Pulling Membrane Nanotubes from Giant Unilamellar Vesicles

Coline Pr&#233;vost; Feng-Ching Tsai; Patricia Bassereau; Mijo Simunovic

doi:10.3791/56086

JoVE Journal > Biology

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

Biology

משיכת ממברנה צינוריות מן שלפוחית Unilamellar ענק

Published: December 07, 2017

doi:

10.3791/56086

Coline Prévost*^1,2,3, Feng-Ching Tsai*^1,4, Patricia Bassereau⁴, Mijo Simunovic⁵

¹Laboratoire Physico Chimie Curie, Institut Curie,PSL Research University, CNRS UMR168, ²Department of Genetics and Complex Diseases, T. H. Chan School of Public Health,Harvard Medical School, ³Department of Cell Biology,Harvard Medical School, ⁴Sorbonne Universités,UPMC University Paris 06, ⁵Center for Studies in Physics and Biology,The Rockefeller University

Summary

חלבונים רבים בתא לחוש, זירוז עקמומיות ממברנה. אנו מתארים שיטה למשוך ממברנה צינוריות מן השומנים שלפוחית את האינטראקציה של חלבונים או כל מולקולה עקמומיות-פעיל עם ממברנות מעוקל חוץ גופית בתוך.

Abstract

העיצוב מחדש של קרום התא הוא חלק בלתי נפרד של תופעות סלולר רבות, כגון אנדוציטוזה, סחר בבני אדם, היווצרות של filopodia, וכו ‘. הרבה חלבונים שונים לשייך ממברנות מעוקל בגלל היכולת שלהם לחוש או זירוז עקמומיות ממברנה. בדרך כלל, תהליכים אלה כוללות מספר רב של חלבונים הפיכתם מורכב מדי ללמוד באופן כמותי בתא. אנו מתארים את פרוטוקול שתפעילי. מחדש ממברנה מעוקל במבחנה, מחקה את מבנה הסלולר מעוקל, כגון בצוואר endocytic. שלפוחית unilamellar ענק (בוס) משמש כמודל של קרום התא, אשר מתח ולחץ פנימי נשלט עם השאיפה micropipette. החלת של נקודת כוח מושך על הבוס באמצעות מלקחיים אופטיים יוצר שפופרת הנאנו עקמומיות גבוהה מחובר קרום שטוח. שיטה זו באופן מסורתי שימש כדי למדוד את התכונות המכאניות הבסיסית של ממברנות השומנים, כגון כפיפת קשיחות. בשנים האחרונות, זה הורחבה כדי ללמוד איך חלבונים אינטראקציה עם ממברנה עקמומיות ועל הדרך שבה הם משפיעים על הצורה והן את המכניקה של ממברנות. מערכת המשלבת חוץ-גופית, microinjection, מלקחיים אופטיים, מיקרוסקופיה קונפוקלית מאפשר מדידה של עקמומיות הממברנה מתח הממברנה, צפיפות המשטח של חלבונים, במקביל. מ מדידות אלה, שניתן להסיק נכסים חשובים רבים מכני ולא מורפולוגי של מערכת חלבונים-הממברנה. בנוסף, אנו להניח את פרוטוקול של יצירת כשמרוגזים בנוכחות ריכוז מלח פיזיולוגית, שיטה לכימות צפיפות המשטח של חלבונים על הקרום של עוצמות קרינה פלואורסצנטית שכותרתו חלבונים ושומנים.

Introduction

תהליכים תאיים רבים, כגון אנדוציטוזה, סחר, היווצרות של filopodia, זיהום, וכדומה, מלווים בשינוי דרמטי הצורה של קרום התא¹^,². בתא, מספר חלבונים להשתתף תהליכים אלה על ידי איגוד הקרום ושינוי הצורה שלהם. הדוגמאות הבולטים ביותר הם בני משפחת חלבונים Bin/Amphiphysin/מ א (בר), המכיל מאפיין מהותי מעוקל בר תחום³^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷. בדרך כלל, הם אינטראקציה עם הקרום על-ידי שמירה התחום בר אל פני השטח, במקרים רבים, גם רדודות הוספת amphipathic helices bilayer. הצורה, בגודל תשלום של התחום בר יחד עם מספר amphipathic helices קובע: (1) לכיוון קרום עקמומיות (כלומר, אם הם יניעו invaginations או בליטות), (2) בסדר גודל של קרום עקמומיות⁵^,⁸. ראוי לציין, כאן עקמומיות חיובית מוגדרת בתור הצד הקמור של קרום מעוקל, קרי, הבליטה כלפי בחלקיק אינטראקציה, ושליליות אחרת. יתר על כן, מחקרים כמותיים של בר חלבונים חשף כי השפעתם על הקרום תלויה סט של פרמטרים פיזיקליים: משטח צפיפות של חלבונים, מתח הממברנה ממברנה צורה (שטוח לעומת צינורי לעומת כדורית הצורה)⁷. בהתאם פרמטרים אלה בר חלבונים יכולים: (1) מתנהג כמו חיישנים עקמומיות ממברנה, (2) לכופף ממברנות או (3) זירוז ממברנה scission⁷.

בשל המספר העצום של רכיבים מעורב שינוי צורה קרום התא, לומד בהיבטים כמותיים של התופעה, כגון אנדוציטוזה, ויוו הוא מאוד מאתגר. במבחנה הכינון של רכיבים מינימלי מחקה מעוקל ממברנות התא מספק אמצעי כדי להשיג הבנה מכניסטית של איך מתעקל קרום חלבונים לפעול. מאמר זה מתאר פרוטוקול שתפעילי. מחדש ממברנה nanotube במבחנה באמצעות חוץ-גופית, מיקרוסקופיה קונפוקלית מלקחיים אופטיים. הגישה ניתן ללמוד, באופן כמותי, כמה חלבונים, שומנים, או מולקולות קטנות אינטראקציה עם ממברנות מעוקל. האנשים שנגדם השומנים משמשים כמודלים של קרום התא, עקמומיות של מי הוא זניח בהשוואה לגודל של מולקולות מתעקל ממברנה אינטראקציה. . הם מוכנים באמצעות שיטת electroformation⁹ שבו השלפוחיות המוגלתיות נוצרות על ידי לחות סרט השומנים ונפיחות זה לתוך האנשים שנגדם תחת זרם חילופין (AC)¹⁰. מצעים הנפוץ ביותר שבו גדלים כשמרוגזים לוחיות גם מוליך למחצה מצופה תחמוצת בדיל אינדיום (ITO) או פלטינה חוטים (Pt-חוטים)¹¹. בעבודה זאת, האנשים שנגדם גדלים Pt-חוטים כמו בשיטה זו הוכח לעבוד הרבה יותר טוב מאשר החלופה בקבלת כשמרוגזים בנוכחות מלחים מאגר¹². למרות פרוטוקול electroformation מתואר כאן בפירוט מספיק כדי לשחזר את הכל, אנו להפנות את הקורא למאמרי הקודם בו תוארו דומה ושיטות אחרות של עשיית כשמרוגזים פרט¹³^,¹⁴. בידיים שלנו, electroformation-Pt-חוטים בהצלחה הניב כשמרוגזים שילוב של ליפידים סינטטי או טבעי השומנים תמציות במאגר המכיל ~ 100 מ”מ NaCl. יתר על כן, היה גם אפשר לתמצת חלבונים בתוך האנשים שנגדם במהלך צמיחה. תא electroformation לדוגמה מוצג איור 1A; היא כוללת שני ~ 10-ס מארוך Pt-חוטי מוכנס לתוך בעל עשוי טפלון (PTFE) זה יכול להיות אטום משני הצדדים עם coverslips זכוכית דקה ~ 1-2 סנטימטרים (איור 1 א’).

איור 1: הגדרת הניסוי. (א) electroformation בוס קאמרית עם מחברים חשמליים המוצמד Pt-חוטים. שמאל (B): מערכת ניסויית מציג את המיקרוסקופ, תא ניסיוני מעל המטרה, שני micropipettes (ימינה ושמאלה) לחבר micromanipulators ונוסף תא ניסיוני עבור צינור למשוך וחלבון זריקה. משמאל: מבט מקרוב על תא ניסיוני רכוב מעל המטרה מציג את הטיפים של השאיפה, את micropipettes הזרקה שנוספה. (ג) A המזרק המצויד מתקן דק מוכנס לתוך micropipette בקצה האחורי שלו. החלק התחתון הוא להציג מקרוב מנפק פנימה micropipette עם הקו המקווקו כחול חלוקה לרמות של micropipette. מערכת זו משמשת כדי למלא את micropipette עם קזאין passivate משטח זכוכית וגם בחזרה מילוי עם שמן מינרלי בעת הצורך. (ד) A מערכת המשמשת האחות µL כמויות של הפתרון חלבון. המחט מחוברת מזרק, אבובים אשר מחובר micropipette הזריקה. הטיפ micropipette בקפידה שקוע בתוך תמיסת חלבון, aspirated אז כדי למלא את הטיפ micropipette. Micropipette ואז בחזרה מלא שמן מינרלי באמצעות מערכת שמוצג בחלונית ג אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

שפופרת הנאנו ממברנה, הנעות בטווח מ מ-7 nm מספר מאות ננומטר, יכול להיות משך של בוס על ידי כוח חיצוני. שיטה זו תוכנן בתחילה כדי למדוד את המאפיינים אלסטי של קרום התא ושלפוחיות, כגון ה¹⁵^,כיפוף קשיחות¹⁶. בעבודותיו האחרונות, השיטה הוארך כדי ללמוד את האינטראקציה של חלבונים עם ממברנות מעוקל מאת microinjecting את החלבונים ליד ה-⁷^,nanotube משך¹⁷. פותחו שיטות אחרות ללמוד מתעקל קרום חלבונים. בשיטה אחת, חלבונים מודגרת עם ליפוזומים בגודל שונה קשור משטח passivated. מיקרוסקופיה קונפוקלית משמש כדי למדוד את חלבון מחייב כפונקציה של ליפוזום קוטר, אשר יכולה להצביע על עקמומיות-induced המיון¹⁸^,¹⁹. שיטה נוספת החלבונים מוזרקים סמוך בוס aspirated מיקרו כדי למדוד את היכולת שלהם באופן ספונטני זירוז בקוריאנית²⁰^,²¹. השיטה המתוארת ב פרוטוקול זה הוא לצורכיכם ללמוד מתעקל ממברנה החלבונים המעורבים אנדוציטוזה, שבו רוב החלבונים בדרך כלל המפגש ממברנה preformed צינורות חיבור של invagination ממברנה המכילים מטען עם קרום פלזמה שטוח המשמש כבסיס. יתר על כן, בשיטה זו, בניגוד ב וזמינותו עם עגינה ליפוזומים קטנים, nanotube ממברנה ללא הרף מחובר הקרום; לכן, זה שיווי משקל מכני עם הבוס, המצב צפוי ויוו. לפיכך, הממברנה הבסיסית פיזיקה חל, אנחנו יכולים להסיק שפע של תכונות מכניות שלנו מדידות²²^,²³^,²⁴.

עבור יישום מלא של שיטה זו, הציוד הנדרש כולל מיקרוסקופ קונפוקלי מלקחיים אופטיים, micropipettes אחד או שניים מחובר מיכל מים (איור 1B). על ידי שילוב של כל השלושה, זה האפשרות במקביל למדידת מתח הממברנה, עקמומיות ממברנה, צפיפות המשטח של חלבונים, צינור כוח²⁵. השאיפה micropipette הוא חיוני, היא בנויה בקלות על-ידי הוספת micropipette של זכוכית בעל מחובר מיכל מים, השולטת, באמצעות לחץ הידרוסטטי, שאיפה הלחץ²⁶. את micropipette ואת המחזיק נשלטים על-ידי micromanipulator ו, באופן אידיאלי, בכיוון אחד על ידי אלמנט פייזו-למפעיל לתנועה דיוק. כדי למשוך שפופרת הנאנו, microaspirated בוס תקוע בקצרה בגודל מיקרון חרוז ואז משם יצירת שפופרת הנאנו. ביישום זה, החרוז מתקיים על ידי מלקחיים אופטיים, אשר ניתן לבנות על-ידי ביצוע של פרוטוקול שפורסמו²⁷. זה אפשרי לוותר של מלקחיים אופטיים, למשוך צינוריות בדרכים שונות, אם כי במחיר של מדידות מדויקות כוח. אם זה יותר מדי אתגרי לבנות מלכודת אופטי או אם כוח המידות הם לא חיוניים, כמו למשל אם אדם פשוט רוצה לבדוק את ההעדפה של חלבונים לממברנות מעוקל, יכול להיות משך צינור חרוז aspirated בקצה השני micropipette²⁸. . זה גם ניתן למשוך צינורות באמצעות כוח כבידה²⁹ או³⁰^,³¹לזרום… יתר על כן, מיקרוסקופיה קונפוקלית אינה חיונית גם; עם זאת, זה הוא העדיף אז למדידת צפיפות המשטח של חלבונים. זה גם מאפשר מדידת הרדיוס nanotube מפני קרינה פלואורסצנטית האינטנסיביות של ליפידים בצינור, ובכך ללא תלות ממברנה כוח ומתח. מסיקה רדיוס שפופרת של קרינה פלואורסצנטית חשוב במיוחד אם היחסים בין כמויות אלה סוטה משוואות ומבוססת בשל נוכחותם של חלבוני ממברנה-דבקה²⁵. חשוב, אחד לא יכול לחלק של מלכודת אופטי והן מיקרוסקופיה קונפוקלית, כפי שזה לא יהיה אפשר למדוד את שיפוע הצינור.

השיטה כפי שמתואר פרוטוקול זה שימש ללמוד עקמומיות-induced המיון של חלבונים שונים ממברנה פריפריאלי על צינוריות, בעיקר אלה של בר משפחה²⁵^,³²^,³³^,³⁴. היא שודרה גם בערוץ אשלגן transmembrane conically בצורת ש-kvap מועשר על מעוקל צינוריות. באותה דרך כמו בר חלבונים³⁵. על-ידי מיטוב השיטה כדי לכמס חלבונים בתוך בסדר, פרנקי, האינטראקציה של חלבונים עם עקמומיות שלילית נחקר לאחרונה בשם טוב³⁶. יתר על כן, שיטה זו שימש התירי את היווצרות החלבון פיגומים²⁵^,³⁷ , ללמוד את המנגנון של הממברנה scission או קו המתח³⁸, חלבון dynamin³⁹, או על ידי בר חלבונים⁴⁰^,⁴¹. בנוסף חלבונים, מולקולות קטנות או יונים יכול גם לגרום עקמומיות. באמצעות שיטה זו, יונים של סידן הוצגו לזירוז עקמומיות חיובית תחת תנאים ללא מלח⁴². מעניין, גם הוכח כי שומנים יכולות לעבור עקמומיות מיון, למרות רק עבור קומפוזיציות הסמוכים demixing נקודה⁴³^,⁴⁴. לסיכום, שיטת יכול לשמש על ידי חוקרים המעוניינים לחקור איך גם רכיבים ממברנלי אינטגרלי (למשל, שומנים או חלבונים transmembrane) או באופן עקיף מחייב מולקולות (גם בתוך או מחוץ כשמרוגזים) אינטראקציה עם ממברנות cylindrically מעוקל, נקודות מבט מכני ולא כמותית. זה גם מיועד למעוניינים מדידת תכונות מכניות של קרום עצמה²²^,²³^,⁴⁵.

Protocol

1. הכנת האנשים שנגדם מאת Electroformation ב- Pt-חוטים לנקות את התא electroformation (ראה מבוא ו איור 1A) ו- Pt-החוטים של הממס האורגני כגון אתנול או אצטון לשטוף ליפידים, עם מים כדי לשטוף את המלחים.הערה: אנו מציעים ביסודיות לנגב את השאריות עם טישו ספוג אתנול ואז sonicating אצטון, אתנול, א…

Representative Results

הניסוי למשוך צינור יכול לתת מידע חיוני מכני על הקרום. בהיעדרו של חלבונים או מולקולות אחרות לכפות זוג עם ממברנה עקמומיות, הקרום, שפופרת radius יכול להיות קשור עם קרום המתח על-ידי החלת המילטוניאן Canham-Helfrich את משוואת לרכבת התחתית מהכלא בוס50,51 <p …

Discussion

השיטה של משיכת צינורות מן האנשים שנגדם מעניקה מידע עשיר על מערכת חלבון ממברנלי, זה לא רק אמצעי למדידת התכונות המכאניות הבסיסית של הקרום, אך זה עוזר לשפוך אור על המושבים בין חלבוני ממברנה עקמומיות. כפי שפורט במבוא, טכניקות אחרות קיימים כדי למדוד את ההשפעות של עיקול קרום חלבונים, על-ידי המקננ…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים תודה בנואה Sorre דמיאן Cuvelier, פייר Nassoy, פרנסואה Quemeneur, גיל Toombes על תרומתם חיוני להקים את שיטת nanotube בקבוצה. שייכת הקבוצה ת כדי consortium CNRS את CellTiss, את Labex CelTisPhyBio (ANR-11-LABX0038), פריז מדעי et פרסים (ANR-10-IDEX-0001-02). פ-סי Tsai מומן על ידי EMBO מלגת לטווח ארוך (ALTF 1527-2014) ופעולות מארי קירי (H2020-MSCA-אם-2014, פרוייקט ממברנה-אזרין-אקטין). טרשת נפוצה הוא עמית ג’וניור מהבחורים סימונס החברה של.

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

McMahon, H. T., Gallop, J. L. Membrane curvature and mechanisms of dynamic cell membrane remodelling. Nature. 438 (7068), 590-596 (2005).
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).
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).
Mim, C., Unger, V. M. Membrane curvature and its generation by BAR proteins. Trends Biochem Sci. 37 (12), 526-533 (2012).
Qualmann, B., Koch, D., Kessels, M. M. Let’s go bananas: revisiting the endocytic BAR code. EMBO J. 30 (17), 3501-3515 (2011).
Rao, Y., Haucke, V. Membrane shaping by the Bin/amphiphysin/Rvs (BAR) domain protein superfamily. Cell Mol Life Sci. 68 (24), 3983-3993 (2011).
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).
Safari, F., Suetsugu, S. The BAR Domain Superfamily Proteins from Subcellular Structures to Human Diseases. Membranes (Basel). 2 (1), 91-117 (2012).
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).
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).
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).
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).
Collins, M. D., Gordon, S. E. Giant liposome preparation for imaging and patch-clamp electrophysiology. J Vis Exp. (76), (2013).
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).
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).
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).
Bassereau, P., Sorre, B., Levy, A. Bending lipid membranes: experiments after W. Helfrich’s model. Adv Colloid Interface Sci. 208, 47-57 (2014).
Hatzakis, N. S., et al. How curved membranes recruit amphipathic helices and protein anchoring motifs. Nature chemical biology. 5 (11), 835-841 (2009).
Bhatia, V. K., et al. Amphipathic motifs in BAR domains are essential for membrane curvature sensing. EMBO J. 28 (21), 3303-3314 (2009).
Shi, Z., Baumgart, T. Membrane tension and peripheral protein density mediate membrane shape transitions. Nat Commun. 6, 5974 (2015).
Chen, Z., Shi, Z., Baumgart, T. Regulation of membrane-shape transitions induced by I-BAR domains. Biophys J. 109 (2), 298-307 (2015).
Cuvelier, D., Derenyi, I., Bassereau, P., Nassoy, P. Coalescence of membrane tethers: experiments, theory, and applications. Biophys J. 88 (4), 2714-2726 (2005).
Derenyi, I., Julicher, F., Prost, J. Formation and interaction of membrane tubes. Phys Rev Lett. 88 (23), 238101 (2002).
Dimova, R. Recent developments in the field of bending rigidity measurements on membranes. Adv Colloid Interface Sci. 208, 225-234 (2014).
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).
Evans, E., Rawicz, W. Entropy-driven tension and bending elasticity in condensed-fluid membranes. Phys Rev Lett. 64 (17), 2094-2097 (1990).
Neuman, K. C., Nagy, A. Single-molecule force spectroscopy: optical tweezers, magnetic tweezers and atomic force microscopy. Nat Methods. 5 (6), 491-505 (2008).
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).
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).
Rossier, O., et al. Giant Vesicles under Flows: Extrusion and Retraction of Tubes. Langmuir. 19 (3), 575-584 (2003).
Borghi, N., Rossier, O., Brochard-Wyart, F. Hydrodynamic extrusion of tubes from giant vesicles. EPL (Europhysics Letters). 64 (6), 837 (2003).
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).
Ramesh, P., et al. FBAR syndapin 1 recognizes and stabilizes highly curved tubular membranes in a concentration dependent manner. Sci Rep. 3, 1565 (2013).
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).
Aimon, S., et al. Membrane shape modulates transmembrane protein distribution. Dev Cell. 28 (2), 212-218 (2014).
Prévost, C., et al. IRSp53 senses negative membrane curvature and phase separates along membrane tubules. Nat Commun. , (2015).
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).
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).
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).
Renard, H. F., et al. Endophilin-A2 functions in membrane scission in clathrin-independent endocytosis. Nature. 517 (7535), 493-496 (2015).
Simunovic, M., et al. Friction Mediates Scission of Tubular Membranes Scaffolded by BAR Proteins. Cell. 170 (1), 172-184 (2017).
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).
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).
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).
Dasgupta, R., Dimova, R. Inward and outward membrane tubes pulled from giant vesicles. Journal of Physics D: Applied Physics. 47 (28), 282001 (2014).
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).
Bouvrais, H. . Mechanical properties of giant vesicle membranes investigated by flickering technique. , (2011).
Koster, G., Cacciuto, A., Derenyi, I., Frenkel, D., Dogterom, M. Force barriers for membrane tube formation. Phys Rev Lett. 94 (6), 068101 (2005).
Kwok, R., Evans, E. Thermoelasticity of large lecithin bilayer vesicles. Biophys J. 35 (3), 637-652 (1981).
Helfrich, W. Elastic properties of lipid bilayers: theory and possible experiments. Z Naturforsch C. 28 (11), 693-703 (1973).
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).
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).
Leibler, S. Curvature Instability in Membranes. J Phys-Paris. 47 (3), 507-516 (1986).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).