضمين الجزيئات في الجليد الزجاجي، الذي التقط لاحقا عند درجات الحرارة المبردة مثل النيتروجين أو الهليوم السائل درجات الحرارة 13. البرد EM هو مفيد في تلك العينات وجود أي التحف وهم السكان الأصليون تقريبا في الهيكل 8-12. البرد EM لديها سلبياته: ط) مطلوبة أجهزة إضافية ليتم تثبيتها أو شراؤها للترقية أداة TEM القياسية للقدرة البرد EM. وتشمل الأجهزة: مكافحة contaminator، البرد حامل، جرعة منخفضة من وضع برامج وجرعة منخفضة من سينسيTIVE CCD الكاميرا، على الرغم من أن أسعار هذه الأجهزة هي أقل بكثير من سعر الأداة TEM نفسه؛ ب) تحتاج عملية البرد EM قتا أطول من عملية NS. فحص عينة البرد EM غالبا ما يتطلب وقتا أطول لإعداد العينات وتشغيل أداة TEM من ذلك من NS بسبب البرد EM يتطلب معالجة صعوبات إضافية، بما في ذلك: درجة حرارة النيتروجين السائل العملية، عينة الشحن، والانحراف التصوير، والتدرجات درجة الحرارة، جرعة منخفضة تشغيل النموذج، الحساسيات الإشعاع عينة والقيود الجرعة. وهذه خطوات إضافية تبطئ من سرعة الحصول على بيانات مفيدة مقارنة الحصول على البيانات NS، على الرغم من أن عدد قليل من الصور البرد EM يمكن بالتأكيد الحصول في 1 ساعة أو أقل قبل خبراء البرد EM مع وثيقة أعدت في درجة حرارة التدرج متوازن. ج) للمستخدمين تتطلب تدريبا إضافيا، مثل التعامل مع النيتروجين السائل، وتجميد شبكات البرد EM، عملية جرعة منخفضة، قياس الجرعة، التعامل مع الشحن، والانجراف والمعرفة في بروك التصويرessing. د) عدم وجود التصوير تكرار لنفس العينة-البرد خلال جلسات TEM مختلفة. تلف العينات البرد EM بسهولة عن طريق تلوث الجليد خلال عينة التحميل والتفريغ إلى / من الصك TEM. هذا الضرر هو مصدر قلق خاصة عندما يصعب أن تكون معزولة العينات / تنقيته 14؛ ت) بروتينات صغيرة (<200 كيلو دالتون الكتلة الجزيئية) يتحدون ليمكن تصوير بسبب تباين منخفضة؛ السادس) على النقيض منخفضة وضوضاء عالية من الصور البرد EM يقلل من قيمة عبر ارتباط بين الصور، لذلك، خفض دقة الشاملة في تحديد التوجهات البروتين، التشكل والتصنيفات، وخاصة بالنسبة البروتينات التي هي مرنة هيكليا وتتقلب بشكل طبيعي في حل 4،5.

تلطيخ السلبية (NS) هو أسلوب نسبيا "القديم" والتاريخي الذي أي مختبر، مع أي نوع EM، يمكن الاستفادة لدراسة بنية البروتين. برينر وهورن أول من طور مفهوم سو تلطيخ السلبية قبل نصف قرن لفحص الفيروسات 15. ويتم إنجاز NS من خلال طلاء العينة مع المتهمين أملاح المعادن الثقيلة. هذا المفهوم تأتي أصلا من المجهر الضوئي وممارسة دمج البكتيريا في حل وصمة عار توفير الظلام حول العينات، مما يتيح أعلى تباين الصورة عند عرض صورة سلبية 16. منذ ايونات المعادن الثقيلة لديها قدرة أكبر على تفريق الإلكترونات مقارنة مع أقل كثافة الذرات في البروتينات 17-20، وصمة عار طلاء المعادن الثقيلة يسمح وجود قيود جرعة أعلى مع تحسين التباين. يمكن أن توفر عينة NS صور عالية التباين 8 لتسهيل تحديد اتجاه الجسيمات وإعادة الإعمار 3D من الصور من البرد EM.

NS التقليدية، لسوء الحظ، يمكن ان تنتج القطع الأثرية الناجمة عن التفاعلات وصمة عار البروتين، مثل التجميع العام، التفكك الجزيئي، تسطيح والتراص 8،21،22. لدهن المتعلقة المتواجدالإضافية، مثل البروتينات الدهنية 16،23-30، ونتائج القطع الأثرية المشتركة في الجزيئات التي مكدسة ومعبأة معا في نضائد (الشكل 1) 31-36. العديد من الدراسات البروتين الدهني، مثل nondenaturing التدرج الكهربائي للهلام بولي أكريلاميد، البرد EM يدرس 13،29،37-40، مطياف الكتلة 39،41، والصغيرة بيانات حيود الأشعة السينية زاوية 42 جميع الجسيمات هي جسيمات البروتين الدهني تظهر معزولة بدلا من مكدسة بشكل طبيعي معا تشكيل نضائد 21،29،30،35،42-45. ربما كان السبب في مراقبة تشكل النضائد التي كتبها NS التقليدية من خلال التفاعلات الدينامية بين البروتينات الدهنية تتكون من (APO) apolipoproteins والدهون الفوسفاتية التي تتسم بالمرونة هيكليا في حل 13،29،30،46-49 والحساسية للبروتوكول NS القياسية. للتعرف على هذه الأداة، استخدمت ئي E4 (apoE4) بالميتويل-oleoylphosphatidylcholine (POPC) البروتين الدهني عالي الكثافة (HDL) عينة كعينة اختبار وcryo-EM الصور لقطعة أثرية خالية مستوى 29، وفحص العينات NS أعدت في إطار سلسلة من الشروط. بمقارنة أحجام الجسيمات والأشكال الحصول عليها من البرد وNS-EM، تم العثور على نوع معين من كاشف تلطيخ وتركيز الملح ليكون معلمتين الرئيسية مما تسبب في الظواهر النضائد معروفة. وبالتالي، أفيد بروتوكول الأمثل لتلطيخ السلبية (OpNS).

بواسطة OpNS، تم القضاء على ظاهرة النضائد معروفة من قبل OpNS apoE4 HDL (الشكل 2A). أظهر التحليل الإحصائي OpNS عوائد صور مماثلة جدا (أقل من 5٪ انحراف) في الحجم والشكل مقارنة مع تلك من البرد EM، ولكن تم القضاء على التباين. أجريت على التصديقات من OpNS عن طريق فحص القضاء على قطعة أثرية النضائد ما يقرب من جميع الطبقات أو الفئات الفرعية من عينات البروتين الدهني 6،29،30،50،51، بما في ذلك برنامج عمل ألماتي-I 7.8 نانومتر (الشكل 2B)، 8.4 نانومتر (الشكل 2C) و 9.6 نانومتر دiscoidal أعيد HDL (rHDL) (الشكل 2D)، 9.3 نانومتر كروية rHDL (الشكل 2E)، البشري HDL البلازما (الشكل 2F)، الدهون مجانا برنامج عمل ألماتي-I (الشكل 2G)، HDL البلازما (الشكل 2H)، البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL ) (الشكل 2I)، البروتين الدهني المتوسطة الكثافة (IDL) (الشكل 2J)، البروتين الدهني منخفض الكثافة جدا (VLDL) (الشكل 2K)، وPOPC الحويصلية (الشكل 2L) 30. أجريت التصديقات إضافية عن طريق التصوير بروتينات صغيرة وغير المتماثلة، بما في ذلك 53 كيلو دالتون البروتين نقل الكوليسترول استر (CETP) (الشكل 3A – C) 6،29، ودرجة عالية من المرونة 160 كيلو دالتون مفتش الأضداد (الشكل 4A وباء) 4،5،29 (52 عاما) واثنين من البروتينات الهيكلية المعروفة، GroEL وproteasome (الشكل 2M و N). لطلب أي التحقق من صحة إضافي من جolleagues، ونحن منفتحون على أي الاختبارات العمياء في هذه الطريقة OpNS.

OpNS كبروتوكول عالية الإنتاجية كما تم استخدامها لدراسة آلية البروتين عن طريق فحص مئات العينات من البروتينات الصغيرة، مثل CETP التي كانت ملزمة لبروتينات مختلفة في ظل الظروف سلسلة (بما في ذلك CETP التفاعل إلى 4 فئات من البروتينات الدهنية، معاد HDL، البلازما HDL، LDL وVLDL، مع / بدون 2 الأجسام المضادة، H300 وN13، تحت مرة 9 الحضانة، بما في ذلك 3 دقيقة، 20 دقيقة، 1 ساعة، 2 ساعة، 4 ساعة، 8 ساعة، 24 ساعة، 48 ساعة و 72 ساعة، أقل من 4 نسب الضرس، أي 1: 0.5، 1: 1، 1: 2، 1: 4، و 3 التخفيفات، أي 0.1 ملغ / مل، 0.01 ملغ / مل و 0.001 ملغم / لتر، بالإضافة إلى عينات تحكم إضافية، بما في ذلك CETP وحده، وحده LDL، VLDL وحدها، مع اختبارات ثلاثية من التجارب المذكورة أعلاه من قبل أشخاص مختلفين) 6،29. OpNS صور CETP قدمت الصور عالية التباين مع تفاصيل الهيكلية غرامة معقول. مما يسمح لنا لإعادة بناء بنجاح خريطة 3D كثافة 53 كيلو دالتون SMAليرة لبنانية البروتين CETP (الشكل 3D – F) من خلال إعادة الإعمار جسيم واحد. وعلاوة على ذلك، فإن التباين العالي OpNS الصور توفر لنا إشارة كافية من البروتين الفردية (الشكل 4A – C)، الأمر الذي سمح لنا لتحقيق قرار وسيطة (~ 1.5 نانومتر) من واحد (كائن واحد، أي المتوسط) هيكل مفتش الأضداد 3D عبر طريقة الفرد الجسيمات التصوير المقطعي الإلكترون (IPET) (الشكل 4E – J) 5. تم الإبلاغ عن وصف مفصل لاستراتيجية IPET إعادة الإعمار، والمنهجية، خطوة بخطوة العمليات وتحليل التباين الهيكلي سابقا 4. وكان فيلم عن إجراءات إعادة الإعمار IPET الأجسام المضادة، بما في ذلك الصور الخام والنتائج الوسيطة، خريطة كثافة 3D والالتحام الهيكلي أيضا متاحة للجمهور من خلال تحميلها على موقع يوتيوب 5. مقارنة بين إعادة البناء 3D مختلفة من الأجسام المضادة الجزيئات الفردية يمكن أن تكشف ديناميات البروتين وجالتغييرات onformational خلال التفاعلات الكيميائية 4،5.

وبالنظر إلى أن أكثر من 50٪ من البروتينات لها الكتلة الجزيئية التي تتراوح 40-200 كيلو دالتون 1،2، يدل على نجاح في تصوير هذه البروتينات الصغيرة التي طريقة OpNS هو أداة مفيدة لدفع EM الحدود التقليدية تجاه قرارات هيكلية صغيرة وغير المتماثلة والاكتشافات آلية . وبالتالي، يتم توفير بروتوكول مفصلة على النحو التالي.

Protocol

1. إعداد سلبي الطازجة تلطيخ الحل عند 1٪ (ث / ت) وضع 1 ملغ فورمات اليورانيل (UF) مسحوق في زجاجة تحتوي على 100 مل منزوع الأيونات الماء في غرفة مظلمة أو مربع. تحريك الحل O / N في RT في غرفة / مربع مظلم. التفاف زجاجة حل مع رقائق الألومنيوم لمنع الضوء من ضرب الحل. تصفية الحل شنت بلطف من خلال 0.2 ميكرون (حجم المسام) تصفية على حقنة 5 مل. تم جمع الحل تصفيتها إلى عدة رقائق الألومنيوم المغطاة أنابيب فالكون. ويجب أيضا أن تكون ملفوفة الحقنة فلتر مع رقائق الألومنيوم لمنع التعرض للضوء. تصفية الحل مرة أخرى من خلال 0.02 ميكرون (حجم المسام) مرشح شنت على 1 مل حقنة. وقد تم جمع الحل تصفيتها وقسامة في قارورة 2 مل. المحاقن وقارورة يتم تغطيتها بورق الألمنيوم قبل استخدامها. تجميد قارورة قسامة باستخدام ملقط التعامل معها منذ فترة طويلة غمر قارورة في النيتروجين السائل الحاويات شغل فورابعد أن تم تصفيتها الحل. نقل القنينات المجمدة في الفريزر -80 درجة مئوية لتخزين واستخدام في المستقبل. 2. إعداد محطة العمل تلطيخ السلبية والحضانة محطة العمل ذوبان الجليد قارورة من 1٪ UF حل في حمام مائي وضعت في RT. تأكد من أن رقائق الألومنيوم لا تزال ملفوفة حول القنينة لمنع التعرض للضوء. تصفية الحل هو إذابة تماما بعد ذلك باستخدام رقائق الألومنيوم ملفوفة شنت 1 مل حقنة مع 0.02 ميكرون التصفية. جمع الحل تصفيتها في رقائق الألومنيوم الجديد ملفوفة قارورة، ووضعها على الجليد داخل سقف يغطيها الجليد مربع الانتظار للاستخدام. جعل وحات الحل بواسطة الإصبع دفع ورقة Parafilm طويلة ~ 8 بوصة على سطح لوحة فارغة البروتين التبلور. فإنه سيتم إنشاء الصفوف لوحات دائرية بقطر 5 مم ~. جعل 6 لوحات في كل مكان التوالي لوحات Parafilm على سطح الجليد بالارض داخل الجليد تحتوي علىإيه الغطاء، كمحطة عمل تلطيخ. ماصة ~ 35 ميكرولتر منزوع الأيونات الماء على كل من ترك ثلاث لوحات في كل صف، وماصة ~ 35 ميكرولتر تصفيتها حل UF إلى اليمين ثلاث لوحات في كل صف. تغطية محطة تلطيخ مع غطاء لمنع التعرض للضوء قبل تلطيخ البروتينات. إعداد محطة حضانة شبكة EM عن طريق ملء مربع فارغ في منتصف الطريق مع الثلج، والالتزام بجانب الحظيرة التي يمكن تركيبها على قاعدة المساندة. وضع ملاقط العينة في الحظيرة، والذي نصائح ملاقط "هي بالقرب من سطح الجليد. تغطية نصف نصائح ملاقط من خلال ارتفاع مربع الشفة. مربع الجليد مثالية لجعل محطة حضانة يستخدم وعاء نصائح الماصة فارغة. 3. OpNS عملية توهج في أداء رقيقة فيلم الكربون المغلفة 300 يتناغم شبكات النحاس EM لمدة 10 ثانية. التقاط الشبكة مع ملاقط وملاقط ربط في الحظيرة عن طريق الحفاظ على الشبكة في 45 درجة الميل و1 بوصة فوق الجليدالسطح داخل محطة الحضانة. تمييع عينة بروتين مع Dulbecco والفوسفات مخزنة المالحة (DBPS) في تركيز البروتين النهائي من 0.01 إلى ~ ~ 0.005 ملغ / مل. إيداع ~ 4 ميكرولتر المخفف عينة مباشرة بعد التخفيف على الجانب الكربون من EM الشبكة. (DPBS يمكن تغيير عازلة لآخر إذا كان البروتين حساس للDPBS) احتضان العينة على شبكات EM ل~ 1 دقيقة داخل محطة الحضانة. إزالة الزائد من خلال حل بسرعة لمس حافة الشبكة مع ورق الترشيح. لمس الشبكة بسرعة لأول قطرة (~ 35 ميكرولتر) من سطح الماء النقي فوق ورقة Parafilm الحق بعد إزالة الحل الزائد على الشبكة EM. ثم إزالة الماء الزائد فورا مع ورق الترشيح. كرر الخطوة 3.6 لآخر مرتين عن طريق غسل الشبكة EM على اثنين من قطرات الماء المتبقية على Parafilm (الخطوة 3.6 و 3.7 يمكن تخطي إذا كانت العينة حساسة للغاية في الماء). تعويم GRI EMد مباشرة على سطح أول قطرة من UF حل مباشرة بعد الماء الزائد على الشبكة EM تم إزالتها. ثم احتضان لمدة 10 ثانية. تأكد لإنهاء إجراءات مياه الغسيل داخل 3 ثانية قبل العائمة الشبكة على سطح الحل UF. وأقصر وقت الغسيل، سيكون ذلك أفضل نوعية. تنظيف ملاقط عن طريق اختراق النصائح في ورقة فلتر ل~ 2 – 3 مرات. إزالة الحل الزائد على الشبكة من خلال الاتصال على حافة الشبكة مع ورقة الترشيح، ثم تطفو الشبكة على الهبوط الثاني من UF. مواصلة فوق خطوة 3.10 على الحبرية الثانية. تطفو الشبكة على الحبرية الثالثة من حل UF وتغطية محطة تلطيخ ل~ 1 دقيقة. خطوة اختيارية: غسل الشبكة بسرعة على رأس الماء كما هو موضح في 3.6. وهذه خطوة إضافية يستفيد عينات تحتوي على أكثر من جزيئات الذهب المجانية المحملة أو الخلفية صمة عار. إزالة الحل الزائد عن طريق لمس ورقة الترشيح إلى الالبريد كامل المؤخر شبكة (مقابل الجانب الكربون). تجف الشبكة تحت تيار لطيف من غاز النيتروجين في RT الحق بعد مراقبة الحل لاستيعاب ورقة الترشيح. وضع الشبكة على ورقة من ورق الترشيح داخل طبق بتري، وتغطي طبق جزئيا مع قبعة لتجف لمدة 30 دقيقة على الأقل تحت RT. بالنسبة لبعض العينات، ووضع شبكة في 40 ° C حاضنة الخبز لساعة. تخزين الشبكة في مربع شبكة EM EM لفحص في المستقبل. 4. EM فحص محاذاة TEM بشكل صحيح قبل EM فحص بروتينات صغيرة على الشبكة. مراجعة القرار من أعلى مرئية ثون الدائري الذي هو طيف الطاقة من فيلم الكربون غير متبلور لتحديد ما إذا كان TEM تم محاذاة بشكل صحيح. منذ يتم تقاسم TEM قبل العديد من المستخدمين مختلفة، وغالبا ما لا محاذاة TEM بشكل صحيح. التحقق بعناية من طيف الطاقة على المنطقة فيلم الكربون من العينة لضبط المحاذاة شرطان من الجهاز. أعلى مرئية ثون حلقات هي أفضل من القرار المستهدفة. ملاحظة: وكمثال على التوافق السليم من TEM LaB6 خيوط تعمل تحت 120 كيلو فولت التوتر الشديد، أكثر من 20 ثون حلقات يمكن تصور فيها، وقرار المقابل يمكن أن يكون أفضل من 5.0 Å. وقد تحقق هذا ثون الدائري عن طريق التحويل فورييه من فيلم الكربون غير متبلور تصويرها تحت يزيل التباؤر من ~ 1.6 ميكرون وجرعة من 20.4 ه / A2 (الشكل 5). ملاحظة: من مراقبة عالية الدقة ثون الدائري هو شرط ضروري، ولكنه ليس شرطا كافيا لالمحاذاة الصحيحة. لتحقيق الواقع صور عالية الدقة، والعديد من العوامل الأخرى مهمة أيضا، مثل نوعية العينة، وأضرار الإشعاع، شحن والانجراف وكذلك معدل الجرعة الإضاءة. جلب يزيل التباؤر إلى شبه شيرتسر التركيز لتصوير البروتينات صغيرة على مساحة الملون بشكل مثالي. البحث عن منطقة "جزئيا" لايماجه. عادة ما تقع منطقة ملطخة مثالي بالقرب من حافة منطقة صمة عار سمكا، والتي تبدو مثل منطقة "جزئيا" على الشبكة منذ سمك وصمة عار عادة يست موزعة بالتساوي على الشبكة المغلفة الكربون (الشكل 6). وعادة ما كان التكبير المنخفض (<100X) للمساعدة في العثور على هذه المناطق الغائمة أولا قبل التكبير للتصوير.

Representative Results

تشمل تطبيقات OpNS الامتحانات الهيكلية والمورفولوجية لمختلف أنواع البروتين الدهني مثل: الوليد HDL المؤتلف (rHDL)، HDL المؤتلف كروية، HDL البلازما، LDL، VLDL IDL و(الشكل 2) 30؛ وكذلك البروتينات الصغيرة مثل 53 كيلو دالتون CETP (من بين أصغر البروتينات بنجاح من خلال تصوير EM) (الشكل 3) 6 والأجسام المضادة مفتش 160kDa (واحد من البروتينات الأكثر ديناميكية وغير متجانسة) (الشكل 4) 4،5،29،52 حتى 28 كيلو دالتون الدهون ئي مجانا A-1 (الشكل 2L)، وGroEL وProteasomes (الشكل 2M وN). أمثلة أخرى من OpNS كوسيلة الإنتاجية العالية يدرسون البروتين البروتين التفاعلات لكشف آليات البروتين، مثل 53 كيلو دالتون CETP. كما هو موضح في المقدمة، كيف يتفاعل مع CETP فرعية مختلفة من البروتينات الدهنية كانت investigaتيد عبر فحص أكثر من 400 عينات EM 6 بقدر ما نعلم، لم يكن هناك أي قضية مثل هذه الدراسة البرد EM الذي ينطوي على فحص ما يقرب من مائة ظروف مختلفة. يمكن OpNS توسيع حدود EM لدراسة صغيرة وغير المتناظر هيكل البروتين 3D وحتى تتوسع لتحقيق هيكل 3D تشكيل بروتين واحد والفردية (دون المتوسط). على سبيل المثال، مفتش الأضداد هو 160 كيلو دالتون جزيء مع بنية مرنة للغاية، فيه إعادة الإعمار 3D في قرار وسيط يمثل تحديا لتحقيقه. تم استخدام أسلوب OpNS إلى صورة الأجسام المضادة مفتش الفردية من سلسلة من زوايا إمالة (الشكل 4E وH). الصور معقول عالية الدقة والتباين العالي من البروتين OpNS يسمح لإعادة إعمار الناجح لبروتين واحد من الجسيمات الفردية المقطعي الإلكترون (IPET) (الشكل 4E – J) 4،5. في إعادة الإعمار IPET 3D <suص> 4، الميل 2D سلسلة من الأجسام المضادة المستهدفة هي التي تنسجم تدريجيا إلى مركز عالمي يحسب لها عبر إعادة الإعمار تكرارية لاحقا لتحقيق كثافة 3D بدرجة وضوح 14.1 ~ Å (الشكل 4F وG) 4. من النهج نفسه، أعيد بناء مجمع الأضداد الببتيد واحد، والببتيد التي يسببها التغيير متعلق بتكوين المجال الداخلي لجسيم واحد تم اكتشاف الأجسام المضادة (الشكل 4I وJ، القرار ~ 16.6 Å) 4،5. مقارنة اعادة البناء 3D من الجزيئات الفردية مختلفة، والتحليل البنيوي قد تسمح لنا لكشف البروتين التقلبات الحرارية، وحتى "المفاجئة شوت" المراحل المتوسطة من تفاعل كيميائي 4،5،29،53،54. وباختصار، فإن البروتينات مع الكتلة الجزيئية بين 40 كيلو دالتون – 200 كيلو دالتون تشكل تحديا للامتحانات الهيكلية EM القياسية واعادة البناء. وبالنظر إلى أن أكثر من 50٪من البروتينات لها الكتلة الجزيئية التي تتراوح 40-200 كيلو دالتون 1،2، ونحن التقرير طريقة OpNS كأداة قوية وعالية الإنتاجية لدفع EM الحدود التقليدية تجاه قرارات هيكلية صغيرة وغير المتماثلة وحتى الدراسات الميكانيكية. الرقم 1. رولو قطعة أثرية من البروتينات الدهنية بواسطة التقليدية تلطيخ السلبية (NS) EM. الميكروسكوب الالكتروني (فوق الألواح) والجسيمات مختارة (دون لوحات) تظهر البروتينات الدهنية المختلفة مع نضائد بعد NS مع حمض الفسفوتنغستيك (PTA) تحت الإجراء مزيج القياسية. (A) المعاد HDL (rHDL) مع ApoE4، (B) برنامج عمل ألماتي-I التي تحتوي على 9.6 نانومتر قرصي rHDL، (C) apoB تحتوي على LDL البلازما، (D) التي تحتوي على غير ئي-الليبوزومات POPC. القضبان: 50 نانومتر. حجم الإطار: A و C، 20 نم؛ B، 30 نانومتر. مجلة البحوث الدهن نشرت في البداية هذا العمل 29،30. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. الرقم هيكل 2. البروتين بواسطة الأمثل تلطيخ السلبية الميكروسكوب (OpNS) EM الكترون تظهر مختلف البروتينات الدهنية والجسيمات الشحمية دون النضائد قطعة أثرية من OpNS (A) apoE4 التي تحتوي على rHDL؛ (B) 7.8 نانومتر rHDL، (ج) 8.4 نانومتر rHDL، ( D) 9.6 نانومتر rHDL، (E) 9.3 نانومتر كروية rHDL، (F) البلازما البشرية α-HDL، (G) البلازما HDL، (H) LDL البلازما البشرية؛ (I) IDL البلازما البشرية؛ (J) VLDL بلازما الإنسان؛ <stroنانوغرام> (K) POPC الحويصلية، (L) من المادة الدهنية الحرة برنامج عمل ألماتي-I. وقد تم التحقق إضافية باستخدام (M) GroEL والعينات (N) Proteasome. الميكروسكوب (لوحات أعلاه) والجسيمات مختارة (دون لوحات). القضبان: 50 نانومتر. حجم الإطار: A – D، 20 نانومتر؛ E و F، 25 نانومتر؛ G، 20 نانومتر؛ H، 25 نانومتر؛ I، 50 نانومتر؛ J و K، 100 نانومتر؛ L، 80 نانومتر، باستثناء الدهون مجانا برنامج عمل ألماتي-I، GroEL وProteasome، وقد نشرت هذه الدراسة في الأصل في مجلة أبحاث الدهون 29،30. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. الرقم 3. الميكروسكوب OpNS الإلكترون من CETP. (A) مع نظرة مجهرية CETP (متقطع الدوائر) الموز على شكل جسيمات (B) Windoweد تحديد الجسيمات الأولية. (C) ثلاثة صور واحدة الجسيمات CETP الخام يظهر بوضوح أكبر وأثقل وأكبر طرف كروي بما في ذلك، أخف وزنا وأضيق طرف (اللوحة اليسرى) أصغر أخرى ومن أعلى تظهر المناطق الطرفية مماثلة مع أقل انحناء العام (وسط لوحة)، ونهاية عرض أسفل المحور الطويل من CETP (اللوحة اليمنى) (D) بتركيب التركيب البلوري (PDB: 2OBD) على هذه الصور الجسيمات CETP الخام، مباريات بشكل جيد في كل شكل وحجم نطاق الهيكلي تبين التوجه يمكن أن يكون ما يقرب من تعريفها مباشرة حتى دون مساعدة عن طريق الكمبيوتر (لوحات الموافق (C)). (E) مرجع متوسطات الدرجة 2D مجانية (عملية من أساسها لحساب التشابه (حساب عبر الارتباط) من هذه الجسيمات الموجهة بشكل عشوائي، وجود جزيئات تم تجميع التشابه عالية لبعضها البعض، ثم محاذاة المتوسط ​​للحد من الضوضاء في الخلفية وتعزيز الجسيمات صورة يخدعالنقيض. يتم حساب المتوسطات الدرجة 2D مجانا إشارة من قبل البرامج refine2D.py في حزمة EMAN، التي، لا أي إنسان جعل النموذج الأولي كان ضالعا في هذا المتوسط ​​الصف. المتوسطات فئة مرجع يمكن استخدامها كطريقة مستقلة للتحقق من صحة إعادة الإعمار 3D من إعادة الإعمار واحد الجسيمات). تظهر (F) اشارة مختارة متوسط ​​الدرجة 2D مجانا لنهاية البعيدة أكبر بالمقارنة مع غيرها. (G) لتركيب التركيب البلوري (PDB : 2OBD) بالمقارنة مع المتوسطات المجانية المرجعية، تراكب الصور تظهر نتيجة مثالية قرب بين الكريستال هيكل وخالية من إشارة الطبقة المتوسط ​​في كل من شكل هيكل وحجم المجال (لوحة منخفضة) (F) خريطة كثافة 3D من CETP في. أعيد بناؤها بقرار من Å 13 من 8،879 الجسيمات تصويرها بواسطة OpNS وطريقة إعادة الإعمار واحد الجسيمات (اللوحة العلوية) والجسم مخدد رست في هذا الإعمار واحد الجسيمات قبل التركيب البلوري (لوحة منخفضة). وديتونشرت المعلومات ailed إعادة الإعمار جسيم واحد، بما في ذلك صورة تجهيزها، النموذج الأولي، وإجراءات التحسين والتوزيع زاوية وفورييه شل الارتباط (FSC) في المقطع طريقة والمعلومات الداعمة للورقة الأصلية (H) مقارنة النهائية لإعادة الإعمار جسيم واحد ( فوق لوحة) وإضافية PDB تناسب المقارنة (اللوحة السفلية) 6. القضبان: A، 50 نانومتر؛ B – D، 10 نانومتر؛ F، 3 نانومتر. ونشرت بعض من هذه الأرقام من قبل في علم الأحياء الطبيعة الكيميائية 6. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. الرقم 4. OpNS الصور وإعادة البناء من مفتش الإنسان جزيئات الجسم المضاد 1. (A) أكثر منعرض الصور من الإنسان IgG1 الضد OpNS. الجسيمات هو مبين في الدوائر البيضاء عرض بوضوح الجزيئات مع 3 نطاقات فرعية (B) صور مختارة الخام عالية الدقة من خمسة الجزيئات الفردية اللامقترن الأجسام المضادة و (C) صورا خفض الضوضاء المقابلة لها عن طريق الحد من الضوضاء المحيطة يدويا الخام حافة الجسيمات (بدون أي اتصال الكثافة داخل الجزيئات) لتصور بسهولة. (D) والتركيب البلوري (PDB دخول 1IGT) من IgG1 الأجسام المضادة التي كانت موجهة إلى عرض مشابه إلى الصور EM. مقارنة بين الصور المقابلة تظهر العديد من السمات المشتركة بين الصورة EM والتركيب البلوري، بما في ذلك المناصب نطاق والأشكال. (E) الإجراء خطوة إلى خطوة لإعادة الإعمار من أساسه 3D من واحد الأجسام المضادة IgG1 المثال (لا المتوسط، كائن واحد فرد) باستخدام الجسيمات الفردية المقطعي الإلكترون (IPET طريقة). (F) وإعادة الإعمار 3D النهائي من الاشتراكيةأظهر ngle الجسيمات الأجسام المضادة في حل 14.1 Å دونات على شكل ثلاثة مجالات تشكيل في شكل "Y". (G) الإرساء الهياكل المجالات وضوح الشمس في كل من المناظرة خرائط الكثافة نطاق التوالي، وتكرار الحلقات يدويا بين المجالات. (H) تم عرض الإجراء خطوة إلى خطوة إعادة الإعمار 3D من مجمع واحد مفتش الببتيد (أي المتوسط، كائن فرد واحد) من خلال IPET. (I) وإعادة الإعمار 3D النهائي للمجمع الببتيد مفتش في قرار من 16.6 Å أظهرت ثلاثة قضيب وأظهرت في كل الكثافات شكل قضيب ومطابقة سيئة مع هياكل الكريستال المجال يدل على أن تغيير متعلق بتكوين جزئي نطاق الداخلية: المجالات على شكل تشكيل في شكل "Y" (J) على التوالي، الالتحام التركيب البلوري كل المجالات مفتش الأضداد (1IGT دخول PDB). بعد الاقتران الببتيد. الإجراء مفصل، ووصف قرار التحليل والإحصاءات في الورقة الأصلية <sتصل> 5 البارات: A، 50 نانومتر؛ B – D، و 10 نانومتر. هذا العمل نشرت في البداية في بلوس وان 4 والتقارير العلمية 5. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. الرقم الطيف 5. الطاقة من فيلم الكربون غير متبلور تصوير تحت 1.6 ميكرون يزيل التباؤر من قبل زايس الميزان 120 LaB6 TEM. عالية الدقة التصوير يتطلب أدلة كافية لإظهار أن لديه EM محاذاة عالية الدقة والقدرة المناسبة. تحليل طيف الطاقة من منطقة قريبة الكربون على الشبكة وسيلة فعالة للتحقق من حالة تماسك شعاع قبل الحصول على البيانات. نقل فورييه للصورة لمنطقة الكربون غير متبلور تظهر وظيفة نقل النقيض أداة ذات الصلة (C TF)، ما يسمى ثون حلقات. تشكيلة المناسبة والتماسك يمكن أن تنعكس على عدد من حلقات مرئية ثون وأعلى دقة من حلقات ثون مرئية تحت شرط يزيل التباؤر عالية نسبيا. كمثال على قرب حالة المحاذاة الصحيحة للمختبر 6 خيوط TEM مجهز، أكثر من 20 ~ ثون حلقات (~ 5 Å) يمكن أن تتولد من الكربون يتم تصوير الفيلم في 1.6 ميكرون يزيل التباؤر باستخدام جرعة 20.4 ه – / 2. حلقات ثون تحقق من TEM المنخفضة نهاية لها مماثلة لتلك التي من الراقية TEM، مثل مدفع ميدان الانبعاثات (FEG) TEM تعزيز تعمل تحت شرط المحاذاة الصحيحة. هذا العمل نشرت في البداية في تقارير العلمي 5. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. 6highres.jpg "العرض =" 500 "/> واستخدمت الشكل 6. الميكروسكوب مثال من المجالات "مثالية" لOpNS التصوير. ثلاث عينات البروتين، (A) GroEL (B) Proteasome (C) كروية HDL، كأمثلة للتدليل على OpNS مثالية للتصوير. منذ يتم توزيع البقع بشكل غير متساو في العينة، والتكبير منخفضة من العينة يظهر عادة "غائم" (أقصى اليسار لوحة). وتقع عادة في مناطق مثالية للتصوير في حدود هذه "الغيوم". مثال خطوة بخطوة التكبير في "غائم" وصمة عار منطقة واحدة (يسار لوحة الوسطى) عرض الصور عالية التكبير مع عرض عالية الدقة وعلى النقيض من الصور عالية من الجسيمات (لوحة المتوسطة اليمنى). صور مختارة من الجسيمات تظهر تفاصيل بنية البروتينات (لوحة أقصى اليمين). القضبان: 30nm الرجاء انقر هنا لمشاهدة كبيرةالنسخة R من هذا الرقم. الرقم 7. رسم تخطيطي من الإجراءات OpNS. (A) محطة الشبكة EM الحضانة، محطة بسيطة لاحتضان محلول العينة على الشبكة يتوهج تفريغها. (B) تلطيخ محطة العمل، وتهدف إلى الحفاظ على مياه الغسيل قطرات وقطرات صمة عار فوق سرير الجليد، مع تقليل التعرض للضوء وصمة عار. (C) نظرة عامة حول الإجراء تلطيخ، موضحا: النشاف الاتجاه، الشطف بالماء بقوة 3x، 3X UF التعرض صمة عار، والحضانة تلطيخ مع مقلوب شبكة العينة على قطرات صمة عار، وعينة المؤخر النهائية التنشيف لضمان وجود طبقة رقيقة من العينة حل صمة ​​عار قبل التجفيف نيتروجين الهواء. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من الهو الرقم. الرقم 8. عالية – صور قرار من 53kDa بروتين صغير CETP كشفت من تعديل طريقة OpNS، البرد الإيجابي تلطيخ (البرد PS) خمسة اختيار عالية الدقة والشكل الدائري الصور الخام ملثمين من الجسيمات الناعمة CETP (مع تباين العكسي). وشكل الجسيمات ملثمين جسيمات الخام (خفض الضوضاء المحيطة يدويا حواف الصور الجسيمات الأولية "، ولكن من دون أي تعديل الكثافة داخل الجزيئات) لتصور بسهولة. كل ذرة والمقارنة هيكل الشريط الكريستال لملثمين الجسيمات الأولية الانحياز إلى توجهات مماثلة من كل الجسيمات إلى صور EM. تفاصيل عالية الدقة من المجالات الصورة الخام عرض بعض التشابه مع التركيب البلوري، في حين ليس كل ملامح التركيب البلوري يمكن حلها من البيانات الخام. Remarka بلاي، تظهر هذه الصور الخام التشابه في كل محطة ينتهي وجود ثقوب دائرية صغيرة في مكان قريب ينظر في خفض الضوضاء الصور يدويا (مثلثات). علاوة على ذلك، فإن فروع في مناطق C محطة داخل الصور الجسيمات تكمل التركيب البلوري β اوراق (الأسهم)، وأخيرا، جاحظ الحلقات على المنطقة CETP C-النهائية هي أقرب إلى في التركيب البلوري (الديناري). (A) خمسة حدد عالية الدقة والشكل الدائري الناعمة الصور ملثمين الخام من الجسيمات CETP (مع تباين العكسي). (B) قليلة تمرير ترشيح إلى 10A. (C) أعلى تمرير منخفض تصفية إلى 20A. (D) ملثمون يدويا خفض الضوضاء الصور. (E) الكريستال مقارنة هيكل من هيكل الشريط. (F) كريستال مقارنة هيكل بكل ذرة التمثيل. شريط: 5NM. وقد نشر جزء من هذا العمل في علم الأحياء الطبيعة الكيميائية 6.نحيف "> اضغط هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. الرقم 9. الميكروسكوب الكترون من الجسيمات الشحمية تظهر تشكيل ROULEAU بواسطة بروتوكول NS التقليدي (PTA صمة عار) في ظل اختلاف الملوحة. (A) عالية الملوحة (~ 0.5 MNaCl). (B) الملوحة العادية (~ 0.25 M كلوريد الصوديوم). (C) منخفضة الملوحة (~ 0.1 M كلوريد الصوديوم). (D) الماء النقي. الميكروسكوب (فوق لوحة) وحدد جزيئات إطارات (أقل من لوحة) هو مبين. القضبان: 100 نانومتر. حجم الإطار: 80 نانومتر. مجلة البحوث الدهن نشرت أصلا هذا العمل 30. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

بالمقارنة مع التقنيات التقليدية NS، يمكن OpNS منع التحف النضائد (الشكل 1 و 9)، وتوفير موثوقة ومعقولة دقة عالية (~ 1nm) التفاصيل الهيكلية للبروتينات صغيرة (الشكل 2). مقارنة البرد EM، OpNS يوفر طريقة إنتاجية عالية ويمكن دراسة مجموعة واسعة من البروتينات والبروتين البروتين التفاعلات 6. ومع ذلك، لا يزال لديه OpNS سلبياته. مقارنة NS التقليدية، OpNS يستتبع: ط) خطوات أكثر تعقيدا في إعداد العينات. ب) باستخدام مادة مشعة، UF. ج) الحفاظ على وصمة عار جديدة بسبب قوة أقصر من وصمة عار UF بسبب حساسية الضوء فيها؛ د) لمنع هطول يجب تخزين الحل UF في -80 درجة مئوية، ويتطلب ذوبان الجليد قبل الاستخدام. ت) وأخيرا كل UF يجب أن يتم التعامل معها على أنها نفايات خطرة. مقارنة البرد EM، OpNS توفر صورا قرار أقل نسبيا ولا ضمان لأي قطعة أثرية لم تكتشف بعدفي المستقبل.

الآثار الإجرائية العملية NS على تكوين البروتين الدهني النضائد

NS بروتوكولات لإعداد البروتينات للفحص 16،29-36،55 يمكن تصنيفها إلى ثلاث مجموعات رئيسية من الأساليب 50: 55 الاختلاط، وانخفاض بنسبة انخفاض 16، وإجراءات الغسيل 29. ط) يتطلب بروتوكول خلط خلط الأولي للعينة وصمة عار والبروتين بنسبة معينة، ومن ثم تطبيق الحل مختلطة على الفيلم الكربون المغلفة على الشبكة، وإزالة أخيرا حل الزائد مع ورق الترشيح قبل التجفيف في الهواء لفحص EM 55. ب) ويتضمن بروتوكول قطرة تلو قطرة تطبيق (~ 4 ميكرولتر) قطرة عينة مباشرة إلى شبكة EM الكربون المغلفة في السماح للاعتصام ~ 1 دقيقة، وإزالة الزائد في وقت لاحق محلول العينة قبل تطبيق قطرة (~ 4 ميكرولتر) من وصمة عار الحل على نفس الجانب من الشبكة. ~ بعد 1 دقيقة من الحضانة، وإزالة excesق وصمة عار من خلال الاتصال مع ورقة نظيفة التصفية، التي تقدم أخيرا لتجفيف الهواء 16،56-58. ج) البروتوكول الغسيل (الشكل 7) تتطلب تطبيق محلول العينة إلى شبكة EM المغلفة في الكربون لمدة 1 دقيقة، ثم يغسل بالماء منزوع الأيونات ثلاث مرات مباشرة بعد إزالة حل الزائد في كل مرة بواسطة ورق الترشيح 3،29،30. OpNS تم تعديل بروتوكول من هذا الإجراء الغسيل.

NS أنواع البقع والآثار على تشكيل البروتين الدهني النضائد

في NS، نثر الإلكترون أقوى بسبب البقع المعادن الثقيلة توفر النقيض من البروتينات 17-20،59. يمكن أن عينات NS تعاني بالإضافة إلى المزيد من الجرعات الإشعاعية، وتعزيز الميزات البروتين تناقض أكثر حدة سلبي 8،9،60. ويمكن تصنيف البقع من المعادن الثقيلة مثل: أنيوني، بما في ذلك حمض الفسفوتنغستيك (PTA) 16، ميثيل تنغستات 14 و 61 السيليكون تنغستات. والموجبةجيم، مثل اليورانيل خلات (UA) 62، UF 3،29،30، ونترات اليورانيل (UN) 63. واحدة من البقع NS أنيوني يستخدم الأكثر شيوعا هو PTA 33،64-67. PTA هو حمض heteropoly، والتي عادة ما تستخدم حول درجة الحموضة 7،0-7،5. ويمكن أيضا أن تستخدم لمنطقة التجارة التفضيلية لتلطيخ إيجابي 3،16،68. هذه الاتهامات السلبية لمنطقة التجارة التفضيلية قد توسط التفاعلات مع الدهون غير المشبعة كهرباء موجبة الشحنة مجموعات الرأس، مثل POPC، على كلا البروتين الدهني والحويصلية السطوح. قد يسبب PTA تشكل النضائد من خلال هذا التفاعل 29،30 حتى 29،30 عازلة تحت منتظم الملوحة (الشكل 1). البقع اليورانيل، مثل UA، UF والأمم المتحدة هي الخيارات البديلة للالموجبة البقع المعادن الثقيلة وUA على وجه الخصوص كثيرا ما يستخدم لNS مجموعة متنوعة من العينات البيولوجية 62،69،70. ووجدت التجارب UF يسبب أي نضائد من البروتينات الدهنية التي تحتوي على الدهون غير المشبعة حمض الدهون، مثل POPC. ومع ذلك، قد لا يزال UF لحث rouleتشكيل مدخل aux على البروتين الدهني التي تحتوي على الدهون المشبعة الأحماض الدهنية، مثل فسفاتيديل dimyristoyl (DMPC) و 1 hexadecanoyl-2-octadecanoyl-SN-glycero-3-phosphocholine (PSPC). آلية مفصلة لهذا التفاعل غير معروفة. يمكن UA / UF / الأمم المتحدة عن العمل في قيم الرقم الهيدروجيني أقل تتراوح 3،5-4،6. يجوز لهذه القيم الرقم الهيدروجيني أقل غير مناسب لبعض الجزيئات البيولوجية التي تعتبر حساسة لدرجة الحموضة 14،71. ومن المثير للاهتمام، يمكن UA / UF إصلاح بنية البروتين داخل أجزاء قليلة من الثانية من خلال آلية غير معروفة 72. خلافا لمنطقة التجارة التفضيلية، UA / UF هو أكثر مماثلة إلى الملح من الأحماض.

UF ورد يمكن أن توفر نتائج أفضل من UA 73، والتي، UF والأمم المتحدة بقع ذات أحجام أصغر من الحبوب UA (UF: 0.3 نانومتر، الأمم المتحدة: ~ 0.5 نانومتر) 3،74. مثال للاهتمام، والتفاصيل الثانوية مثل هيكل بروتين صغير (53 كيلو دالتون CETP) يمكن تصور مباشرة من الميكروسكوب الخام عندما كان يستخدم UF والسلبية وصمة عار كاشف باتباعذكرت في وقت سابق البرد الإيجابي تلطيخ (البرد PS) طريقة (الشكل 8) 6. في البرد PS، كانت عينة ملطخة فلاش المجمدة باتباع البرد EM إجراءات إعداد العينات بدلا من إجراء التجفيف في OpNS البروتوكول الذي قد يتسبب في انهيار الهيكلية الثانوي. والبرد PS هي طريقة لعالية التباين والتصوير ذات الدقة العالية للبروتينات صغيرة 75. منذ الصور البرد PS وقد عكس النقيض مقارنة بتلك التقارير من بروتوكول البرد NS 22، ولكن لديها ثابت صورة النقيض من تلك التقليدية من الصور البرد EM، وبالتالي سميت الطريقة البرد PS. تظهر الصور البرد PS أن كاشف تلطيخ، فورمات اليورانيل، تخترق السطح الجزيئي، مما يشكل تحديا وجهة النظر التقليدية التي تلطيخ يمكن تصور فقط بنية السطح الخارجي. آلية لكيفية فورمات اليورانيل تخترق السطح الجزيئي غير معروف. واحد الاحتمالات هو أن الموجبة اليورانيل يربط المتاحة مجموعات الكربوكسيل البروتين، وبالتاليالمحيطة الجليد الزجاجي هو من كثافة أقل من تلطيخ من البروتين والجماعات اليورانيل، وبالتالي بوصفها وصمة عار إيجابية. طريقة البرد PS يشبه متعددة استبدال متشاكل (MIR) الأسلوب، الذي كان نهج مشترك لحل المشكلة في مرحلة البلورات بالأشعة السينية 76-78. في MIR، هي غارقة عينات الكريستال مع حل ذرة الثقيلة، بما في ذلك اليورانيوم، للحصول على شكل تماثلية إلى شكله الأصلي. إضافة ذرة ثقيلة أحيانا لا يؤثر على تشكيل الكريستال أو وحدة أبعاد الخلية ولكن يوفر معلومات إضافية من الكريستال تحديد الهيكل 76-78. من خلال الاستفادة من الحبوب صغيرة من UF، يمكن البرد PS يوفر التباين العالي وصورة عالية الدقة من بروتين واحد، وهو أمر مهم للدراسات بنية البروتين، خاصة عندما اعتبر أن ما يقرب من جميع البروتينات الحيوية بشكل طبيعي وغير المتجانسة في الحل. للتأكد من صحة هذه الطريقة البرد PS، نفتح لأي اختبار أعمى من الميدان EM. </ P>

آثار تركيز الملح على تشكل النضائد في البروتينات الدهنية

باستخدام PTA التقليدية تلطيخ السلبية الكاشف، تشكل النضائد احظ هو أكثر احتمالا المتعلقة التفاعلات الدهون بدلا من التفاعل البروتين. تصوير عينات من POPC الحويصلات الحويصلية أعدت تحت الملوحة كبيرة (0.5 M كلوريد الصوديوم)، والملوحة المعتدلة (0.25 M كلوريد الصوديوم)، ضعيفة نسبيا الملوحة (0.1M كلوريد الصوديوم)، والماء النقي (الشكل 9)، تظهر الميكروسكوب الإلكتروني كان تشكل النضائد المترابطة لتركيز الملح (الشكل 9A – D). باستخدام UF تلطيخ السلبية والكاشف، لم يلاحظ أي النضائد في POPC عينة الحويصلية حويصلة 30 (الشكل 2L)، مما يشير إلى إجراء الغسيل لتقليل تركيز الملح بسرعة الحق قبل تلطيخ هو ضروري، ولكن ليس خطوة كافية بشكل مستقل لمنع النضائد في POPC ذات الصلة العينات.

<p class="jove_content"> التصوير TEM بروتين صغير يتطلب حالة التركيز شبه شيرتسر.

التصوير TEM الناجح للبروتينات صغيرة في دقة أعلى يتطلب شرطين الحرجة، محاذاة شعاع المناسبة وشبه شيرتسر حالة اكتساب التركيز. ط) يمكن الحكم على تشكيلة شعاع المناسبة من خلال عدد من حلقات مرئية ثون (طيف الطاقة) على نقل فورييه لصورة الفيلم الكربون التي تحصل عليها بموجب يزيل التباؤر مرتفعة نسبيا. وأفضل حالة محاذاة شعاع، والمزيد من حلقات ثون يمكن تصور وقابلة للقياس .. ب) اكتساب صورة تحت القريب شيرتسر التركيز هو حالة حرجة أخرى. استراتيجية المعايير التقليدية لتصوير العينات البيولوجية يستخدم عادة يزيل التباؤر عالية (1 – 2 ميكرون وأكثر)، والتي يمكن أن تعزز عينة بيولوجية تباين الصورة 79. هذه الاستراتيجية هي مهمة تختلف عن استراتيجية نموذجية لتصوير هيكل قرار الذري للمواد الصلبة، والتي غالبا مايستخدم التركيز شيرتسر القريب (~ 50 نانومتر يزيل التباؤر). على الرغم من، يمكن أن يزيل التباؤر أعلى تعزيز البيولوجي عينة المقابل، إشارات عالية الدقة سوف يتم القضاء جزئيا. ونتيجة لذلك، فإن تواطؤ عالية الدقة إشارة تكون أقل في حالة ارتفاع يزيل التباؤر التصوير. والسبب هو أن الصورة TEM هي التفاف هيكل العينة وCTF الصك. وCTF هو منحنى متذبذب ضد تردد، الذي منحنى متذبذب كثيرا عبور الصفر السعة في الترددات العالية. في كل مرة عندما CTF عبر الصفر، سيتم القضاء على إشارة الهيكلية عينة في هذه تردد معين (لن الصفر مرة أي عدد يكون صفرا). إشارة القضاء في هذا التردد لا يمكن استعادتها بواسطة أي خوارزمية تصحيح CTF (صفر مقسوما صفر يمكن أن يكون أي رقم عشوائي بدلا من إشارة الهيكلية الأصلية). تحت أعلى التصوير يزيل التباؤر، فإن CTF التأرجح أكثر صرامة، وبالتالي فإن CTF يعبر الصفر السعة على نحو أكثر تواترا، ونتيجة لذلك،سيتم القضاء على الإشارات الهيكلية في عدد أكبر من ترددات محددة. والمزيد من الإشارات التي يتم القضاء عليها، وأقل تواطؤ الصورة سيكون. وتجدر الإشارة إلى تواطؤ صورة لا يمكن استردادها أو تصحيح من قبل أي تصحيح CTF. ومع ذلك، فإن عددا من الصور غير المكتملة المكتسبة تحت defocuses مختلفة يمكن استخدامها لملء الفجوات لبعضها البعض لحصل على إشارة الهيكلية الانتهاء من الهيكل عينة عن طريق حساب المتوسط، والتي حتى قرار الذري يمكن أن يتحقق 9-12.

طريقة المتوسط ​​هو نهج قوي لتحقيق بنية بعض البروتينات شديدة التماثل والبروتينات الجامدة المرتبطة هيكليا. ومع ذلك، فإنه لا يزال تحديا في الدراسة الهيكلية للبروتينات صغيرة وغير المتماثلة، خاصة بالنسبة للديناميات الهيكلية المرنة والبروتينات، مثل الأجسام المضادة وHDLs. ويستند المتوسط ​​على افتراض أن جزيئات البروتين متطابقة في هيكل والتشكل لكن ديfferent في التوجهات، ومن المعروف مع ذلك العديد من البروتينات للخضوع لتقلبات الحرارية في الحل. من خلال تطبيق طريقة المتوسط ​​دون أن يعرف سابقا البروتين تقلبات تقلبات الحرارية، وغالبا ما تتسبب في هيكل متوسط ​​المفقودين المجالات 10،80 أو الاختلاف المحلي في القرار 81 في اعادة البناء البرد EM.

النجاح في تحقيق إعادة الإعمار 3D من بروتين صغير، مثل 53 كيلو دالتون CETP، وهيكل 3D من بروتين واحد، مثل 160 كيلو دالتون IgG1 الضد، والفوائد من استخدام شبه شيرتسر حالة التصوير التركيز تحت شرط المحاذاة الصحيحة. على الرغم من تباين الصورة يبدو منخفضا في شيرتسر-بالقرب من صور التركيز، على النقيض يمكن أن تعزز بسهولة ببساطة عن طريق تطبيق منخفضة تمرير تصفية للحد من الضوضاء عالية التردد في الخلفية. نحن نعتقد، وشبه التركيز شيرتسر الصور تحمل أقصى إشارات الهيكلية، ويمكن أن تزيد من دقة محاذاة الجسيمات وتعزيز ايفيciency في واحد الجسيمات 3D إعادة الإعمار وإعادة الإعمار الجسيمات الفردية المقطعي الإلكترون.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نشكر الدكتور ميكي يانغ لتحرير والتعليقات، والدكاترة. ليو تشانغ بنغ بو وللحصول على المساعدة. وأيد هذا العمل من قبل مكتب العلوم ومكتب علوم الطاقة الأساسية من الولايات المتحدة وزارة الطاقة (العقد رقم DE-AC02-05CH11231)، والقومي للقلب والرئة والدم المعهد من المعاهد الوطنية للصحة (أي . R01HL115153)، والمعهد الوطني للعلوم الطبية العامة من المعاهد الوطنية للصحة (رقم R01GM104427).

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Stain: Uranyl Formate The SPI Supplies Division of Structure Probe, Inc. 02545-AA http://www.2spi.com/catalog/chem/Uranyl_Formate.shtml
SYRINGE: 1ML NORM-JECT VWR 89174-491 https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?catalog_number=89174-491
Syringe filter: 0.2 μm  VWR 28145-487 https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?catalog_number=28145-487
Syringe filter: 0.02 μm filter (Anotop 10) Whatman 6809-1002 http://www.whatman.com/AnotopSyringeFilters.aspx
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline SIGMA-Aldrich D8537 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/d8537?lang=en&region=US
Parafilm: 4 in. x 125 ft. VWR 470152-246 https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?catalog_number=WLS65710-A
Carbon film coated TEM grid: 300 mesh Pacific Grid-Tech Cu-300CN http://www.grid-tech.com/catalog.htm#1-thincarbon
Carbon film coated TEM grid: 200 mesh EMS (Electro Microscopy Sciences) CF200-Cu http://www.emsdiasum.com/microscopy/products/grids/support.aspx
Tweezer: Dumont Tweezer L5 EMS (Electro Microscopy Sciences) 72882-D http://www.emsdiasum.com/microscopy/products/tweezers/dumont_clamping.aspx#02-L5
Milli-Q Advantage A10 Ultrapure Water Purification System EMD Millipore Milli-Q Advantage A10 http://www.millipore.com/catalogue/module.do?id=C10117
Filter Paper: Grade 1 circles Whatman 1001-090 http://www.whatman.com/QualitativeFilterPapersStandardGrades.aspx
Aluminum Foil NA NA Any type
Glow Discharge Unit Ted Pella 91000 http://www.tedpella.com/easiglow_html/Glow-Discharge-Cleaning-System.htm
Filter Tips: Low-Retention Aerosol Filter Tips for 10µL Pipettors VWR 89174-520 https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?catalog_number=89174-520
Filter Tips: Low-Retention Aerosol Filter Tips for 40µL Pipettors VWR 89174-524 https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?catalog_number=89174-524
Filter Tips: VWR Signature 200 µL Pipet Tips VWR 37001-528 https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?catalog_number=37001-528
Pipet Pipetman F161201 and F167300 http://www.pipetman.com/Pipettes/Single-Channel/PIPETMAN-Classic.aspx
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lipman, D. J., Souvorov, A., Koonin, E. V., Panchenko, A. R., Tatusova, T. A. The relationship of protein conservation and sequence length. BMC Evol Biol. 2, (2002).
  2. Tran, J. C., et al. Mapping intact protein isoforms in discovery mode using top-down proteomics. Nature. 480, 254-258 (2011).
  3. Ohi, M., Li, Y., Cheng, Y., Walz, T. Negative Staining and Image Classification – Powerful Tools in Modern Electron Microscopy. Biol Proced Online. 6, 23-34 (2004).
  4. Zhang, L., Ren, G. IPET and FETR: experimental approach for studying molecular structure dynamics by cryo-electron tomography of a single-molecule structure. PLoS ONE. 7, e30249 (2012).
  5. Tong, H., et al. Peptide-conjugation induced conformational changes in human IgG1 observed by optimized negative-staining and individual-particle electron tomography. Sci Rep. 3, 1089 (2013).
  6. Zhang, L., et al. Structural basis of transfer between lipoproteins by cholesteryl ester transfer protein. Nat Chem Biol. 8, 342-349 (2012).
  7. Henderson, R. Realizing the potential of electron cryo-microscopy. Q Rev Biophys. 37, 3-13 (2004).
  8. Sander, B., Golas, M. M. Visualization of bionanostructures using transmission electron microscopical techniques. Microsc Res Tech. 74, 642-663 (2011).
  9. Liu, H., et al. Atomic structure of human adenovirus by cryo-EM reveals interactions among protein networks. Science. 329, 1038-1043 (2010).
  10. Liao, M., Cao, E., Julius, D., Cheng, Y. Structure of the TRPV1 ion channel determined by electron cryo-microscopy. Nature. 504, 107-112 (2013).
  11. Baker, M. L., et al. Validated near-atomic resolution structure of bacteriophage epsilon15 derived from cryo-EM and modeling. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110, 12301-12306 (2013).
  12. Bai, X. C., Fernandez, I. S., McMullan, G., Scheres, S. H. Ribosome structures to near-atomic resolution from thirty thousand cryo-EM particles. eLife. 2, e00461 (2013).
  13. Ren, G., et al. Model of human low-density lipoprotein and bound receptor based on cryoEM. Proc Natl Acad Sci U S A. 107, 1059-1064 (2010).
  14. Bremer, A., Henn, C., Engel, A., Baumeister, W., Aebi, U. Has negative staining still a place in biomacromolecular electron microscopy. Ultramicroscopy. 46, 85-111 (1992).
  15. Brenner, S., Horne, R. W. A negative staining method for high resolution electron microscopy of viruses. Biochim Biophys Acta. 34, 103-110 (1959).
  16. Forte, T. M., Nordhausen, R. W. Electron microscopy of negatively stained lipoproteins. Methods in enzymology. 128, 442-457 (1986).
  17. Colliex, C., et al., Prince, E., et al. . International Tables For Crystallography. , 259-429 (2006).
  18. Ren, G., Zuo, J. M., Peng, L. -. M. Accurate Measurements of Crystal Structure Factors Using a FEG Electron Microscope Using Digital Micrographs. Micron. 28, 459-467 (1997).
  19. Peng, L. M., Ren, G., Dudarev, S. L., Whelan, M. J. Robust parameterization of elastic and absorptive electron atomic scattering factors. Acta Crystallographica Section A. 52, 257-276 (1996).
  20. Peng, L. M., Ren, G., Dudarev, S. L., Whelan, M. J. Debye-Waller factors and absorptive scattering factors of elemental crystals. Acta Crystallographica Section A. 52, 456-470 (1996).
  21. Melchior, V., Hollingshead, C. J., Cahoon, M. E. Stacking in Lipid Vesicle Tubulin Mixtures Is an Artifact of Negative Staining. Journal of Cell Biology. 86, 881-884 (1980).
  22. De Carlo, S., Harris, J. R. Negative staining and cryo-negative staining of macromolecules and viruses for TEM. Micron. 42, 117-131 (2011).
  23. Allan, V., Vale, R. Movement of Membrane Tubules Along Microtubules In – Evidence for Specialized Sites of Motor Attachment. Journal of Cell Science. 107, 1885-1897 (1994).
  24. Catte, A., et al. Novel changes in discoidal high density lipoprotein morphology: a molecular dynamics study. Biophys J. 90, 4345-4360 (2006).
  25. Forester, G. P., Tall, A. R., Bisgaier, C. L., Glickman, R. M. Rat intestine secretes spherical high density lipoproteins. J Biol Chem. 258, 5938-5943 (1983).
  26. Gantz, D. L., Walsh, M. T., Small, D. M. Morphology of sodium deoxycholate-solubilized apolipoprotein B-100 using negative stain and vitreous ice electron microscopy. Journal of Lipid Research. 41, 1464-1472 (2000).
  27. Pentikainen, M. O., Lehtonen, E. M., Kovanen, P. T. Aggregation and fusion of modified low density lipoprotein. J Lipid Res. 37, 2638-2649 (1996).
  28. Tall, A. R., Green, P. H., Glickman, R. M., Riley, J. W. Metabolic fate of chylomicron phospholipids and apoproteins in the rat. J Clin Invest. 64, 977-989 (1979).
  29. Zhang, L., et al. An optimized negative-staining protocol of electron microscopy for apoE4 POPC lipoprotein. J Lipid Res. 51, 1228-1236 (2010).
  30. Zhang, L., et al. Morphology and structure of lipoproteins revealed by an optimized negative-staining protocol of electron microscopy. J Lipid Res. 52, 175-184 (2011).
  31. Gong, E. L., et al. Discoidal complexes containing apolipoprotein E and their transformation by lecithin-cholesterol acyltransferase. Biochim Biophys Acta. 1006, 317-328 (1989).
  32. Schneeweis, L. A., Koppaka, V., Lund-Katz, S., Phillips, M. C., Axelsen, P. H. Structural analysis of lipoprotein E particles. Biochemistry. 44, 12525-12534 (2005).
  33. Raussens, V., et al. Orientation and mode of lipid-binding interaction of human apolipoprotein E C-terminal domain. Biochem J. 387, 747-754 (2005).
  34. Li, X., Kan, H. Y., Lavrentiadou, S., Krieger, M., Zannis, V. Reconstituted discoidal ApoE-phospholipid particles are ligands for the scavenger receptor BI. The amino-terminal 1-165 domain of ApoE suffices for receptor binding. J Biol Chem. 277, 21149-21157 (2002).
  35. Innerarity, T. L., Pitas, R. E., Mahley, R. W. Binding of arginine-rich (E) apoprotein after recombination with phospholipid vesicles to the low density lipoprotein receptors of fibroblasts. J Biol Chem. 254, 4186-4190 (1979).
  36. Lu, B., Morrow, J. A., Weisgraber, K. H. Conformational reorganization of the four-helix bundle of human apolipoprotein E in binding to phospholipid. J Biol Chem. 275, 20775-20781 (2000).
  37. van Antwerpen, R., La Belle, M., Navratilova, E., Krauss, R. M. Structural heterogeneity of apoB-containing serum lipoproteins visualized using cryo-electron microscopy. J Lipid Res. 40, 1827-1836 (1999).
  38. van Antwerpen, R., et al. Cryo-electron microscopy of low density lipoprotein and reconstituted discoidal high density lipoprotein: imaging of the apolipoprotein moiety. J Lipid Res. 38, 659-669 (1997).
  39. Silva, R. A., et al. Structure of apolipoprotein A-I in spherical high density lipoproteins of different sizes. Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 12176-12181 (2008).
  40. van Antwerpen, R. Preferred orientations of LDL in vitreous ice indicate a discoid shape of the lipoprotein particle. Arch Biochem Biophys. 432, 122-127 (2004).
  41. Davidson, W. S., Silva, R. A. Apolipoprotein structural organization in high density lipoproteins: belts, bundles, hinges and hairpins. Curr Opin Lipidol. 16, 295-300 (2005).
  42. Peters-Libeu, C. A., Newhouse, Y., Hatters, D. M., Weisgraber, K. H. Model of biologically active apolipoprotein E bound to dipalmitoylphosphatidylcholine. J Biol Chem. 281, 1073-1079 (2006).
  43. Peng, D. C., Song, C., Reardon, C. A., Liao, S. S., Getz, G. S. Lipoproteins produced by ApoE-/- astrocytes infected with adenovirus expressing human ApoE. Journal of Neurochemistry. 86, 1391-1402 (2003).
  44. Peters-Libeu, C. A., Newhouse, Y., Hall, S. C., Witkowska, H. E., Weisgraber, K. H. Apolipoprotein E*dipalmitoylphosphatidylcholine particles are ellipsoidal in solution. J Lipid Res. 48, 1035-1044 (2007).
  45. Jones, M. K., et al. Assessment of the validity of the double superhelix model for reconstituted high density lipoproteins: a combined computational-experimental approach. J Biol Chem. 285, 41161-41171 (2010).
  46. Carnemolla, R., et al. The specific amino acid sequence between helices 7 and 8 influences the binding specificity of human apolipoprotein A-I for high density lipoprotein (HDL) subclasses: a potential for HDL preferential generation. J Biol Chem. 283, 15779-15788 (2008).
  47. Sivashanmugam, A., et al. Structural basis of human high-density lipoprotein formation and assembly at sub nanometer resolution. Methods Cell Biol. 90, 327-364 (2008).
  48. Cavigiolio, G., et al. The interplay between size, morphology, stability, and functionality of high-density lipoprotein subclasses. Biochemistry. 47, 4770-4779 (2008).
  49. Chen, B., et al. Apolipoprotein AI tertiary structures determine stability and phospholipid-binding activity of discoidal high-density lipoprotein particles of different sizes. Protein Sci. 18, 921-935 (2009).
  50. Zhang, L., Tong, H., Garewal, M., Ren, G. Optimized negative-staining electron microscopy for lipoprotein studies. Biochim Biophys Acta. 1830, 2150-2159 (2013).
  51. Tong, H. M., Zhang, L., Huang, L. Q., Ren, G. Optimized negative-staining protocol for electron microscopy study of lipoprotein structure. Progress in Biochemistry and Biophysics. 39, 972-978, doi:Doi 10.3724/Sp.J.1206.2012.00224. 39, 972-978 (2012).
  52. Zhang, L., Kaspar, A., Woodnutt, G., Ren, G. Monitoring the Structural Changes of Conjugated Antibodies by High-Resolution Electron Microscopy and Individual-Particle Electron Tomography. Biophysical Journal. 98, 440-441 (2010).
  53. Ren, G., Zhang, L. Asymmetric Small Protein Structure Determination by Individual Particle Electron Tomography. Biophysical journal. 102, 394a (2012).
  54. Zhang, L., Ren, G. Structural Determination of Heterogeneous Protein by Individual-Particle Electron Tomography – Combination of Electron Tomography and Local Refinement Reconstruction Method for High-Resolution Structural Determination of Each Individual Protein Particle. Biophysical journal. 98, 441a (2010).
  55. Forte, T., Norum, K. R., Glomset, J. A., Nichols, A. V. Plasma lipoproteins in familial lecithin: cholesterol acyltransferase deficiency: structure of low and high density lipoproteins as revealed by elctron microscopy. J Clin Invest. 50, 1141-1148 (1971).
  56. Fang, Y., Gursky, O., Atkinson, D. Lipid-binding studies of human apolipoprotein A-I and its terminally truncated mutants. Biochemistry. 42, 13260-13268 (2003).
  57. Gursky, O., Ranjana, D. L., Gantz, Complex of human apolipoprotein C-1 with phospholipid: thermodynamic or kinetic stability. Biochemistry. 41, 7373-7384 (2002).
  58. Jayaraman, S., Gantz, D. L., Gursky, O. Effects of protein oxidation on the structure and stability of model discoidal high-density lipoproteins. Biochemistry. 47, 3875-3882 (2008).
  59. Ren, G., Peng, L. M. The Analytic Doyle-Turner Representation of High Energy Electron Absorptive Structure Factors. Acta Physica Sinica. 45, 1344-1349 (1996).
  60. Ren, G., Reddy, V. S., Cheng, A., Melnyk, P., Mitra, A. K. Visualization of a water-selective pore by electron crystallography in vitreous ice. Proc Natl Acad Sci U S A. 98, 1398-1403 (2001).
  61. Camejo, G., Suarez, Z. M., Munoz, V. The apo-lipoproteins of human plasma high density lipoprotein: a study of their lipid binding capacity and interaction with lipid monolayers. Biochim Biophys Acta. 218, 155-166 (1970).
  62. Kondo, A., Muranaka, Y., Ohta, I., Kanno, T. Dynamic reaction in a homogeneous HDL-cholesterol assay visualized by electron microscopy. Clin Chem. 45, 1974-1980 (1999).
  63. Tufteland, M., Ren, G., Ryan, R. O. Nanodisks derived from amphotericin B lipid complex. J Pharm Sci. 97, 4425-4432 (2008).
  64. Clay, M. A., Pyle, D. H., Rye, K. A., Barter, P. J. Formation of spherical, reconstituted high density lipoproteins containing both apolipoproteins A-I and A-II is mediated by lecithin : cholesterol acyltransferase. Journal of Biological Chemistry. 275, 9019-9025 (2000).
  65. Desilva, H. V., Masoliva, J., Taylor, J. M., Mahley, R. W. Identification of Apolipoprotein B-100 Low-Density Lipoproteins, Apolipoprotein B-48 Remnants, and Apolipoprotein E-Rich High-Density-Lipoproteins in the Mouse. Journal of Lipid Research. 35, 1297-1310 (1994).
  66. Fagan, A. M., et al. Unique lipoproteins secreted by primary astrocytes from wild type, apoE (-/-), and human apoE transgenic mice. Journal of Biological Chemistry. 274, 30001-30007 (1999).
  67. Musliner, T. A., et al. Dissociation of high density lipoprotein precursors from apolipoprotein B-containing lipoproteins in the presence of unesterified fatty acids and a source of apolipoprotein A-I. J Lipid Res. 32, 917-933 (1991).
  68. Silverman, L., Glick, D. The reactivity and staining of tissue proteins with phosphotungstic acid. J Cell Biol. 40, 761-767 (1969).
  69. Hamilton, R. L., Williams, M. C., Fielding, C. J., Havel, R. J. Discoidal bilayer structure of nascent high density lipoproteins from perfused rat liver. J Clin Invest. 58, 667-680 (1976).
  70. Pollard, H., Scanu, A. M., Taylor, E. W. On the geometrical arrangement of the protein subunits of human serum low-density lipoprotein: evidence for a dodecahedral model. Proc Natl Acad Sci U S A. 64, 304-310 (1969).
  71. Frasca, J. M., Parks, V. R. A Routine Technique for Double-Staining Ultrathin Sections Using Uranyl and Lead Salts. J Cell Biol. 25, 157-161 (1965).
  72. Zhao, F. Q., Craig, R. Capturing time-resolved changes in molecular structure by negative staining. Journal of structural biology. 141, 43-52 (2003).
  73. Knight, D. P. Negative staining of rat tail tendon collagen fibrils with uranyl formate. Tissue Cell. 7, 651-654 (1975).
  74. Dash, S., et al. Temperature programmed decomposition of uranyl nitrate hexahydrate. Journal of Nuclear Materials. 264, 271-282 (1999).
  75. Zhang, L., et al. Structural basis of transfer between lipoproteins by cholesteryl ester transfer protein. Nature Chemical Biology. 8, 342-349 (2012).
  76. Kartha, G. Combination of multiple isomorphous replacement and anomalous dispersion data for protein structure determination. 3. Refinement of heavy atom positions by the least-squares method. Acta crystallographica. 19, 883-885 (1965).
  77. Kartha, G., Parthasarathy, R. Combination of Multiple Isomorphous Replacement and Anomalous Dispersion Data for Protein Structure Determination. I. Determination of Heavy-Atom Positions in Protein Derivatives. Acta crystallographica. 18, 745-749 (1965).
  78. Kartha, G., Parthasarathy, R. Combination of Multiple Isomorphous Replacement and Anomalous Dispersion Data for Protein Structure Determination. Ii. Correlation of the Heavy-Atom Positions in Different Isomorphous Protein Crystals. Acta crystallographica. 18, 749-753 (1965).
  79. Taylor, K. A., Glaeser, R. M. Electron microscopy of frozen hydrated biological specimens. Journal of ultrastructure research. 55, 448-456 (1976).
  80. Correia, I., et al. The structure of dual-variable-domain immunoglobulin molecules alone and bound to antigen. mAbs. 5, (2013).
  81. Cardone, G., Heymann, J. B., Steven, A. C. One number does not fit all: mapping local variations in resolution in cryo-EM reconstructions. Journal of structural biology. 184, 226-236 (2013).

Tags

Negative StainingElectron MicroscopyHigh-throughputProtein StructureSmall ProteinsAsymmetric ProteinsCryo-EMLipoproteinRouleauxElectron TomographyCholesteryl Ester Transfer Protein (CETP)

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Rames, M., Yu, Y., Ren, G. Optimized Negative Staining: a High-throughput Protocol for Examining Small and Asymmetric Protein Structure by Electron Microscopy. J. Vis. Exp. (90), e51087, doi:10.3791/51087 (2014).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image