Aqui, apresentamos um protocolo experimental que pode ser empregado para determinar a afinidades de ligação e o modo de interação da etiqueta livre fosfolipídeo-proteína anexina A2 com imobilizado com suporte sólido bilayers (SLB), medindo-se simultaneamente a absorção de massa e as propriedades viscoelásticas da proteína anexina A2.
A técnica de micro-balança dissipativas de cristal de quartzo é uma abordagem simples e livre de rótulo para medir simultaneamente as propriedades de absorção e viscoelástico em massa da massa absorvida/imobilizada em superfícies de sensor, permitindo que as medições da interação de proteínas com superfícies com suporte sólido, tais como bilayers do lipid, em tempo real e com alta sensibilidade. Anexinas são um grupo altamente conservado de fosfolipídeo-proteínas que interagem reversivelmente com o headgroups carregado negativamente através da coordenação de íons cálcio. Aqui, descrevemos um protocolo que foi contratado para analisar quantitativamente a ligação da anexina A2 (AnxA2) para bilayers do lipid planar preparados na superfície de um sensor de quartzo. Este protocolo é otimizado para obter dados robustos e reprodutíveis e inclui uma descrição detalhada passo a passo. O método pode ser aplicado a outras proteínas com ligação a membrana e composições de BICAMADA.
Membranas celulares são estruturas altamente dinâmicas e complexas. Mistura de compostos de lipídios de membrana, juntamente com proteínas de membrana perifericamente e/ou integralmente associado, montar a forma microdomains. A organização tempo-espacial coordenada destas microdomains membrana está envolvida em processos fisiológicos importantes1. Dinâmica de microdomain de membrana é conduzida pela interação de lipídios de membrana, assim como pela capacidade das proteínas de membrana periférica de reconhecer e interagir com lipídios enriquecidos no microdomains. O recrutamento das proteínas para os lipídios específicos frequentemente é conseguida através de lipídios-reconhecimento módulos, como a homologia de plecstrina (PH) ou o C2 domínios2,3. Biofísicos métodos analíticos usando membranas modelo são a chave para a compreensão dos princípios fundamentais que regem esses processos a nível molecular.
Anexinas, uma grande família de multigene, são bem conhecidas por sua capacidade de se ligar a lipídios de membrana carregada negativamente, predominantemente fosfatidilserina (PS), em uma Ca2 +-controlado de forma2. A segunda marca da família annexin é a presença de um segmento estrutural conservada, a anexina repetir, ou seja presentes quatro ou oito vezes e abriga o Ca2 +– e de sites de fosfolipídeo-ligação4. O Ca2 +-interação dependente lipídico coloca as anexinas na posição perfeita para sentir e transmitir Ca2 +-mediada por sinalização nas membranas do alvo. Consistentemente, anexinas são capazes de induzir a formação de microdomains enriquecidos em colesterol, fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato (PI (4,5) P.2) e PS, tanto na membrana celular e/ou artificial sistemas5. Este protocolo descreve uma abordagem para analisar a interação de anexina-membrana usando um cristal de quartzo micro-balança dissipação (QCM-D)6,7,8.
O componente básico neste micro-balança é um cristal oscilante que serve como superfície do sensor. A adsorção e/ou ligação de moléculas de superfície do sensor diminui a frequência de ressonância (f) proporcional ao aumento da massa. Se a superfície é revestida uniformemente com um filme, a ligação de substâncias adicionais pode interferir com a integridade estrutural desta camada, e tais alterações na viscoelasticidade (a energia fator de dissipação D) podem ser adicionalmente monitoradas. Esta é uma técnica generalizada para estudar a interação das proteínas com bilayers do lipid. Nesta abordagem, vesículas lipídicas são absorvidas para a superfície do sensor adequadamente revestida. Formação de bicamada lipídica é favorável em materiais à base de sílica9,10, como vesículas frequentemente não romper-se em outras superfícies hidrofílicas, tais como ouro11 oxidado após exposição UV-ozônio, TiO212ou Al 2O313. A ruptura das vesículas unindo libera a fase aquosa, levando a mudanças características em massa e dissipação. A geração de suporte sólido bilayers (SLB) pela fusão de vesículas é simples e robusto e pode ser usada para gerar modelos complexos que imitam as membranas celulares.
Micro-balança dissipativas de cristal de quartzo é uma técnica livre de rótulo e sensível. Uma grande vantagem é a possibilidade de revestir qualquer material que gera um filme suficientemente fino para a superfície, proporcionando uma ampla gama de aplicações em pesquisa de diversas áreas. A interação da proteína-membrana é observada em tempo real, e os resultados podem ser analisados diretamente. A mesma superfície do sensor pode ser usada em medições posteriores (após a realização de um mínimo de limpeza conforme descrito neste protocolo), permitindo assim para controles internos precisos e uma comparabilidade entre analitos.
Para responder a perguntas relativas a relação estrutura-função das membranas celulares de forma quantitativa e qualitativa, biologia celular lucros imensamente a utilização de abordagens biofísicas baseiam no bem conhecidos e amplamente utilizado técnicas , incluindo atômica força (AFM), microscopia de ressonância de plasmon de superfície (SPR), e utilizada a técnica de QCM-D aqui. Mostramos em estudos anteriores que anexina proteínas ligam-se em uma Ca2 +-dependente forma à membrana imobilizada com alta afinidade. Nós usamos a frequência e dissipação turnos do subtexto 7 (Δf7), porque isso representa o melhor compromisso de estabilidade de sensibilidade e oscilação de deteção.
Esta técnica também permite uma descrição quantitativa da interação da membrana-proteína. AnxA2 ligação à membrana é caracterizada por cooperatividade positiva que é mediada pelo domínio do núcleo annexin conservado e depende da presença de colesterol. Os dados quantitativos obtidos para AnxA2 e AnxA8 são relatados em detalham em outro lugar6,8.
Existem muitos passos críticos no presente protocolo. Use os lipossomas imediatamente; caso contrário, pequenas vesículas podem fundir-se em vesículas maiores com menos tensão de superfície, levando à inibição da formação de bicamada lipídica. Manter uma temperatura constante durante as medições. Cada pequeno desvio na temperatura resulta em uma mudança de frequência e dissipação não negligenciável. Evitar bolhas de ar; caso contrário, o sistema é instável e não irá estabelecer uma linha de base.
A equação de Sauerbrey permite a conversão direta da frequência observada, muda de alterações em massa e é, portanto, amplamente utilizado. No entanto, a suposição de uma correlação linear entre a mudança na frequência de ressonância e a massa adicionada só vale para componentes que formam uma película rígida e uniforme sobre a superfície do sensor. A equação de Sauerbrey não pode ser usada para viscoelástico adsorventes tais como filmes de proteína rica em água, camadas de lipídios com água incorporada, ou mesmo adsorvido células. Aqui, os modelos matemáticos mais complexos são necessários. Portanto, é extremamente importante monitorar simultaneamente as alterações na frequência e dissipação. Para detectar mudanças estruturais durante a medição, ΔD contra Δf rácios podem ser plotados, com uma linha reta, não indicando nenhuma alteração conformacional.
Uma grande vantagem desta técnica é a possibilidade de utilizar uma gama muito ampla de materiais como substratos. Além disso, é um método confiável e direto para estudar uma ampla gama de interações macromoleculares, como a formação adequada dos filmes de revestimento de superfície (tais como SLB), bem como interações proteína-lipídio mais, pode ser monitorado on-line.
Este protocolo pode ser aplicado a outras proteínas de membrana-interagindo, por exemplo, barra de proteínas do domínio19, a família de proteínas com ERM (ezrin, radixin e moesin) que tem um papel importante na ligação de membrana-citoesqueleto20,21 ,22, ou proteínas contendo domínios C2 ou PH. Além disso, uma ampla gama de aplicações desta técnica para o estudo de materiais biológicos com êxito publicou, estabelecendo assim o QCM como uma plataforma experimental adequada para estudar as interações dos conjuntos macromoleculares mais complexos ou até mesmo células de23,24.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado pela Deutsche Forschungsgemeinschaft sob concessões SFB 858/B04, EXC 1003, SFB 1348/A04 e 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 |