Summary

سحب الأنابيب النانوية الأغشية من الحويصلات أونيلاميلار العملاقة

Published: December 07, 2017
doi:

Summary

شعور العديد من البروتينات في الخلية والحث على انحناء غشاء. يصف لنا طريقة لسحب الأنابيب النانوية الأغشية من الحويصلات الدهنية دراسة التفاعل بين البروتينات أو أي جزيء انحناء نشطة مع الأغشية منحنى في المختبر.

Abstract

إعادة تشكيل غشاء الخلية جزء لا يتجزأ من العديد من الظواهر الخلوية، مثل الالتقام، الاتجار، وتشكيل فيلوبوديا، و ما إلى ذلك. إقران العديد من البروتينات المختلفة الأغشية منحنى بسبب قدرتهم على الشعور أو الحث على غشاء انحناء. وتشمل هذه العمليات عادة، العديد من البروتينات يجعلها معقدة للغاية لدراسة كمياً في الخلية. يصف لنا وضع بروتوكول لإعادة تشكيل غشاء منحنى في المختبر، محاكاة بنية خلوية منحنى مثل الرقبة اندوسيتيك. حويصلة أونيلاميلار عملاقة (جوف) كنموذج لغشاء الخلية، الضغط الداخلي والتوتر السطحي الذي يتم التحكم بتطلع ميكروبيبيتي. تطبيق قوة سحب نقطة على جيوف استخدام الملقط البصري يخلق نانو انحناء عالية متصلة بغشاء مسطح. تقليديا، استخدمت هذا الأسلوب لقياس الخواص الميكانيكية الأساسية للأغشية الدهنية، مثل الانحناء الصلابة. في السنوات الأخيرة، قد اتسع لدراسة كيفية تفاعل البروتينات مع انحناء الأغشية وطريقة تأثيرها على الشكل والميكانيكا الأغشية. نظام الجمع بين ميكرومانيبوليشن و microinjection وملاقط بصرية، والفحص المجهري [كنفوكل] يسمح قياس انحناء الغشاء والغشاء التوتر والكثافة السطحية للبروتينات، وفي نفس الوقت. من هذه القياسات، يمكن الاستدلال على العديد من الخصائص الميكانيكية والمورفولوجية الهامة نظام غشاء البروتين. وبالإضافة إلى ذلك، نحن وضع بروتوكول لإنشاء جوفس حضور تركيز الملح الفسيولوجي، وطريقة لقياس الكثافة السطحية للبروتينات في الغشاء من شدة الأسفار المسماة البروتينات والدهون.

Introduction

ويرافق العديد من العمليات الخلوية، مثل الالتقام، الاتجار، وتشكيل فيلوبوديا، والعدوى، إلخ، تغييرا جذريا في شكل أغشية الخلية1،2. في الخلية، يشارك عدد من البروتينات في هذه العمليات بملزمة للغشاء وتغيير شكلها. أبرز الأمثلة من أعضاء الأسرة البروتين بن/أمفيفيسين/رفس (بار)، والتي تحتوي على سمة من سمات منحنى عضويا بار المجال3،،من45،،من67. بشكل عام، أنها تتفاعل مع الغشاء بالتقيد بالمجال بار على السطح، وفي كثير من الحالات، لوالب amphipathic إدراج أيضا شالوولي بيلايير. يحدد الشكل والحجم، والمسؤول عن المجال بار جنبا إلى جنب مع عدد لوالب أمفيباثيك: (1) باتجاه انحناء غشاء (أيما إذا كانت ستؤدي إينفاجينيشنز أو نتوءات)، و (2) ضخامة الغشاء انحناء5،8. الملاحظة، هنا انحناء إيجابية يعرف الجانب المحدب الغشاء المنحنى، أي، الإنتفاخ تجاه الجسيمات المتفاعلة، والسلبية خلاف ذلك. وعلاوة على ذلك، كشفت الدراسات الكمية لبار البروتينات أن تأثيرها على الغشاء الذي يعتمد على مجموعة من البارامترات الفيزيائية: سطح الكثافة من البروتينات والتوتر الغشاء شكل غشاء (شقة مقابل أنبوبي مقابل كروية الشكل)7. اعتماداً على هذه المعلمات بار البروتينات يمكن أن: (1) العمل كأجهزة استشعار لانحناء غشاء، (2) ثني الأغشية، أو (3) الحث على انفصال الغشاء7.

نظراً لضخامة عدد من العناصر المشتركة في إعادة تشكيل غشاء في الخلية، دراسة الجوانب الكمية من الظواهر، مثل الالتقام، في فيفو صعبة للغاية. في المختبر إعادة تشكيل لأدنى مكونات محاكاة أغشية منحنى في الخلية يوفر وسيلة لفهم كيف التقويس غشاء بروتينات تعمل آليا. توضح هذه المقالة بروتوكول إعادة تشكيل غشاء أنبوب نانوي في المختبر باستخدام ميكرومانيبوليشن، والفحص المجهري [كنفوكل]، وملاقط بصرية. يمكن استخدام النهج للدراسة، بطريقة كمية، كيفية تفاعل البروتينات، والدهون، أو الجزيئات الصغيرة مع أغشية منحنية. دهن جوفس تستخدم كنماذج لغشاء الخلية، انحناء التي تكاد لا تذكر مقارنة بحجم الجزيئات المتفاعلة غشاء التقويس. أنهم مستعدون باستخدام أسلوب اليكتروفورميشن9 التي تتشكل الحويصلات بترطيب فيلما دهن وتورم في جوفس تحت تيار المتردد (AC)10. ركائز الأكثر شيوعاً التي تزرع جوفس أما لوحات شبه موصلة المغلفة مع الإنديوم أكسيد القصدير (إيتو) أو أسلاك البلاتين (Pt-أسلاك)11. في هذا العمل، تزرع جوفس في Pt-الأسلاك كما تبين هذا الأسلوب في العمل أفضل بكثير من البديل في صنع جوفس حضور أملاح في المخزن المؤقت12. على الرغم من أن يتم وصف البروتوكول اليكتروفورميشن هنا بتفصيل كاف لإنتاجه، نشير للقارئ إلى المواد السابقة التي قد وصف أساليب مماثلة وأخرى من صنع جوفس في التفصيل13،14. في أيدينا، اليكتروفورميشن في Pt-الأسلاك بنجاح حقق جوفس من مزيج الدهون الاصطناعية أو من الدهن الطبيعية مقتطفات في المخزن مؤقت الذي يحتوي على ~ 100 ملم كلوريد الصوديوم. وعلاوة على ذلك، كان أيضا من الممكن لتغليف البروتينات داخل جوفس أثناء النمو. دائرة اليكتروفورميشن مثال لهو مبين في الشكل 1 (أ)؛ وهي تتألف من طوله ~ 10 سم Pt-سلكين إدراج حامل من تترافلوروايثيلين (PTFE) التي يمكن أن تكون مختومة في كلا الجانبين مع الزجاج كوفيرسليبس ~ 1-2 سم عن بعضها البعض (الشكل 1A).

Figure 1
رقم 1: الإعداد التجريبية. (أ) اليكتروفورميشن جيوف الدائرة مع إرفاقه Pt-أسلاك الموصلات الكهربائية. (ب) اليسار: النظام التجريبي عرض المجهر، الدائرة التجريبية أعلاه الهدف وهما ميكروبيبيتيس (اليمين واليسار) يعلق على ميكرومانيبولاتورس وإدراجها في قاعة تجريبية لسحب الأنبوب والبروتين حقن. حق: عرض عن قرب للدائرة التجريبية المركبة أعلاه هدف عرض النصائح من التطلع وميكروبيبيتيس حقن إدراج. (ج) ألف حقنه مزودة بموزع رقيقة إدراجها في ميكروبيبيتي على ظهره لهذه الغاية. الأسفل عرض عن قرب للموزع داخل ميكروبيبيتي مع الخط المنقط الأزرق تبين ميكروبيبيتي. ويستخدم هذا النظام لملء في ميكروبيبيتي مع الكازين تخميل سطح الزجاج، وأيضا أن تسد مع الزيوت المعدنية عند الحاجة. (د) نظام يستخدم لنضح كميات ميليلتر من الحل البروتين. متصل الإبرة حقنه والأنابيب التي يتم توصيلها إلى ميكروبيبيتي حقن. نصيحة ميكروبيبيتي بعناية منغمسين في حل البروتين ويستنشق ذلك لملء هذه المعلومة ميكروبيبيتي. ميكروبيبيتي ثم العودة مليئة الزيوت المعدنية باستخدام النظام هو مبين في لوحة جيم الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

أنبوب نانوي غشاء، تمتد في دائرة نصف قطرها من 7 شمال البحر الأبيض المتوسط إلى عدة مئات شمال البحر الأبيض المتوسط، يمكن أن يتم سحبها من جيوف بقوة خارجية. هذا الأسلوب في البداية صمم لقياس خصائص مرونة أغشية الخلية وحويصلات، مثل صلابة الانحناء15،16. في الأعمال الأخيرة، مددت الطريقة لدراسة تفاعل البروتينات مع الأغشية منحنية بالبروتينات القرب من أنبوب نانوي سحبت7،17ميكروينجيكتينج. وقد وضعت أساليب أخرى لدراسة البروتينات الغشاء التقويس. في أسلوب واحد، هي المحتضنة البروتينات الدهنية بطريقة مختلفة الحجم المربوطة إلى سطح تخميلها ب. [كنفوكل] مجهرية يستخدم لقياس ملزمة البروتين كدالة للقطر الحويصلية، التي يمكن أن تشير إلى18،الفرز التي يسببها انحناء19. في أسلوب آخر، يتم حقن البروتينات بالقرب جيوف يستنشق الدقيقة لقياس قدرتها على حمل الأنابيب20،21عفويا. الطريقة الموصوفة في هذا البروتوكول مناسبة فريدة لدراسة البروتينات الغشاء التقويس المشاركة في الالتقام، حيث تواجه معظم البروتينات عادة الأنابيب النانوية غشاء بريفورميد الاتصال invagination الغشاء المحتوية على بضائع مع الكامنة وراء غشاء البلازما المسطحة. وعلاوة على ذلك، في هذا الأسلوب، خلافا في المقايسة مع الدهنية الصغيرة المربوطة، أنبوب نانوي الغشاء بشكل مستمر متصل بالغشاء؛ ولذلك، من توازن الميكانيكية مع جيوف، وضع المتوقع في فيفو. ومن ثم يطبق الفيزياء الغشاء الأساسية ويمكننا أن نستنتج عدد كبير الخواص الميكانيكية من لدينا قياسات22،،من2324.

لتنفيذ كامل لهذا الأسلوب، يشمل المعدات اللازمة مجهر [كنفوكل]، وملاقط بصرية، وواحد أو اثنين من ميكروبيبيتيس متصل بخزان لمياه (الشكل 1B). من خلال الجمع بين الثلاثة، فمن الممكن في الوقت نفسه قياس التوتر الغشاء، انحناء غشاء، الكثافة السطحية للبروتينات، وأنبوب القوة25. ضروري تطلع ميكروبيبيتي وأنها هي التي شيدت بسهولة عن طريق إدراج ميكروبيبيتي زجاج إلى حامل متصل بخزان مياه، والتي، عن طريق الضغط الهيدروليكي، يتحكم الضغط تطلع26. يتم التحكم في ميكروبيبيتي وصاحب ميكرومانيبولاتور، ومن الناحية المثالية، في اتجاه واحد قبل بيزو المشغل الميكانيكي لحركة الدقة. لسحب أنبوب نانوي، ميكرواسبيراتيد جيوف عالق بإيجاز إلى الحجم ميكرون حبة ثم سحبها بعيداً إنشاء أنبوب نانوي. في هذا التنفيذ، هو عقد حبة بملاقط بصرية، التي يمكن بناؤها باتباع بروتوكول منشورة27. من الممكن الاستغناء عن ملاقط بصرية وسحب الأنابيب النانوية بطرق مختلفة، على الرغم من أن حساب قياسات دقيقة القوة. إذا أنها صعبة جداً لبناء إعلام بصري أو إذا قياسات القوة ضرورية لا، كما هو الحال إذا كان أحد يريد ببساطة للتحقق من تفضيل البروتينات للأغشية المنحنى، ويمكن سحب أنبوب استخدام حبة ويستنشق في تلميح ميكروبيبيتي الثانية28. من الممكن أيضا سحب الأنابيب باستخدام قوة الجاذبية29 أو30،31التدفق. وعلاوة على ذلك، الفحص المجهري [كنفوكل] ليست ضرورية أما؛ ومع ذلك، ومن المفضل حتى لقياس الكثافة السطحية للبروتينات. كما أنه يتيح قياس نصف قطر أنبوب نانوي من الأسفار كثافة الدهون في الأنبوب، وبالتالي صرف النظر عن التوتر وقوة الغشاء. استنتاج نصف قطر الأنبوب من الأسفار مهم بشكل خاص إذا كانت العلاقة بين هذه الكميات ينحرف عن معادلات راسخة بسبب الوجود بروتينات الغشاء انضمت25. الأهم من ذلك، واحدة لا يمكن الاستغناء عن كل من فخ بصري والفحص المجهري [كنفوكل]، كما أنه لا يمكن قياس انحناء الأنبوب.

وقد استخدمت الأسلوب كما هو موضح في هذا البروتوكول للدراسة التي يسببها انحناء فرز مختلف البروتينات الغشاء المحيطي في الأنابيب النانوية، الذين معظمهم من شريط الأسرة25،،من3233،34 . وتبين أيضا أن القناة على شكل كونيكالي البوتاسيوم transmembrane كفاب أثري في منحنى الأنابيب النانوية بنفس الطريقة كما بار البروتينات35. عن طريق تحسين طريقة لتغليف البروتينات داخل جوفس، تفاعل البروتينات مع انحناء سلبي التحقيق مؤخرا ك جيدا36. وعلاوة على ذلك، تم استخدام هذا الأسلوب لتوضيح تشكيل البروتين السقالات25،37 ودراسة إليه انفصال الغشاء بأي خط التوتر38، البروتين دينامين39، أو بواسطة شريط البروتينات40،41. بالإضافة إلى البروتينات، والجزيئات الصغيرة أو الأيونات يمكن أن يستحث أيضا انحناء. باستخدام هذا الأسلوب، قد أظهرت أيونات الكالسيوم للحث على انحناء إيجابية تحت ظروف خالية من الملح42. من المثير للاهتمام، فإنه أيضا قد ثبت أن الدهون يمكن الخضوع لانحناء الفرز، على الرغم من أن فقط للمؤلفات التي بالقرب نقطة ديميكسينج43،44. وخلاصة القول، الطريقة التي يمكن استخدامها من قبل الباحثين المهتمين بالتحقيق في كيفية أما مكونات الغشاء لا يتجزأ (مثلالدهون أو البروتينات transmembrane) أو محيطيا ملزمة جزيئات (سواء داخل أو خارج جوفس) تتفاعل مع الأغشية] منحنى، من وجهتي نظر الميكانيكية والكمية. من المعتزم أيضا للراغبين في قياس الخواص الميكانيكية للغشاء نفسه22،،من2345.

Protocol

1-إعداد جوفس اليكتروفورميشن في Pt-أسلاك تنظيف قاعة اليكتروفورميشن (انظر مقدمة و الشكل 1A) وحزب العمال-الأسلاك مع مذيب عضوي مثل الإيثانول أو الأسيتون ليغسل الدهون والماء ليغسل الأملاح.ملاحظة: نحن نقترح دقة المسح بعيداً من البقايا مع الأنسجة غارقة في الإيثانو?…

Representative Results

يمكن أن تعطي هذه التجربة أنبوب سحب المعلومات الميكانيكية الحيوية حول الغشاء. نظراً لغياب البروتينات أو جزيئات أخرى أن الزوجين مع انحناء غشاء، الغشاء قوة ونصف قطر الأنبوب يمكن أن ترتبط مع التوتر الغشاء عن طريق تطبيق “هاميلتون” Helfrich كانام سحب المعادلة إلى أنبوب من جيوف<sup cl…

Discussion

طريقة سحب أنابيب من جوفس يعطي معلومات غنية عن نظام بروتين غشائي، كما أنها ليست سوى وسيلة لقياس الخواص الميكانيكية الأساسية للغشاء، ولكنه يساعد على تسليط الضوء على اقتران بين البروتينات والأغشية انحناء. كما ورد في المقدمة، توجد تقنيات أخرى لقياس آثار البروتينات الغشاء التقويس، تفرخ البر?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

يشكر المؤلفون سوري بينوا، داميان كوفيلير، ناسوي بيير، فرانسوا كويمينيور، وتومبس جيل لمساهماتهم الأساسية بإنشاء الأسلوب أنبوب نانوي في المجموعة. مجموعة P.B. ينتمي إلى الكونسورتيوم يزار سيلتيس سيلتيسفيبيو لابيكس (ANR-11-LABX0038)، وباريس العلوم والآداب (ANR-10-معرض أيدكس-0001-02). واو-جيم “تساي” مولت التطريز زمالة طويلة الأجل (التف 1527-2014) والإجراءات ماري كوري (H2020-مسكاً-لو-2014، المشروع غشاء-ezrin-أكتين). م. س. وهو “زميل جونيور المجتمع سيمونز ل” الزملاء.

Materials

1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (DOPC) Avanti 850375 Example lipid used in data for Figure 3
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[biotinyl(polyethyleneglycol)-2000] [DSPE-PEG(2000)-biotin] Avanti 880129 biotinylated lipid
BODIPY-TR-C5-ceramide Molecular Probes (ThermoFisher) D7540 fluorescent lipid
BODIPY- FLC5-hexadecanoyl phosphatidylcholine (HPC*) Molecular Probes (ThermoFisher) fluorescent lipid for protein density calibration
egg L-α-phosphatidylcholine (eggPC) Avanti 840051 used for calibrating the tube radius constant
β-casein from bovine milk (>99%) Sigma Aldrich C6905 used for passivating the micropipette and the experimental chamber
Sucrose Sigma Aldrich S7903
D(+) glucose Sigma Aldrich G7021
NaCl Sigma Aldrich S7653
Tris Sigma Aldrich 10708976001
osmometer Loser n/a
Pt-wires, 0.5 mm diameter, 99.99% pure Goodfellow USA PT005139 used for GUV electroformation
function generator n/a used to create current for GUV electroformation
putty sealant Vitrex (from CML France) CRIT 140013 used to seal the electroformation chamber
bath sonicator n/a useful to clean the electroformation chamber, but not crucial
Nikon TE2000 inverted microscope, eC1 confocal system (Nikon), with two laser lines (λ = 488 nm and 543 nm); optical tweezers induced by a 5 W ytterbium fiber continuous wave laser (λ > 1070 nm; IPG GmBH Germany) an example of a confocal microscopy system equipped with optical tweezers
micromanipulators n/a
borosilicate capillaries (with internal and external radii of 0.78 mm and 1 mm, respectively) Harvard apparatus 30-0036
micropipette puller Sutter Instrument P-2100
microforge Narishige MF-800
piezoelectric actuator Physik Instrumente n/a
polystyrene streptavidin coated beads (diameter 3.2 µm) Spherotech SVP-30-5

References

  1. McMahon, H. T., Gallop, J. L. Membrane curvature and mechanisms of dynamic cell membrane remodelling. Nature. 438 (7068), 590-596 (2005).
  2. Johannes, L., Wunder, C., Bassereau, P. Bending “on the rocks”–a cocktail of biophysical modules to build endocytic pathways. Cold Spring Harb Perspect Biol. 6 (1), (2014).
  3. Dawson, J. C., Legg, J. A., Machesky, L. M. Bar domain proteins: a role in tubulation, scission and actin assembly in clathrin-mediated endocytosis. Trends Cell Biol. 16 (10), 493-498 (2006).
  4. Mim, C., Unger, V. M. Membrane curvature and its generation by BAR proteins. Trends Biochem Sci. 37 (12), 526-533 (2012).
  5. Qualmann, B., Koch, D., Kessels, M. M. Let’s go bananas: revisiting the endocytic BAR code. EMBO J. 30 (17), 3501-3515 (2011).
  6. Rao, Y., Haucke, V. Membrane shaping by the Bin/amphiphysin/Rvs (BAR) domain protein superfamily. Cell Mol Life Sci. 68 (24), 3983-3993 (2011).
  7. Simunovic, M., Voth, G. A., Callan-Jones, A., Bassereau, P. When Physics Takes Over: BAR Proteins and Membrane Curvature. Trends Cell Biol. 25 (12), 780-792 (2015).
  8. Safari, F., Suetsugu, S. The BAR Domain Superfamily Proteins from Subcellular Structures to Human Diseases. Membranes (Basel). 2 (1), 91-117 (2012).
  9. Angelova, M. I., Soléau, S., Méléard, P., Faucon, F., Bothorel, P., Helm, C., Lösche, M., Möhwald, H. . Progress in Colloid and Polymer Science Vol. 89: Trends in Colloid and Interface Science VI. 89, 127-131 (1992).
  10. Meleard, P., Bagatolli, L. A., Pott, T. Giant unilamellar vesicle electroformation from lipid mixtures to native membranes under physiological conditions. Methods Enzymol. 465, 161-176 (2009).
  11. Montes, L. R., Alonso, A., Goni, F. M., Bagatolli, L. A. Giant unilamellar vesicles electroformed from native membranes and organic lipid mixtures under physiological conditions. Biophys J. 93 (10), 3548-3554 (2007).
  12. Mathivet, L., Cribier, S., Devaux, P. F. Shape change and physical properties of giant phospholipid vesicles prepared in the presence of an AC electric field. Biophys J. 70 (3), 1112-1121 (1996).
  13. Collins, M. D., Gordon, S. E. Giant liposome preparation for imaging and patch-clamp electrophysiology. J Vis Exp. (76), (2013).
  14. Garten, M., Aimon, S., Bassereau, P., Toombes, G. E. Reconstitution of a transmembrane protein, the voltage-gated ion channel, KvAP, into giant unilamellar vesicles for microscopy and patch clamp studies. J Vis Exp. (95), e52281 (2015).
  15. Hochmuth, R. M., Evans, E. A. Extensional flow of erythrocyte membrane from cell body to elastic tether. I. Analysis. Biophys J. 39 (1), 71-81 (1982).
  16. Hochmuth, R. M., Wiles, H. C., Evans, E. A., McCown, J. T. Extensional flow of erythrocyte membrane from cell body to elastic tether. II. Experiment. Biophys J. 39 (1), 83-89 (1982).
  17. Bassereau, P., Sorre, B., Levy, A. Bending lipid membranes: experiments after W. Helfrich’s model. Adv Colloid Interface Sci. 208, 47-57 (2014).
  18. Hatzakis, N. S., et al. How curved membranes recruit amphipathic helices and protein anchoring motifs. Nature chemical biology. 5 (11), 835-841 (2009).
  19. Bhatia, V. K., et al. Amphipathic motifs in BAR domains are essential for membrane curvature sensing. EMBO J. 28 (21), 3303-3314 (2009).
  20. Shi, Z., Baumgart, T. Membrane tension and peripheral protein density mediate membrane shape transitions. Nat Commun. 6, 5974 (2015).
  21. Chen, Z., Shi, Z., Baumgart, T. Regulation of membrane-shape transitions induced by I-BAR domains. Biophys J. 109 (2), 298-307 (2015).
  22. Cuvelier, D., Derenyi, I., Bassereau, P., Nassoy, P. Coalescence of membrane tethers: experiments, theory, and applications. Biophys J. 88 (4), 2714-2726 (2005).
  23. Derenyi, I., Julicher, F., Prost, J. Formation and interaction of membrane tubes. Phys Rev Lett. 88 (23), 238101 (2002).
  24. Dimova, R. Recent developments in the field of bending rigidity measurements on membranes. Adv Colloid Interface Sci. 208, 225-234 (2014).
  25. Sorre, B., et al. Nature of curvature coupling of amphiphysin with membranes depends on its bound density. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (1), 173-178 (2012).
  26. Evans, E., Rawicz, W. Entropy-driven tension and bending elasticity in condensed-fluid membranes. Phys Rev Lett. 64 (17), 2094-2097 (1990).
  27. Neuman, K. C., Nagy, A. Single-molecule force spectroscopy: optical tweezers, magnetic tweezers and atomic force microscopy. Nat Methods. 5 (6), 491-505 (2008).
  28. Capraro, B. R., Yoon, Y., Cho, W., Baumgart, T. Curvature sensing by the epsin N-terminal homology domain measured on cylindrical lipid membrane tethers. J Am Chem Soc. 132 (4), 1200-1201 (2010).
  29. Bo, L., Waugh, R. E. Determination of bilayer membrane bending stiffness by tether formation from giant, thin-walled vesicles. Biophys J. 55 (3), 509-517 (1989).
  30. Rossier, O., et al. Giant Vesicles under Flows: Extrusion and Retraction of Tubes. Langmuir. 19 (3), 575-584 (2003).
  31. Borghi, N., Rossier, O., Brochard-Wyart, F. Hydrodynamic extrusion of tubes from giant vesicles. EPL (Europhysics Letters). 64 (6), 837 (2003).
  32. Zhu, C., Das, S. L., Baumgart, T. Nonlinear sorting, curvature generation, and crowding of endophilin N-BAR on tubular membranes. Biophys J. 102 (8), 1837-1845 (2012).
  33. Ramesh, P., et al. FBAR syndapin 1 recognizes and stabilizes highly curved tubular membranes in a concentration dependent manner. Sci Rep. 3, 1565 (2013).
  34. Knorr, R. L., et al. Membrane morphology is actively transformed by covalent binding of the protein Atg8 to PE-lipids. PLoS One. 9 (12), e115357 (2014).
  35. Aimon, S., et al. Membrane shape modulates transmembrane protein distribution. Dev Cell. 28 (2), 212-218 (2014).
  36. Prévost, C., et al. IRSp53 senses negative membrane curvature and phase separates along membrane tubules. Nat Commun. , (2015).
  37. Simunovic, M., et al. How curvature-generating proteins build scaffolds on membrane nanotubes. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (40), 11226-11231 (2016).
  38. Allain, J. M., Storm, C., Roux, A., Ben Amar, M., Joanny, J. F. Fission of a multiphase membrane tube. Phys Rev Lett. 93 (15), 158104 (2004).
  39. Morlot, S., et al. Membrane shape at the edge of the dynamin helix sets location and duration of the fission reaction. Cell. 151 (3), 619-629 (2012).
  40. Renard, H. F., et al. Endophilin-A2 functions in membrane scission in clathrin-independent endocytosis. Nature. 517 (7535), 493-496 (2015).
  41. Simunovic, M., et al. Friction Mediates Scission of Tubular Membranes Scaffolded by BAR Proteins. Cell. 170 (1), 172-184 (2017).
  42. Simunovic, M., Lee, K. Y., Bassereau, P. Celebrating Soft Matter’s 10th anniversary: screening of the calcium-induced spontaneous curvature of lipid membranes. Soft Matter. 11 (25), 5030-5036 (2015).
  43. Sorre, B., et al. Curvature-driven lipid sorting needs proximity to a demixing point and is aided by proteins. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (14), 5622-5626 (2009).
  44. Heinrich, M., Tian, A., Esposito, C., Baumgart, T. Dynamic sorting of lipids and proteins in membrane tubes with a moving phase boundary. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (16), 7208-7213 (2010).
  45. Dasgupta, R., Dimova, R. Inward and outward membrane tubes pulled from giant vesicles. Journal of Physics D: Applied Physics. 47 (28), 282001 (2014).
  46. Vitkova, V., Genova, J., Mitov, M. D., Bivas, I. Sugars in the aqueous phase change the mechanical properties of lipid mono- and bilayers. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 449, 95-106 (2006).
  47. Bouvrais, H. . Mechanical properties of giant vesicle membranes investigated by flickering technique. , (2011).
  48. Koster, G., Cacciuto, A., Derenyi, I., Frenkel, D., Dogterom, M. Force barriers for membrane tube formation. Phys Rev Lett. 94 (6), 068101 (2005).
  49. Kwok, R., Evans, E. Thermoelasticity of large lecithin bilayer vesicles. Biophys J. 35 (3), 637-652 (1981).
  50. Helfrich, W. Elastic properties of lipid bilayers: theory and possible experiments. Z Naturforsch C. 28 (11), 693-703 (1973).
  51. Canham, P. B. The minimum energy of bending as a possible explanation of the biconcave shape of the human red blood cell. J Theor Biol. 26 (1), 61-81 (1970).
  52. Marcerou, J. P., Prost, J., Gruler, H. Elastic Model of Protein-Protein Interaction. Nuovo Cimento Della Societa Italiana Di Fisica D-Condensed Matter Atomic Molecular and Chemical Physics Fluids Plasmas Biophysics. 3 (1), 204-210 (1984).
  53. Leibler, S. Curvature Instability in Membranes. J Phys-Paris. 47 (3), 507-516 (1986).
check_url/56086?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Prévost, C., Tsai, F., Bassereau, P., Simunovic, M. Pulling Membrane Nanotubes from Giant Unilamellar Vesicles. J. Vis. Exp. (130), e56086, doi:10.3791/56086 (2017).

View Video