Multiplexado de una sola molécula de mediciones de la Fuerza proteólisis utilizando pinzas magnéticas
Summary
En este artículo se describe el uso de pinzas magnéticas para estudiar el efecto de la fuerza en la proteólisis enzimática a nivel sola molécula de una manera altamente paralelizable.
Abstract
La generación y detección de las fuerzas mecánicas es un aspecto omnipresente de la fisiología celular, con relación directa con la metástasis del cáncer 1, 2 y aterogénesis cicatrización de la herida 3. En cada uno de estos ejemplos, las células tanto de ejercer la fuerza de su entorno y al mismo tiempo enzimáticamente remodelación de la matriz extracelular (MEC). El efecto de las fuerzas de ECM se ha convertido en un área de considerable interés debido a su probable importancia biológica y médica 4-7.
Técnicas de una sola molécula, tales como la captura óptica 8, microscopía de fuerza atómica 9, y pinzas magnéticas 10,11 permitirá a los investigadores para probar la función de las enzimas a nivel molecular, al ejercer fuerzas sobre las proteínas individuales. De estas técnicas, pinzas magnéticas (MT) se caracterizan por su bajo costo y alto rendimiento. MT ejercen fuerzas en el rango de 1-100 ~ pN y puede proporcionar milisegundo resolución temporal,cualidades que son bien emparejados para el estudio del mecanismo de la enzima en el nivel de una sola molécula de 12. Aquí mostramos un ensayo altamente paralelizable MT para estudiar el efecto de la fuerza en la proteólisis de las moléculas de proteínas individuales. Se presenta el ejemplo específico de la proteolisis de un péptido de colágeno trimérica por metaloproteinasas de matriz 1 (MMP-1), sin embargo, este ensayo se puede adaptar fácilmente para estudiar otros sustratos y proteasas.
Protocol
Discussion
Este protocolo se describe un nuevo uso para una sola molécula técnica clásica. Pinzas magnéticas permiten a medio y alto rendimiento de los ensayos de una sola molécula de una manera costo-eficiente. Sin embargo, como todas las técnicas experimentales que hay desafíos y peligros potenciales.
Limitaciones de pinzas magnéticas
En comparación con una trampa óptica de la resolución espacial y temporal de un aparato de TA es baja. Por otra parte, las fuerzas …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por el premio a la Trayectoria Burroughs Wellcome en la interfaz de la Ciencia (ARD), los Institutos Nacionales de Salud a través de Nuevo Director del NIH Programa Premio a la Innovación 1-DP2-OD007078 (ARD), el William Bowes, Jr. Stanford Graduate Fellowship (ASA ), y el Instituto Cardiovascular de Stanford beca predoctoral Joven (JC). Los autores agradecen a James Spudich por el préstamo de equipos de microscopía.
Materials
| Name of Reagent | Company | Catalogue Number |
| Micro Cover Glass #1.5 (22×22) | VWR | 48366-067 |
| Micro Cover Glass #1.5 (22×40) | VWR | 48393-048 |
| Lambda DNA | Invitrogen | 25250-010 |
| T4 DNA Ligase | Invitrogen | 15224-041 |
| Microcon Ultracel YM-100 | Millipore | 42413 |
| Anti-Digoxigenin | Roche Diagnostics | 11-333-089-001 |
| Tween 20 | Sigma | P9416-100ML |
| Anti-myc Antibody | Invitrogen | 46-0603 |
| Bovine Serum Albumin | Sigma | B4287-5G |
| Dynabeads M-280 Streptavidin | Invitrogen | 658.01D |
| Dynabeads MyOne T1 Streptavidin | Invitrogen | 658.01D |
| p-Aminophenylmercuric Acetate | Calbiochem | 164610 |
| Biotin-Maleimide | Sigma Aldrich | B1267 |
| Biotin labeled oligo | IDT DNA | Custom synthesis |
| Digoxigenin labeled oligo | IDT DNA | Custom synthesis |
| Collagen peptide gene | DNA 2.0 | Custom synthesis |
| MMP-1 cDNA | Harvard Plasmid Database | |
| z-translator | Thorlabs | MTS50 |
| Servo controller for translator | Thorlabs | TDC001 |
References
- Ingber, D. E. Can cancer be reversed by engineering the tumor microenvironment. Semin. Cancer Biol. 18, 356-364 (2008).
- Hahn, C., Schwartz, M. A. Mechanotransduction in vascular physiology and atherogenesis. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 10, 53-62 (2009).
- Laurens, N., Koolwijk, P., de Maat, M. P. Fibrin structure and wound healing. J. Thromb. Haemost. 4, 932-939 (2006).
- Adhikari, A. S., Chai, J., Dunn, A. R. Mechanical Load Induces a 100-Fold Increase in the Rate of Collagen Proteolysis by MMP-1. J. Am. Chem. Soc. 133, (2011).
- Zareian, R. Probing collagen/enzyme mechanochemistry in native tissue with dynamic, enzyme-induced creep. Langmuir. 26, (2010).
- Ellsmere, J. C., Khanna, R. A., Lee, J. M. Mechanical loading of bovine pericardium accelerates enzymatic degradation. Biomaterials. 20, 1143-1150 (1999).
- Jesudason, R. Mechanical forces regulate elastase activity and binding site availability in lung elastin. Biophys. J. 99, 3076-3083 (2010).
- Neuman, K. C., Block, S. M. Optical trapping. Rev. Sci. Instrum. 75, 2787-2809 (2004).
- Lee, C. K., Wang, Y. M., Huang, L. S., Lin, S. Atomic force microscopy: determination of unbinding force, off rate and energy barrier for protein-ligand interaction. Micron. 38, 446-461 (2007).
- Smith, S. B., Finzi, L., Bustamante, C. Direct mechanical measurements of the elasticity of single DNA molecules by using magnetic beads. Science. 258, 1122-1126 (1992).
- Tanase, M., Biais, N., Sheetz, M. Magnetic tweezers in cell biology. Methods Cell Biol. 83, 473-493 (2007).
- Neuman, K. C., Nagy, A. Single-molecule force spectroscopy: optical tweezers, magnetic tweezers and atomic force microscopy. Nat. Methods. 5, 491-505 (2008).
- Frank, S. Stabilization of short collagen-like triple helices by protein engineering. J. Mol. Biol. 308, 1081-1089 (2001).
- Stetefeld, J. Collagen stabilization at atomic level: crystal structure of designed (GlyProPro)10foldon. Structure. 11, 339-346 (2003).
- Chung, L. Collagenase unwinds triple-helical collagen prior to peptide bond hydrolysis. EMBO J. 23, 3020-3030 (2004).
- Bell, G. I. Models for the specific adhesion of cells to cells. Science. 200, 618-627 (1978).
- Selvin, P. R., Ha, T. . Single-molecule techniques: a laboratory manual. , (2008).
- Graneli, A., Yeykal, C. C., Prasad, T. K., Greene, E. C. Organized arrays of individual DNA molecules tethered to supported lipid bilayers. Langmuir. 22, 292-299 (2006).
- Danilowicz, C., Greenfield, D., Prentiss, M. Dissociation of ligand-receptor complexes using magnetic tweezers. Anal. Chem. 77, 3023-3028 (2005).
- Zhang, X., Halvorsen, K., Zhang, C. Z., Wong, W. P., Springer, T. A. Mechanoenzymatic cleavage of the ultralarge vascular protein von Willebrand factor. Science. 324, 1330-1334 (2009).
- Woodside, M. T. Nanomechanical measurements of the sequence-dependent folding landscapes of single nucleic acid hairpins. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 6190-6195 (2006).
- del Rio, A. Stretching single talin rod molecules activates vinculin binding. Science. 323, 638-641 (2009).
- Gosse, C., Croquette, V. Magnetic tweezers: micromanipulation and force measurement at the molecular level. Biophys. J. 82, 3314-3329 (2002).
