Nous présentons ici un protocole expérimental qui peut être employé pour déterminer les affinités de liaison et le mode d’interaction de protéine se liant à phospholipides exempte d’étiquette annexine A2 avec immobilisée-prise en charge solide bicouches (SLB) de mesurer simultanément la absorption massive et les propriétés viscoélastiques de la protéine annexin A2.
La technique de microbalance à cristal de quartz dissipatif est une approche simple et sans étiquette de mesurer simultanément les propriétés massiques de captation et viscoélastique de la masse absorbée/immobilisé sur des surfaces de capteur, permettant la mesure de l’interaction des protéines avec des surfaces solides-prise en charge, comme des bicouches lipidiques, en temps réel et avec une grande sensibilité. ANNEXINES sont un groupe hautement conservé des phospholipides protéines qui interagissent réversible avec la ménagée chargés négativement par la coordination des ions calcium. Nous décrivons ici un protocole qui a été utilisé pour analyser quantitativement la liaison de l’annexine A2 (AnxA2) de bicouches lipidiques planes préparés sur la surface d’un capteur de quartz. Ce protocole est optimisé afin d’obtenir des données solides et reproductibles et comprend une description détaillée étape par étape. La méthode peut être appliquée à d’autres protéines membranaires et les compositions de la bicouche.
Les membranes cellulaires sont des structures très dynamiques et complexes. Le mélange composé de lipides membranaires, ainsi que des protéines de la membrane en périphérie ou intégralement associé, assembler à forme microdomaines. L’organisation coordonnée de tempo-spatiale de ces microdomaines membranaires est impliquée dans les processus physiologiques fondamentaux1. La dynamique microdomaine membranaire est conduite par l’interaction des lipides membranaires, ainsi que par la capacité des protéines membranaires périphériques à reconnaître et à interagir avec les lipides enrichis dans les microdomaines. Le recrutement des protéines pour les lipides spécifiques est souvent réalisé par lipide-reconnaissance modules, comme l’homologie pleckstrine (PH) ou la C2 domaines2,3. Méthodes biophysiques d’analyse à l’aide de membranes modèles sont essentielles pour comprendre les principes fondamentaux régissant ces processus au niveau moléculaire.
ANNEXINES, une grande famille de multigene, sont connus pour leur capacité à lier aux lipides de la membrane chargée négativement, surtout la phosphatidylsérine (PS), d’un Ca2 +-contrôlé de manière2. La deuxième caractéristique de la famille annexin est la présence d’un segment de structure conservée, l’annexine répéter, c’est à présent quatre ou huit fois et héberge le Ca2 +– et phospholipides-liaison sites4. Le Ca2 +-interaction charge lipidique place l’ANNEXINES dans une position parfaite pour ressentir et transmettre Ca2 +-médiation de signalisation aux membranes de la cible. Systématiquement, les ANNEXINES sont capables d’induire la formation de microdomaines enrichis en cholestérol, phosphatidylinositol-4, 5-bisphosphate (PI (4,5) P2) et PS, aussi bien dans les systèmes de membrane cellulaire et/ou artificiel5. Ce protocole décrit une méthode pour analyser les interactions annexine-membrane à l’aide d’une Dissipation de Microbalance à cristal de Quartz (QCM-D)6,7,8.
L’élément de base dans cette microbalance est un cristal oscillant qui sert à la surface du capteur. L’adsorption et/ou de la liaison de molécules à la surface du capteur diminue la fréquence de résonance (f) proportionnelle à l’augmentation de masse. Si la surface est uniformément recouvert d’un film, la liaison des substances supplémentaires peut-être interférer avec l’intégrité structurale de cette couche, et ces changements de viscoélasticité (le facteur dissipation énergétique D) peuvent être en outre surveillés. Il s’agit d’une technique très répandue pour étudier l’interaction des protéines avec des bicouches lipidiques. Dans cette approche, des vésicules lipidiques sont absorbées sur la surface du capteur convenablement enduit. Formation de bicouche lipidique est favorable sur les matériaux à base de silice9,10, comme des vésicules rompent souvent pas sur d’autres surfaces hydrophiles, telles que l’ or11 oxydé après exposition UV-ozone, TiO212ou Al 2O313. La rupture des vésicules coalescents libère la phase aqueuse, conduisant à des changements caractéristiques dans la masse et la dissipation. La génération de solid-prise en charge des bicouches (SLB) par la fusion des vésicules est simple et robuste et peut être utilisée pour générer des modèles complexes qui imitent les membranes cellulaires.
Microbalance à cristal de quartz dissipatif est une technique sensible et sans étiquette. Un avantage majeur est la possibilité de revêtir n’importe quel matériel qui génère une couche suffisamment mince sur la surface, offrant ainsi un large éventail d’applications dans divers domaines. L’interaction de protéine-membrane est observée en temps réel, et les résultats peuvent être analysés directement. La même surface de capteur peut être utilisée dans des mesures ultérieures (après avoir effectué un nettoyage minimal tel que décrit dans le présent protocole), ce qui permet des contrôles internes précises et une comparabilité entre les analytes.
Pour répondre aux questions concernant la relation structure-fonction des membranes cellulaires tant de manière quantitative et qualitative, bénéfices biologie cellulaire énormément de l’utilisation de méthodes biophysiques basé sur bien établis et largement utilisé des techniques , y compris atomique force microscopy (AFM), résonance plasmonique de surface (SPR), et la technique de QCM-D utilisée ici. Nous avons montré dans des études antérieures qui ANNEXINES protéines lient d’un Ca2 +-façon dépendante de la membrane immobilisée avec une haute affinité. Nous utilisons des fréquences et dissipation se déplace de la 7e harmonique (Δf7) parce que cela représente le meilleur compromis de stabilité de sensibilité et d’oscillation de détection.
Cette technique permet également une description quantitative de l’interaction de la protéine de la membrane. AnxA2 de liaison à la membrane est caractérisée par une coopération positive qui est véhiculée par le domaine de noyau annexin conservé et dépend de la présence de cholestérol. Les données quantitatives obtenues AnxA2 et AnxA8 sont déclarés en détaillent ailleurs6,8.
Il y a plusieurs étapes cruciales dans le présent protocole. Utilisez les liposomes immédiatement ; dans le cas contraire, petites vésicules peuvent fusionner en vésicules plus grandes avec moins de tension surface, conduisant à l’inhibition de la formation de bicouche lipidique. Maintenir une température constante pendant les mesures. Chaque petit écart de température entraîne un décalage de fréquence et de la dissipation non négligeable. Éviter les bulles d’air ; dans le cas contraire, le système est instable et n’établira pas une ligne de base.
L’équation de Sauerbrey permet la conversion directe de la fréquence observée se transforme en changements de masse et est donc largement utilisée. Cependant, l’hypothèse d’une corrélation linéaire entre le changement de fréquence de résonance et la masse ajoutée est seulement vrai pour composants formant une pellicule rigide et uniforme sur la surface du capteur. L’équation de Sauerbrey ne peut être utilisée pour viscoélastique adsorbants, tels que les films de protéine riche en eau, couches lipidiques d’eau incorporé, ou même adsorbé de cellules. Ici, les modèles mathématiques plus complexes sont nécessaires. Par conséquent, il est extrêmement important de contrôler simultanément les changements de fréquence et de la dissipation. Pour détecter les changements structurels au cours de la mesure, ΔD versus Δf ratios peuvent être tracées, avec une ligne droite n’indiquant aucun changement conformationnel.
Un avantage majeur de cette technique est la possibilité d’utiliser une très large gamme de matériaux comme substrats. C’est d’ailleurs une méthode fiable et directe d’étudier un large éventail d’interactions macromoléculaires, comme la formation adéquate des films revêtement (par exemple, SLB), ainsi que d’autres interactions de protéine-lipides, peut être surveillée en ligne.
Ce protocole peut être appliquée à d’autres protéines membranaires-interaction, par exemple, BAR domaine protéines19, l’ERM (ezrin, radixine et moésine) famille de protéines qui a un rôle important dans la membrane-cytosquelette linkage20,21 ,22, ou des protéines contenant des domaines C2 ou PH. En outre, un large éventail d’applications de cette technique pour étudier le matériel biologique a été avec succès publié, établissant ainsi QCM comme une plate-forme expérimentale bien adaptée pour étudier les interactions des assemblages macromoléculaires plus complexes ou même les cellules23,24.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu par la Deutsche Forschungsgemeinschaft sous les subventions SFB 858/B04, EXC 1003, SFB 1348/A04 et 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 |