Wir möchten, dass Mohammad Saleem, Jing Wu und Krishnan Raghunathan für hilfreiche Diskussionen. Wir danken auch Priya Begani für die Unterstützung während der Dreharbeiten. Diese Arbeit wird von National Institutes of Health gewährt R01 AI071727 (AO) und R01 GM110052 (SLV) unterstützt.

Tag 1: Expression von Gag - Proteinen Mit dem Weizenkeim - Lysat-basierten In - vitro - Transkriptions-Translations - System 1. Herstellung von HIV-1 Gag <ol><li> Entfernen Sie alle Reagenzien des kommerziellen Weizenkeim CECF Kit von Gefrierschränken (Weizenkeim Lysate bei -80 ° C gelagert werden, andere Reagenzien bei -20 ° C). Tauen Sie sie auf Eis und mischen Sie die Komponenten wie in Tabelle 1 gezeigt. </li></ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Mix-1 (Feeding mix) </td><td></td></tr><tr><td> Feeding-Lösung </td><td> 900 ul </td></tr><tr><td> Aminosäuren </td><td> 80 ul </td></tr><tr><td> Methionine </td><td> 20 ul </td></tr><tr><td> Gesamt </td><td> 1000 ul </td></tr><tr><td></td><td></td></tr><tr><td> Mix-2 (Lysate mix) </strong&gt; </td><td></td></tr><tr><td> wheatgerm Lysate </td><td> 15 ul </td></tr><tr><td> RNase freies Wasser </td><td> 7 ul </td></tr><tr><td> Aminosäuren </td><td> 4 ul </td></tr><tr><td> Methionine </td><td> 1 ul </td></tr><tr><td> Plasmid DNA in TE-Puffer (1 &amp; mgr; g / &amp; mgr; l) ** </td><td> 4 ul </td></tr><tr><td> Reaktionspuffer </td><td> 15 ul </td></tr><tr><td> RNasin * </td><td> 4 ul </td></tr><tr><td> Gesamt </td><td> 50 ul </td></tr></tbody></table> Tabelle 1: Zusammensetzungen von Mischungen für Weizenkeim Reaktionen erforderlich. Hinweis: Wenn das Experiment entwickelt, um die Wirkung von RNA-Entfernung durch RNase auf Gag Membranbindung, ersetzen Ribonuklease-Inhibitoren mit RNase-freiem Wasser zu untersuchen. Plasmid DNA sollte entsprechend den Anweisungen des Herstellers frei von Verunreinigungen sein. Jedoch plasmids hergestellt unter Verwendung konventioneller, aber nicht Endotoxin-frei, Plasmidisolation Kits erfolgreich eingesetzt wurden. Die Anweisungen des Herstellers empfiehlt auch DNA in Nuklease-freies Wasser gelöst werden. Bei der Verwendung von DNA in TE suspendiert [10 mM Tris-HCl (pH 7,4), enthaltend 1 mM EDTA], vermeiden niedrigere Konzentrationen von DNA verwendet, da EDTA in TE die Ausbeute auswirken kann. Plasmide, in TE-Puffer 0,8-1 ug / ul in einem Konzentrationsbereich von erfolgreich verwendet worden sind, gelöst. <ol start="2"><li> Zuerst fügen Sie die Futtermischung (Mix-1) in die Reaktionskassette (transparente Kammer). Dann fügen Sie das Lysat (Mix-2) in die andere Kammer (rot). Führen Sie keine Blasen, während die Gemische in ihre jeweiligen Kammern Zugabe, da diese zu einer ineffizienten Austausch von Lösungskomponenten führen kann und damit die Effizienz der Reaktion zu verringern. </li><li> Decken Sie die Kammern mit der Klebefolie mit dem Kit zur Verfügung gestellt. </li><li> Legen Sie die Reaktionskassette in den Kassettenhalter und Incubate die Baugruppe für 24 h bei 24 ºC bei einer konstanten Schüttelgeschwindigkeit von 900 Upm in einer Eppendorf-Thermomixer R. </li></ol> Tag 2: Bereiten Sie GUVs von Elektroformation und Ernte Weizenkeim Lysate 2. Herstellung von GUVs <ol><li> Aliquotieren Lipide in anorganischen Lösungsmitteln gelöst, wie Chloroform oder Mischungen aus Chloroform und Methanol in Glasfläschchen mit Schraubverschluss ausgekleidet mit Teflon-Liner und mit Parafilm umwickelt. Griff Lipide mit Hamilton-Typ Glasspritzen, oder falls vorhanden, Chloroform beständige Kunststoffspitzen. Nehmen Glasphiolen die Lipide enthalten, für GUV Zubereitung aus der -20 ºC Gefrierschrank verwendet werden. <ol><li> Sobald die Fläschchen auf Raumtemperatur ins Gleichgewicht gebracht werden, stellen Sie sicher durch visuelle Inspektion, die die Lipidsuspensionen klar sind. Die Qualität von Lipiden, insbesondere saure Lipide wie Palmitoyl-Oleoyl Phosphatidylserin (POPS) und PI (4,5) P 2, ist wichtig für die erfolgreiche Experimente. Verwenden Sie keine Lipide, die sindin Aliquots für länger als 2 Monate. </li></ol></li><li> Vorwärmen einen Wärmeblock auf die gewünschte Temperatur. Diese Temperatur muß mindestens 5 ºC höher ist als die Schmelztemperatur (T m) des Lipid (e) mit der höchsten T m liegen. </li><li> Berechne die Lipidmengen benötigt entsprechend den gewünschten molaren Lipid-Verhältnissen. Für das Studium hier HIV-1 Gag Bindung, verwenden Sie die folgenden Molverhältnisse wie in Tabelle 2 dargestellt. </li></ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Lipid - Mix </td><td> Molverhältnis </td><td> Volumen (in ul) </td><td> Auf Konzentration </td></tr><tr><td> POPC + POPS + Chol </td><td> 46,6 + 23,3 + 30 </td><td> 19,74 + 10,18 + 6,57 </td><td> POPC, POPS, Chol: 10 mg / ml </td></tr><tr><td rowspan="2"> POPC + POPS + Chol + Brain-PI (4,5) P 2 </td><tdrowspan = &quot;2&quot;&gt; + 20 + 40 30 + 10 </td><td rowspan="2"> 16.11 + 8.3 + 6.25 + 58.19 </td><td> POPC, POPS, Chol: 10 mg / ml </td></tr><tr><td> Brain-PI (4,5) P 2: 1 mg / ml </td></tr></tbody></table> Tabelle 2: Volumina verschiedener Lipide GUVs zu erhalten. <ol start="4"><li> Fügen Sie die gewünschten Mengen von Lipiden in einem sauberen Schraubdeckelröhrchen Glasfläschchen. </li><li> Verwendung ITO-beschichtete Objektträger mit den Abmessungen 25 x 50 x 1,1 mm 3 und Widerstand 70-100 Ω (wie im Katalog beschrieben). Legen Sie zwei ITO-beschichtete Folien auf eine saubere Bank. Jeder Elektroformation Kammer erfordert zwei Indium-Zinn-Oxid (ITO) beschichteten Glasplättchen. Stellen Sie sicher, dass die leitende Seite des Glasobjektträger wird durch Prüfen der Widerstand mit einem Multimeter nach oben zeigen. Es sollte einen Wert von ca. 200 Ω zeigen. Achten Sie darauf, die Oberfläche der Folien sauber sind, indem sie mit 70% Ethanol mit fusselfreien Tüchern sanft abwischen. </li><li> Reinigen der Außenfläche einer Nadel einer Spritze durch rinsing es mit Chloroform und legen Sie die Spritze auf dem Wärmeblock. </li><li> Legen Sie eine neue ITO-beschichtete Glasobjektträger auf dem Wärmeblock mit leitenden Seite nach oben und lassen Sie es auf die gewünschte Temperatur in der Regel ca. 2-3 min äquilibrieren. Nicht über die ITO-beschichtete Glasobjektträger für ein potentielles Risiko wiederzuverwenden, dass die ITO-Schicht auf den Glasobjektträger können bei Reinigungsverfahren beschädigt werden. </li><li> Verwenden Sie ein Volumen von 40 bis 50 &amp; mgr; l der Lipidmischung für jede Folie für eine einheitliche und dennoch schnelle Ausbreitung der Lipide auf dem Glasträger. Stellen Sie das Gesamtvolumen mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel, wie Chloroform. <ol><li> Legen Sie eine Hälfte des Gesamtvolumens der Lipidmischung auf dem Glasträger und sofort die Lipid verteilt die gereinigte Spritze (Schritt 2.6) ein einheitliches Lipidfilm zu verlassen (Bewegen der Nadel 2-3 mal in der Folie). Verbreiten Sie den Lipidfilm sanft (aber schnell) eine Beschädigung der dünnen ITO-Beschichtung zu vermeiden. Uneinheitliche Verbreitung oder grobe Verbreitung zu suboptimalen führen kannErträge oder Rechen Heterogenität der GUVs. </li><li> Daher gewährleisten gleichmäßige Verteilung durch die Lipidfilm nach Ausbreitung kontrollieren, bevor mit dem nächsten Schritt fortfahren. Wenn die Trübung der Folie übermäßig ungleichmäßige erscheint, wiederholen Sie die Prozedur eine neue Folie verwendet wird. </li></ol></li><li> Legen Sie die beschichteten Objektträger in einer Petrischale mit der beschichteten Seite nach oben zeigt. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 2,6-2,9 für den Rest der Mischung eine andere ITO-beschichteten Objektträger verwendet wird. </li><li> Legen Sie die Petrischale, die sowohl die Folien in einem herkömmlichen Vakuumtrocknungskammer für 60-90 min zu entfernen jede Spur von organischen Lösungsmitteln. </li><li> Während dieses Prozesses, stellen Sie den Inkubator auf die gleiche Temperatur wie die des Wärmeblock (65 ºC in den meisten Fällen) und vorwärmen 300 mM Saccharose-Lösung in den Inkubator. </li><li> Nach dem Trocknen bringen die Petrischale auf die Bank und legen Sie den Glasobjektträger auf eine saubere Oberfläche. </li><li> Reinigen Sie vorsichtig mit einem PDMS - Dichtung (Abbildung 1) unter Verwendung von 70% igem Ethanol und trocken es compledig. </li><li> Legen Sie sie auf die Lipid - beschichteten Glasobjektträger , wie in Abbildung 1 gezeigt und sanft und fest drücken , so dass die Dichtung bildet eine wasserdichte Abdichtung. Bestätigen Sie die Abwesenheit von Lücken zwischen der PDMS-Dichtung und der Folie. Dies resultiert in der Bildung einer flachen Kammer, die das Sucrose-Lösung hält. </li></ol><img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54293/54293fig1.jpg" /> Abb . 1: Das Layout der ITO-beschichtete Glasobjektträger für Elektroformation verwendet <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54293/54293fig1large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54293/54293fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <ol start="16"><li> Füllen Sie die Kammer mit vorgewärmten Saccharoselösung ohne Blasen. </li><li> Legen Sie die andere beschichtete Folie auf oben, um eine dichte Abdichtung zu machen. Stellen Sie sicher, dass es keine Blasen gibt. Die Endmontage sollte wie folgt aussehen in Abbildung 2. Befestigen Sie die Kammer using Bindemittel-Clips. </li></ol><img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54293/54293fig2.jpg" /> Abbildung 2:. Schematische Darstellung der Elektroformation Kammer (Seitenansicht) <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54293/54293fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54293/54293fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <ol start="18"><li> Entfernen Sie überschüssige Saccharose durch Absaugen und Reinigen Sie die Folien mit fusselfreien Tüchern. Befestigen Sie die Folien an die Kupferschiene, so dass die leitenden Seiten in gleichmäßigen Kontakt mit der Bar sind. Stellen Sie sicher, dass nur eine leitfähige Seite des Glasobjektträger in Kontakt mit einem Kupferstab ist. </li><li> Verbinden Sie die Kupferschiene an den Funktionsgenerator Ausgang die Krokodilklemmen mit. Platzieren Sie die Baugruppe im Inneren des Inkubators die Montage zu ermöglichen, auf die gewünschte Temperatur äquilibrieren. </li><li> Anwenden eines Sinuswellenfrequenz von 10 Hz und einer Potentialdifferenz von 1 V für 90 min. Ensure , die die Spannung V 1 mit einem Multimeter ist wie in Figur 3 gezeigt. Fortsetzung des Prozesses für 90 min. </li></ol><img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54293/54293fig3.jpg" /> Abbildung 3:. Die Positionen , an denen die Elektroden vom Multimeter zur Messung von Frequenz und Strom gesetzt werden <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54293/54293fig3large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54293/54293fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <ol start="21"><li> Nach 90 min, langsam verringern die Frequenz 2 Hz und weiter Elektroformation für weitere 10 min. Während dieser Zeit der Ernte in vitro - Translationsreaktionen (Schritte 3,1-3,2). </li><li> Schalten Sie den Funktionsgenerator aus und lassen Sie die Baugruppe abkühlen langsam auf Raumtemperatur (durch den Inkubator Abschalten und Verlassen der Inkubator Tür leicht geöffnet). </li><li> Nach dem Abkühlen ziehen Sie die Kabel an den Generatorvon den Ausziehschienen. GUVs kann sehr zerbrechlich sein und müssen daher sehr vorsichtig behandelt werden. bringen Sie vorsichtig die Montage auf der Bank. </li><li> Bauen Sie die Kammer, indem Sie vorsichtig die obere Rutsche mit einer Pinzette entfernen. Ernten Sie die Saccharose enthaltende Suspension GUVs mit einem Schnitt 1.000 ul Spitze und den Transfer in ein sauberes Röhrchen. Behandeln Sie das Rohr vorsichtig Unterbrechung der GUVs zu verhindern. </li><li> Verwenden Sie die GUVs sofort. GUVs sind für mindestens 90 min nach der Ernte stabil, wenn sie bei Raumtemperatur gelagert. </li></ol> 3. Ernte In - vitro - Translationsreaktionen <ol><li> Ernte der in vitro - Translationsreaktionen enthält gewünschten Proteine ​​aus dem roten Kammer einer Mikropipette in ein Rohr verwendet wird . </li><li> Um aggregierte Proteine ​​zu entfernen, drehen Sie die Lysate bei 16.200 × g für 15 min auf einer Tischzentrifuge und vorsichtig den Überstand in ein anderes Röhrchen übertragen. </li></ol> 4. GUV-Bindungsassay <ol><li> Unter Anwendung eines Cut Spitze, mischen 51; l von in vitro Reaktionen Übersetzung übersetzt Proteine ​​und 5 ul GUVs in einem Rohr und inkubiere bei Raumtemperatur für 2-3 min enthält. </li><li> Bringen Sie ein PDMS Blatt mit einem kleinen Loch (3-4 mm Durchmesser) auf einem sauberen Deckglas und gewährleisten dichte Abdichtung durch sanft und fest gegen die Deck drücken. </li><li> Legen Sie die 10 &amp; mgr; l Mischung aus Schritt 4.1 in das kleine Loch. </li><li> Bild das Gemisch unter einem inversen epi- oder konfokalen Fluoreszenzmikroskop bei Raumtemperatur. Hinweis: Um die Verdampfung zu verhindern, kann die Bilderzeugungsraum durch eine Deckglas abgedeckt. </li></ol>

<ol>
	<li>Chukkapalli, V., Inlora, J., Todd, G. C., Ono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+in+support+of+RNA-mediated+inhibition+of+phosphatidylserine-dependent+HIV-1+Gag+membrane+binding+in+cells.">Evidence in support of RNA-mediated inhibition of phosphatidylserine-dependent HIV-1 Gag membrane binding in cells.</a> J Virol. 87 (12), 7155-7159 (2013).</li><li>Chukkapalli, V., Oh, S. J., Ono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opposing+mechanisms+involving+RNA+and+lipids+regulate+HIV-1+Gag+membrane+binding+through+the+highly+basic+region+of+the+matrix+domain.">Opposing mechanisms involving RNA and lipids regulate HIV-1 Gag membrane binding through the highly basic region of the matrix domain.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (4), 1600-1605 (2010).</li><li>Chukkapalli, V., Hogue, I. B., Boyko, V., Hu, W. S., Ono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+between+the+human+immunodeficiency+virus+type+1+Gag+matrix+domain+and+phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate+is+essential+for+efficient+gag+membrane+binding.">Interaction between the human immunodeficiency virus type 1 Gag matrix domain and phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate is essential for efficient gag membrane binding.</a> J Virol. 82 (5), 2405-2417 (2008).</li><li>Zhou, W., Parent, L. J., Wills, J. W., Resh, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+a+membrane-binding+domain+within+the+amino-terminal+region+of+human+immunodeficiency+virus+type+1+Gag+protein+which+interacts+with+acidic+phospholipids.">Identification of a membrane-binding domain within the amino-terminal region of human immunodeficiency virus type 1 Gag protein which interacts with acidic phospholipids.</a> J Virol. 68 (4), 2556-2569 (1994).</li><li>Ono, A., Ablan, S. D., Lockett, S. J., Nagashima, K., Freed, E. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phosphatidylinositol+(4,5)+bisphosphate+regulates+HIV-1+Gag+targeting+to+the+plasma+membrane.">Phosphatidylinositol (4,5) bisphosphate regulates HIV-1 Gag targeting to the plasma membrane.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (41), 14889-14894 (2004).</li><li>Saad, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+basis+for+targeting+HIV-1+Gag+proteins+to+the+plasma+membrane+for+virus+assembly.">Structural basis for targeting HIV-1 Gag proteins to the plasma membrane for virus assembly.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (30), 11364-11369 (2006).</li><li>Shkriabai, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactions+of+HIV-1+Gag+with+assembly+cofactors.">Interactions of HIV-1 Gag with assembly cofactors.</a> Biochemistry. 45 (13), 4077-4083 (2006).</li><li>Vlach, J., Saad, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trio+engagement+via+plasma+membrane+phospholipids+and+the+myristoyl+moiety+governs+HIV-1+matrix+binding+to+bilayers.">Trio engagement via plasma membrane phospholipids and the myristoyl moiety governs HIV-1 matrix binding to bilayers.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (9), 3525-3530 (2013).</li><li>Anraku, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+sensitive+analysis+of+the+interaction+between+HIV-1+Gag+and+phosphoinositide+derivatives+based+on+surface+plasmon+resonance.">Highly sensitive analysis of the interaction between HIV-1 Gag and phosphoinositide derivatives based on surface plasmon resonance.</a> Biochemistry. 49 (25), 5109-5116 (2010).</li><li>Llewellyn, G. N., Grover, J. R., Olety, B., Ono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HIV-1+Gag+associates+with+specific+uropod-directed+microdomains+in+a+manner+dependent+on+its+MA+highly+basic+region.">HIV-1 Gag associates with specific uropod-directed microdomains in a manner dependent on its MA highly basic region.</a> J Virol. 87 (11), 6441-6454 (2013).</li><li>Inlora, J., Chukkapalli, V., Derse, D., Ono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gag+localization+and+virus-like+particle+release+mediated+by+the+matrix+domain+of+human+T-lymphotropic+virus+type+1+Gag+are+less+dependent+on+phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate+than+those+mediated+by+the+matrix+domain+of+HIV-1+Gag.">Gag localization and virus-like particle release mediated by the matrix domain of human T-lymphotropic virus type 1 Gag are less dependent on phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate than those mediated by the matrix domain of HIV-1 Gag.</a> J Virol. 85 (8), 3802-3810 (2011).</li><li>Inlora, J., Collins, D. R., Trubin, M. E., Chung, J. Y., Ono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membrane+binding+and+subcellular+localization+of+retroviral+Gag+proteins+are+differentially+regulated+by+MA+interactions+with+phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate+and+RNA.">Membrane binding and subcellular localization of retroviral Gag proteins are differentially regulated by MA interactions with phosphatidylinositol-(4,5)-bisphosphate and RNA.</a> MBio. 5 (6), e02202 (2014).</li><li>Valentine, K. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reverse+micelle+encapsulation+of+membrane-anchored+proteins+for+solution+NMR+studies.">Reverse micelle encapsulation of membrane-anchored proteins for solution NMR studies.</a> Structure. 18 (1), 9-16 (2010).</li><li>Dick, R. A., Goh, S. L., Feigenson, G. W., Vogt, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HIV-1+Gag+protein+can+sense+the+cholesterol+and+acyl+chain+environment+in+model+membranes.">HIV-1 Gag protein can sense the cholesterol and acyl chain environment in model membranes.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (46), 18761-18766 (2012).</li><li>Dick, R. A., Kamynina, E., Vogt, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+multimerization+on+membrane+association+of+Rous+sarcoma+virus+and+HIV-1+MA+proteins.">Effect of multimerization on membrane association of Rous sarcoma virus and HIV-1 MA proteins.</a> J Virol. 87 (24), 13598-13608 (2013).</li><li>Alfadhli, A., Still, A., Barklis, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+human+immunodeficiency+virus+type+1+matrix+binding+to+membranes+and+nucleic+acids.">Analysis of human immunodeficiency virus type 1 matrix binding to membranes and nucleic acids.</a> J Virol. 83 (23), 12196-12203 (2009).</li><li>Rodriguez, N., Pincet, F., Cribier, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Giant+vesicles+formed+by+gentle+hydration+and+electroformation:+a+comparison+by+fluorescence+microscopy.">Giant vesicles formed by gentle hydration and electroformation: a comparison by fluorescence microscopy.</a> Colloids Surf B Biointerfaces. 42 (2), 125-130 (2005).</li><li>Needham, D., McIntosh, T. J., Evans, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermomechanical+and+transition+properties+of+dimyristoylphosphatidylcholine/cholesterol+bilayers.">Thermomechanical and transition properties of dimyristoylphosphatidylcholine/cholesterol bilayers.</a> Biochemistry. 27 (13), 4668-4673 (1988).</li><li>Darszon, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reassembly+of+protein-lipid+complexes+into+large+bilayer+vesicles:+perspectives+for+membrane+reconstitution.">Reassembly of protein-lipid complexes into large bilayer vesicles: perspectives for membrane reconstitution.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 77 (1), 239-243 (1980).</li><li>Angelova, M. I., Dimitrov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liposome+electroformation.">Liposome electroformation.</a> Faraday Discuss. Chem. Soc. (81), 303-311 (1986).</li><li>Angelova, M. I., Sol&#233;au, S., M&#233;l&#233;ard, P. h., Faucon, F., Bothorel, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+giant+vesicles+by+external+AC+electric+fields.">Preparation of giant vesicles by external AC electric fields.</a> Progr Colloid Polymer Sci. 89, 127-131 (1992).</li><li>Stachowiak, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unilamellar+vesicle+formation+and+encapsulation+by+microfluidic+jetting.">Unilamellar vesicle formation and encapsulation by microfluidic jetting.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (12), 4697-4702 (2008).</li><li>Yamauchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+consensus+motif+for+N-myristoylation+of+plant+proteins+in+a+wheat+germ+cell-free+translation+system.">The consensus motif for N-myristoylation of plant proteins in a wheat germ cell-free translation system.</a> FEBS J. 277 (17), 3596-3607 (2010).</li><li>Olety, B., Veatch, S. L., Ono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phosphatidylinositol-(4,5)-Bisphosphate+Acyl+Chains+Differentiate+Membrane+Binding+of+HIV-1+Gag+from+That+of+the+Phospholipase+Cdelta1+Pleckstrin+Homology+Domain.">Phosphatidylinositol-(4,5)-Bisphosphate Acyl Chains Differentiate Membrane Binding of HIV-1 Gag from That of the Phospholipase Cdelta1 Pleckstrin Homology Domain.</a> J Virol. 89 (15), 7861-7873 (2015).</li><li>Morales-Penningston, N. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GUV+preparation+and+imaging:+minimizing+artifacts.">GUV preparation and imaging: minimizing artifacts.</a> Biochim Biophys Acta. 1798 (7), 1324-1332 (2010).</li><li>Veatch, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electro-formation+and+fluorescence+microscopy+of+giant+vesicles+with+coexisting+liquid+phases.">Electro-formation and fluorescence microscopy of giant vesicles with coexisting liquid phases.</a> Methods Mol Biol. 398, 59-72 (2007).</li><li>Ayuyan, A. G., Cohen, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipid+peroxides+promote+large+rafts:+effects+of+excitation+of+probes+in+fluorescence+microscopy+and+electrochemical+reactions+during+vesicle+formation.">Lipid peroxides promote large rafts: effects of excitation of probes in fluorescence microscopy and electrochemical reactions during vesicle formation.</a> Biophys J. 91 (6), 2172-2183 (2006).</li><li>Montes, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroformation+of+giant+unilamellar+vesicles+from+native+membranes+and+organic+lipid+mixtures+for+the+study+of+lipid+domains+under+physiological+ionic-strength+conditions.">Electroformation of giant unilamellar vesicles from native membranes and organic lipid mixtures for the study of lipid domains under physiological ionic-strength conditions.</a> Methods Mol Biol. 606, 105-114 (2010).</li><li>Olety, B., Ono, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roles+played+by+acidic+lipids+in+HIV-1+Gag+membrane+binding.">Roles played by acidic lipids in HIV-1 Gag membrane binding.</a> Virus Res. 193, 108-115 (2014).</li><li>Keller, H., Krausslich, H. G., Schwille, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimerizable+HIV+Gag+derivative+binds+to+the+liquid-disordered+phase+in+model+membranes.">Multimerizable HIV Gag derivative binds to the liquid-disordered phase in model membranes.</a> Cell Microbiol. 15 (2), 237-247 (2013).</li><li>Carlson, L. A., Hurley, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+reconstitution+of+the+ordered+assembly+of+the+endosomal+sorting+complex+required+for+transport+at+membrane-bound+HIV-1+Gag+clusters.">In vitro reconstitution of the ordered assembly of the endosomal sorting complex required for transport at membrane-bound HIV-1 Gag clusters.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (42), 16928-16933 (2012).</li><li>Gui, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+minimal+in+vitro+system+for+analyzing+HIV-1+Gag-mediated+budding.">A novel minimal in vitro system for analyzing HIV-1 Gag-mediated budding.</a> J Biol Phys. 41 (2), 135-149 (2015).</li><li>Prevost, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IRSp53+senses+negative+membrane+curvature+and+phase+separates+along+membrane+tubules.">IRSp53 senses negative membrane curvature and phase separates along membrane tubules.</a> Nat Commun. 6, 8529 (2015).</li></ol>

We declare that we have no conflicting interests.

Der GUV-Bindungstest, wie oben beschrieben stellt eine gute Alternative in Szenarien, in denen andere Protein-Lipid-Interaktion Tests haben ihre Grenzen. Dieser Test ermöglicht es uns, mit nativen Länge Acylketten in der Lipiddoppelschicht Kontext und zwar ohne langwierige Flotation Zentrifugation durch mit hoher Dichte Saccharosegradienten oder andere post-Bindung Verarbeitung von Gag-Lipid-Wechselwirkungen zwischen myristoylierten voller Länge Gag und saure Lipide zu untersuchen Komplexe. Ein weiterer Vorteil ist ,...

Human Immunodeficiency Virus Typ 1 (HIV-1) ist ein umhülltes Virus, das an und Knospen aus der Plasmamembran (PM) in den meisten Zelltypen assembliert. Die Montage von HIV-1 - Viruspartikel wird durch das 55 kDa viralen Kernprotein genannt Pr55 Gag (gag) angetrieben. Gag wird als ein Vorläufer-Polyproteins synthetisiert besteht aus vier Hauptstrukturdomänen, nämlich, matrix, Capsid, Nucleocapsid und p6 sowie zwei Distanz Peptide SP1 und SP2. Bei der Montage ist die Matrix (MA) Domäne verantwortlich für die Ausrichtung der Gag an den Montageort, das Kapsid (CA) Domäne Gag-Gag-Interaktionen vermittelt, rekrutiert der Nucleocapsid (NC) Domäne virale genomische RNA und p6 Rekruten Wirtsfaktoren, dass die Hilfe Viruspartikel scission aus der Plasmamembran. Gag erfährt auch eine co-translationale Modifikation durch die Zugabe einer 14-Kohlenstoff-Fettsäure oder Myristat-Rest an seinem N-Terminus. Membranbindung von Gag ist eine wesentliche Voraussetzung für die virale Montage, da mutants, die defekt in der Membran sind verbindlich versagen Viruspartikel zu erzeugen. Wir und andere haben gezeigt, dass die Membranbindung von Gag dargestellt durch bipartite Signale innerhalb der MA-Domäne vermittelt wird: die N-terminalen Myristat-Einheit, die mit der Lipid-Doppelschicht und einem Cluster basischer Reste innerhalb der MA-Domäne bezeichnet als stark basische Region hydrophober Wechselwirkungen vermittelt ( HBR) , die mit sauren Lipiden auf der PM 1-4 zusammenwirkt. Studien der Gag-Membran - Wechselwirkungen unter Verwendung ektopische Expression von Polyphosphoinositid 5-phosphatase IV (5ptaseIV), ein Enzym, das die Hydrolyse von PM-spezifische saure Phospholipid phosphatidylinositol- (4,5) -bisphosphate [PI (4,5) P 2] katalysiert zu Phosphatidylinositol-4-phosphat, schlug in Zellen , die Gag-PM Lokalisierung von PI (4,5) P 2 3,5 vermittelt wird. Jedoch, mit dem Ziel in - vitro - Studien auf das Verständnis mehr mechanistischen Details Gag-PI (4,5) P 2 Wechselwirkungen haben bewiesen , für eine Reihe von Gründen in Frage zu stellen. FürBeispiel Reinigung von voller Länge myristoyliert HIV-1 Gag für biochemische Experimente hat sich zumindest teilweise aufgrund der Tendenz von Gag technisch schwierig während der Reinigung zu aggregieren. Daher verkürzte Formen von HIV-1 Gag, wie Myr-MA oder Myr-MA-CA, oder das nicht-myristoylierten Form häufig in Untersuchungen verwendet wurden , die Gag - Reinigung ( zum Beispiel Kernspinresonanz, Protein footprinting erfordern und Oberflächen Plasmonresonanz 6-9). Alternativ gekoppelt ist , in vitro Transkriptions-Translations - Reaktionen verwendet wurden , 1,2 voller Länge myristoyliert HIV-1 Gag in andere biochemische Studien herzustellen. Typischerweise in diesem System wird ein Gag-kodierenden Plasmid wird mit eukaryotische Zelllysate (zB Kaninchen - Retikulozyten - Lysaten) , die frei von jeglicher Zellmembranen und messenger RNAs transkribiert und translatiert , sondern die Maschinen für die Transkription und Translation enthalten. Nach der Reaktion enthält Gag Zelllysate werden bei mir gemischtmbranes zur Analyse von Gag Wechselwirkungen mit Lipiden. Zusätzlich zu der Leichtigkeit , mit voller Länge zur Herstellung myristoyliert Gag, Methoden der in vitro Transkriptions - Translations - System verwenden , haben den Vorteil , dass Gag - Synthese und nachfolgende Membranbindungsreaktionen in einem &quot;eukaryotischen Cytosol-like &#39;Milieu auftreten , die eine bessere physiologische Bedingungen darstellen. Diese Eigenschaft trug den Studien zu , die zeigten , dass RNA - Moleküle an die MA - Domäne gebunden regulieren Gag in kompetitiver Weise 1,2,10-12 zu saure Lipide zu binden. Da jedoch in diesen Zellysaten die Gesamtmenge der Gag-Proteine ​​erhalten werden, nicht hoch ist, ist die metabolische Markierung von Proteinen mit radiomarkierten Aminosäuren für deren Nachweis notwendig. Je nach Methode Gag-Lipid-Wechselwirkungen zu messen, eine Vielzahl von Membranpräparationen verwendet wurden. Jede dieser Methoden hat ihre Stärken und Schwächen. Die meisten NMR-basierte Assays erfordern die Verwendung von Lipiden mit kurzen acylKetten , die wasserlösliche (zB C4- und C8-PI (4,5) P 2) 6,8 sind. Während NMR Methoden Bindung von Gag zu den Lipiden zu testen , die in Zellen gefunden langen Acylketten aufweisen entwickelt werden, haben sie bisher nur mit 8,13 myristoylierten oder nonmyristoylated MA verwendet. Alternativ Liposomen aus Lipiden , die native Länge Acylketten haben wurden in biochemischen Methoden wie Liposomen Flotation oder fluoreszierende Liposom Perle Bindungsassays 2,3,10,14-16 verwendet. Jedoch in diesen Assays verwendeten Liposomen haben kleine Durchmesser, und somit deren Membranen haben steile und positive Krümmungen. Im Gegensatz dazu ist während der frühen Phase der Partikelanordnung in HIV-1-infizierten Zellen bindet Gag an die PM, die nahezu auf der Skala von Gag planar und induziert anschließend negative Krümmung während Knospung. Daher Liposomenmembranen mit steilen und positive Krümmung vielleicht nicht ideal Lipid-Doppelschichten zu Gag-Lipid-Wechselwirkungen untersuchen. Wie für Liposom flichtation Assays ist eine weitere mögliche Einschränkung, dass die Exposition von Gag-Lipid-Komplexen zu hypertonischen Saccharosegradienten während der Zentrifugation die experimentellen Ergebnisse beeinflussen können. Um diese Einschränkungen zu mildern und ein komplementäres experimentelles System bereitstellen, Assays für die Bindung an Gag giant unilamellaren Vesikeln (GUV), wurden in den letzten Jahren entwickelt. GUVs sind einzelne Lipid-Doppelschicht-Vesikel, deren Durchmesser erstrecken sich bis zu mehreren zehn Mikrometern. Somit gleicht die Krümmung dieser Membranen der PM auf der Skala von Gag. Außerdem ist es aufgrund seiner großen Größe, die unter optischen Mikroskopen Sichtprüfung ermöglicht, Binde- Membran von fluoreszenz getaggt oder markiert Gag-Proteine ​​dieser Vesikel beim Mischen kann leicht ohne nachfolgende Verarbeitung Gag-Lipid-Komplexe bestimmt werden. Wir beschreiben hier ein Protokoll HIV-1 Gag Membran zu untersuchen Bindung mit GUVs von einem Elektroformation Verfahren erhalten. Verschiedene Methoden wie sanfte Feuchtigkeit, Gel-unterstützte Trink, microfluidic Jetting und Elektroformation 17-22 wurden verwendet GUVs zu erhalten. Für das hier beschriebene Protokoll wird die Elektroformation Verfahren in erster Linie wegen seiner Effizienz bei der Bildung GUVs mit sauren Lipiden und seine relative Einfachheit der Verwendung, ohne die Notwendigkeit von teuren Aufbauten verwendet. Da die Visualisierung von Gag ein fluoreszierendes Reporter erfordert, ist genetisch gelb fluoreszierendes Protein (YFP) an den C-Terminus von Gag (Gag-YFP) zugegeben. Gag-YFP Proteine ​​werden durch in vitro Transkriptions- und Translationsreaktionen in wheat germ Lysaten erhalten auf der Basis der kontinuierlichen Austausch kontinuierlichen Strömung (CECF) Technologie. In dieser Technologie wird sowohl die Entfernung von inhibitorischen Nebenprodukte der Reaktionen und Zufuhr von Reaktionssubstraten und Energiekomponenten sind in einer Dialysebasierten Mechanismus erreicht. Bei diesen Reaktionen wird ein Plasmid, kodierend Gag-YFP unter der Kontrolle eines T7-Promotors verwendet. Bemerkenswert ist , wie bereits gezeigt, Weizenkeim Lysaten unterstützen Myristoylation ohne zusätzliche Komponenten 23,24. Myristoyliert Gag-YFP zur Visualisierung von Gag auf GUV Membranen 24 Mit dieser Methode war es möglich , ausreichende Mengen an in voller Länge zu erhalten. Hier beschreiben wir das Protokoll , mit dem HIV-1 Gag zu PI - Bindung (4,5) P 2 -haltigen GUV Membranen können ohne langwierige nachfolgende Verarbeitung folgende Bindungsreaktionen untersucht und schlagen vor , dass diese Methode bereits existierenden Gag-Membran - Bindungstests ergänzt und kann sein erweitert, um weitere Bindung HIV-1 Gag-Membran zu verstehen.

<table><tbody><tr><td>Digital Multimeter</td><td>Meterman</td><td>30XR</td><td>A generic multimeter that can measure resistance and volts will serve the purpose.</td></tr><tr><td>Function Generator</td><td>Instek</td><td>GFG-8216A</td><td>A generic function generator that is capable of generating a sine wave at 10 Hz and 1 V is sufficient.</td></tr><tr><td>ITO coated glass slides</td><td>Delta Technologies, Loveland, CO</td><td>CG-90IN</td><td></td></tr><tr><td>Incubator</td><td>Hoefer</td><td></td><td>Any incubator that can accurately maintain temperature will be sufficient</td></tr><tr><td>Vacuum chamber</td><td>Nalgene</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thermomixer R</td><td>Eppendorf</td><td>21516-166</td><td></td></tr><tr><td>Syringe</td><td>Hamilton</td><td>80400</td><td>Gauge 22S, Syringe number 702</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Sylgard elastomer base kit, Dow-Corning</td><td>Sylgard, 184</td><td></td></tr><tr><td>RTS 100 Wheat Germ CECF Kit</td><td>BiotechRabbit,&lt;br/&gt; Berlin, Germany</td><td>BR1401001</td><td></td></tr><tr><td>DiD</td><td>Life Technologies, Carlsbad, CA&amp;nbsp;</td><td>D7757</td><td></td></tr><tr><td>POPC</td><td>Avanti Polar Lipids, Alabaster, AL&amp;nbsp;</td><td>850457C</td><td></td></tr><tr><td>POPS</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>840034C</td><td></td></tr><tr><td>Cholesterol</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>700041P</td><td></td></tr><tr><td>Brain-PI(4,5)P&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;&amp;nbsp;</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td>840046X</td><td></td></tr></tbody></table>

visualization of hiv-1 gag binding to giant unilamellar vesicle (guv) membranes

Das Strukturprotein von HIV-1, Pr55 Gag (oder Gag), bindet an die Plasmamembran in Zellen während der Virus - Montageprozesses. Membranbindung von Gag ist ein wesentlicher Schritt für die Viruspartikelbildung, da ein Defekt in Gag Membranbindungs ​​führt zu einer starken Beeinträchtigung der viralen Partikelproduktion. Zu gewinnen sind mechanistischen Details Gag-Lipid - Membran - Wechselwirkungen in vitro - Verfahren basiert auf NMR, Protein Fußabdrucks, Oberflächen - Plasmonresonanz, Liposom - Flotation Zentrifugation oder Fluoreszenz Lipid Wulst Bindung so weit entwickelt. Jedoch jede dieser in - vitro - Verfahren hat seine Grenzen. Um einige dieser Beschränkungen und bieten einen komplementären Ansatz zu den bisher etablierten Methoden zu überwinden, entwickelten wir ein in - vitro - Test , bei dem Interaktionen zwischen HIV-1 Gag und Lipidmembranen finden in einem &quot;zellähnlichen&quot; Umfeld. In diesem Test wird die Bindung an Gag Lipidmembranen visuell analysiert YFP-Tagged Gag in einem Weizen synthetisierten Keim-basierten in vitro - Translationssystem und GUVs durch eine Elektroformation Technik hergestellt. Hier beschreiben wir den Hintergrund und die Protokolle myristoylierten voller Länge Gag Proteinen und GUV Membranen, die für den Assay zu erhalten, und Gag-GUV Bindung durch Mikroskopie zu detektieren.

<html> Unter Verwendung des obigen Protokolls stellten wir GUVs bestehend aus POPC + POPS + Chol (Molverhältnis: 4,66: 2,33: 3). Diese Zusammensetzung wurde auf etwa reflektieren die PS und Cholesterin Konzentrationen des PM ausgewählt. Robuste und effiziente Bindung von Gag wurde nur beobachtet , wenn Gehirn-PI (4,5) P 2 in die POPC + POPS + Chol - Gemisch (POPC + POPS + Chol + brain-PI (4,5) P 2 [Molverhältnis eingeschlossen wurde : 4: 2: 3: 1] in diesem Beispie...

Watch this Scientific Journal Video about Visualization of HIV-1 Gag Binding to Giant Unilamellar Vesicle GUV Membranes at JoVE.com

Visualization of HIV-1 Gag Binding to Giant Unilamellar Vesicle GUV Membranes

We illustrate here an in vitro membrane binding assay in which interactions between HIV-1 Gag and lipid membranes are visually analyzed using YFP-tagged Gag synthesized in a wheat germ-based in vitro translation system and GUVs prepared by an electroformation technique.

Visualisierung von HIV-1 Gag Bindung an Riesen unilamellare Vesikeln (GUV) Membranes

The structural protein of HIV-1, Pr55Gag (or Gag), binds to the plasma membrane in cells during the virus assembly process. Membrane binding of Gag is an ...

visualization-hiv-1-gag-binding-to-giant-unilamellar-vesicle-guv

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Visualization of HIV-1 Gag Binding to Giant Unilamellar Vesicle (GUV) Membranes

8.8K Aufrufe.  University of Michigan Medical School. We illustrate here an in vitro membrane binding assay in which interactions between HIV-1 Gag and lipid membranes are visually analyzed using YFP-tagged Gag synthesized in a wheat germ-based in vitro translation system and GUVs prepared by an electroformation technique. 

Serie: Visualization of HIV-1 Gag Binding to Giant Unilamellar Vesicle GUV Membranes

Visualizing Cell-to-cell Transfer of HIV using Fluorescent Clones of HIV and Live Confocal Microscopy

By fusing the green fluorescent protein to their favorite proteins, biologists now have the ability to study living complex cellular processes using fluorescence video microscopy. To track the movements of the human immunodeficiency virus core protein during cell-to-cell transmission of human immunodeficiency virus, we have GFP-tagged the Gag protein in the context of an infectious molecular clone of HIV, called HIV Gag-iGFP. We study this viral clone using video confocal microscopy. In the following visualized experiment, we transfect a human T cell line with HIV Gag-iGFP, and we use fluorescently labeled uninfected CD4+ T cells to serve as target cells for the virus. Using the different fluorescent labels we can readily follow viral production and transport across intercellular structures called virological synapses. Simple gas permeable imaging chambers allow us to observe synapses with live confocal microscopy from minutes to days. These approaches can be used to track viral proteins as they move in from one cell to the next.

This visualized experiment is a guide for utilizing a fluorescent molecular clone of HIV for live confocal imaging experiments.

Visualizing Zell-Zell-Transfer von HIV unter Verwendung von fluoreszierenden Klone von HIV und Live-konfokale Mikroskopie

By fusing the green fluorescent protein to their favorite proteins, biologists now have the ability to study living complex cellular processes using ...

Forschung

Immunologie und Infektion

Determination of Molecular Structures of HIV Envelope Glycoproteins using Cryo-Electron Tomography and Automated Sub-tomogram Averaging

Since its discovery nearly 30 years ago, more than 60 million people have been infected with the human immunodeficiency virus (HIV) <a href="http://www.usaid.gov">(www.usaid.gov)</a>. The virus infects and destroys CD4+ T-cells thereby crippling the immune system, and causing an acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) 2. Infection begins when the HIV Envelope glycoprotein "spike" makes contact with the CD4 receptor on the surface of the CD4+ T-cell. This interaction induces a conformational change in the spike, which promotes interaction with a second cell surface co-receptor 5,9. The significance of these protein interactions in the HIV infection pathway makes them of profound importance in fundamental HIV research, and in the pursuit of an HIV vaccine.
The need to better understand the molecular-scale interactions of HIV cell contact and neutralization motivated the development of a technique to determine the structures of the HIV spike interacting with cell surface receptor proteins and molecules that block infection. Using cryo-electron tomography and 3D image processing, we recently demonstrated the ability to determine such structures on the surface of native virus, at &tilde;20 &Aring; resolution 9,14. This approach is not limited to resolving HIV Envelope structures, and can be extended to other viral membrane proteins and proteins reconstituted on a liposome. In this protocol, we describe how to obtain structures of HIV envelope glycoproteins starting from purified HIV virions and proceeding stepwise through preparing vitrified samples, collecting, cryo-electron microscopy data, reconstituting and processing 3D data volumes, averaging and classifying 3D protein subvolumes, and interpreting results to produce a protein model. The computational aspects of our approach were adapted into modules that can be accessed and executed remotely using the Biowulf GNU/Linux parallel processing cluster at the NIH <a href="http://biowulf.nih.gov">(http://biowulf.nih.gov)</a>. This remote access, combined with low-cost computer hardware and high-speed network access, has made possible the involvement of researchers and students working from school or home.

The protocol describes a high-throughput approach to determining structures of membrane proteins using cryo-electron tomography and 3D image processing. It covers the details of specimen preparation, data collection, data processing and interpretation, and concludes with the production of a representative target for the approach, the HIV-1 Envelope glycoprotein. These computational procedures are designed in a way that enables researchers and students to work remotely and contribute to data processing and structural analysis.

Bestimmung von Molekülstrukturen von HIV Hüllglycoproteine ​​mit Cryo-Elektronen-Tomographie und automatisierte Sub-Tomogramm Averaging

Since its discovery nearly 30 years ago, more than 60 million people have been infected with the human immunodeficiency virus (HIV) (www.usaid.gov). The ...

Imaging of HIV-1 Envelope-induced Virological Synapse and Signaling on Synthetic Lipid Bilayers

Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection occurs most efficiently via cell to cell transmission2,10,11. This cell to cell transfer between CD4+ T cells involves the formation of a virological synapse (VS), which is an F-actin-dependent cell-cell junction formed upon the engagement of HIV-1 envelope gp120 on the infected cell with CD4 and the chemokine receptor (CKR) CCR5 or CXCR4 on the target cell 8. In addition to gp120 and its receptors, other membrane proteins, particularly the adhesion molecule LFA-1 and its ligands, the ICAM family, play a major role in VS formation and virus transmission as they are present on the surface of virus-infected donor cells and target cells, as well as on the envelope of HIV-1 virions1,4,5,6,7,13. VS formation is also accompanied by intracellular signaling events that are transduced as a result of gp120-engagement of its receptors. Indeed, we have recently showed that CD4+ T cell interaction with gp120 induces recruitment and phosphorylation of signaling molecules associated with the TCR signalosome including Lck, CD3&zeta;, ZAP70, LAT, SLP-76, Itk, and PLC&gamma;15.
In this article, we present a method to visualize supramolecular arrangement and membrane-proximal signaling events taking place during VS formation. We take advantage of the glass-supported planar bi-layer system as a reductionist model to represent the surface of HIV-infected cells bearing the viral envelope gp120 and the cellular adhesion molecule ICAM-1. The protocol describes general procedures for monitoring HIV-1 gp120-induced VS assembly and signal activation events that include i) bi-layer preparation and assembly in a flow cell, ii) injection of cells and immunofluorescence staining to detect intracellular signaling molecules on cells interacting with HIV-1 gp120 and ICAM-1 on bi-layers, iii) image acquisition by TIRF microscopy, and iv) data analysis. This system generates high-resolution images of VS interface beyond that achieved with the conventional cell-cell system as it allows detection of distinct clusters of individual molecular components of VS along with specific signaling molecules recruited to these sub-domains.

This article describes a method to visualize formation of an HIV-1 envelope-induced virological synapse on glass supported planar bilayers by total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. The method can also be combined with immunofluorescence staining to detect activation and redistribution of signaling molecules that occur during HIV-1 envelope-induced virological synapse formation.

Imaging von HIV-1 Envelope-induzierte virologische Synapse und Signalisierung auf Synthetic Lipiddoppelschichten

Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) infection occurs most efficiently via cell to cell transmission2,10,11. This cell to cell transfer between ...

Conformational Evaluation of HIV-1 Trimeric Envelope Glycoproteins Using a Cell-based ELISA Assay

HIV-1 envelope glycoproteins (Env) mediate viral entry into target cells and are essential to the infectious cycle. Understanding how those glycoproteins are able to fuel the fusion process through their conformational changes could lead to the design of better, more effective immunogens for vaccine strategies. Here we describe a cell-based ELISA assay that allows studying the recognition of trimeric HIV-1 Env by monoclonal antibodies. Following expression of HIV-1 trimeric Env at the surface of transfected cells, conformation specific anti-Env antibodies are incubated with the cells. A horseradish peroxidase-conjugated secondary antibody and a simple chemiluminescence reaction are then used to detect bound antibodies. This system is highly flexible and can detect Env conformational changes induced by soluble CD4 or cellular proteins. It requires minimal amount of material and no highly-specialized equipment or know-how. Thus, this technique can be established for medium to high throughput screening of antigens and antibodies, such as newly-isolated antibodies.

Understanding viral surface antigens conformations is required to evaluate antibody neutralization and guide the design of effective vaccine immunogens. Here we describe a cell-based ELISA assay that allows the study of the recognition of trimeric HIV-1 Env expressed at the surface of transfected cells by specific anti-Env antibodies.

Konformationsänderungen Auswertung der HIV-1-Trimeric Hüllglycoproteine ​​mit eine Handy-basierte ELISA-Test

HIV-1 envelope glycoproteins (Env) mediate viral entry into target cells and are essential to the infectious cycle. Understanding how those glycoproteins ...

Phagosome Migration and Velocity Measured in Live Primary Human Macrophages Infected with HIV-1

Macrophages are phagocytic cells that play a major role at the crossroads between innate and specific immunity. They can be infected by the human immunodeficiency virus (HIV)-1 and because of their resistance to its cytopathic effects they can be considered to be persistent viral reservoirs. In addition, HIV-infected macrophages exhibit defective functions that contribute to the development of opportunistic diseases.
The exact mechanism by which HIV-1 impairs the phagocytic response of macrophages was unknown. We had previously shown that the uptake of various particulate material by macrophages was inhibited when they were infected with HIV-1. This inhibition was only partial and phagosomes did form within HIV-infected macrophages. Therefore, we focused on analyzing the fate of these phagosomes. Phagosome maturation is accompanied by migration of these compartments towards the cell center, where they fuse with lysosomes, generating phagolysosomes, responsible for degradation of the ingested material. We used IgG-opsonized Sheep Red Blood Cells as a target for phagocytosis. To measure the speed of centripetal movement of phagosomes in individual HIV-infected macrophages, we used a combination of bright field and fluorescence confocal microscopy. We established a method to calculate the distance of phagosomes towards the nucleus, and then to calculate the velocity of the phagosomes. HIV-infected cells were identified thanks to a GFP-expressing virus, but the method is applicable to non-infected cells or any type of infection or treatment.

We describe a method to measure the velocity of phagosomes moving towards the cell center in living cells infected with or without the human immunodeficiency virus (HIV) type 1, using spinning disk confocal fluorescence microscopy to identify fluorescent infected cells and bright field microscopy to detect phagosomes.

Phagosom Migration und Geschwindigkeit gemessen in Live-primären humanen Makrophagen mit HIV-1 infizierten

Macrophages are phagocytic cells that play a major role at the crossroads between innate and specific immunity. They can be infected by the human ...

A High-throughput Cre-Lox Activated Viral Membrane Fusion Assay to Identify Inhibitors of HIV-1 Viral Membrane Fusion

This assay is designed to specifically report on HIV-1 fusion via the expression of green fluorescent protein (GFP) detectable by flow cytometry or fluorescence microscopy. An HIV-1 reporter virus (HIV-1 Gag-iCre) is generated by inserting Cre recombinase into the HIV-1 genome between the matrix and the capsid proteins of the Gag polyprotein. This results in a packaging of Cre recombinase into virus particles, which is then released into a target cell line stably expressing a Cre recombinase-activated red fluorescent protein (RFP) to GFP switch cassette. In the basal state, this cassette expresses RFP only. Following the delivery of Cre recombinase into the target cell, the RFP, flanked by loxP sites, excises, resulting in GFP expression. This assay can be used to test any inhibitors of viral entry (specifically at the fusion step) in cell-free and cell-to-cell infection systems and has been used to identify a class of purinergic receptor antagonists as novel inhibitors of HIV-1 viral membrane fusion.

We describe a cell-based assay to report on HIV-1 fusion via the expression of green fluorescent protein detectable by flow cytometry or fluorescence microscopy. It can be used to test inhibitors of viral entry (specifically at the fusion step) in cell-free and cell-to-cell infection systems.

Ein High-Throughput Cre-Lox aktiviert virale Membran Fusion Assay Ermittlung Inhibitoren der HIV-1 Virus Membranfusion

This assay is designed to specifically report on HIV-1 fusion via the expression of green fluorescent protein (GFP) detectable by flow cytometry or ...

Detection of Viral RNA by Fluorescence in situ Hybridization (FISH)

Viruses that infect cells elicit specific changes to normal cell functions which serve to divert energy and resources for viral replication. Many aspects of host cell function are commandeered by viruses, usually by the expression of viral gene products that recruit host cell proteins and machineries. Moreover, viruses engineer specific membrane organelles or tag on to mobile vesicles and motor proteins to target regions of the cell (during de novo infection, viruses co-opt molecular motor proteins to target the nucleus; later, during virus assembly, they will hijack cellular machineries that will help in the assembly of viruses). Less is understood on how viruses, in particular those with RNA genomes, coordinate the intracellular trafficking of both protein and RNA components and how they achieve assembly of infectious particles at specific loci in the cell. The study of RNA localization began in earlier work. Developing lower eukaryotic embryos and neuronal cells provided important biological information, and also underscored the importance of RNA localization in the programming of gene expression cascades. The study in other organisms and cell systems has yielded similar important information. Viruses are obligate parasites and must utilise their host cells to replicate. Thus, it is critical to understand how RNA viruses direct their RNA genomes from the nucleus, through the nuclear pore, through the cytoplasm and on to one of its final destinations, into progeny virus particles 1.
FISH serves as a useful tool to identify changes in steady-state localization of viral RNA. When combined with immunofluorescence (IF) analysis 22, FISH/IF co-analyses will provide information on the co-localization of proteins with the viral RNA3. This analysis therefore provides a good starting point to test for RNA-protein interactions by other biochemical or biophysical tests 4,5, since co-localization by itself is not enough evidence to be certain of an interaction. In studying viral RNA localization using a method like this, abundant information has been gained on both viral and cellular RNA trafficking events 6. For instance, HIV-1 produces RNA in the nucleus of infected cells but the RNA is only translated in the cytoplasm. When one key viral protein is missing (Rev) 7, FISH of the viral RNA has revealed that the block to viral replication is due to the retention of the HIV-1 genomic RNA in the nucleus 8. 
Here, we present the method for visual analysis of viral genomic RNA in situ. The method makes use of a labelled RNA probe. This probe is designed to be complementary to the viral genomic RNA. During the in vitro synthesis of the antisense RNA probe, the ribonucleotide that is modified with digoxigenin (DIG) is included in an in vitro transcription reaction. Once the probe has hybridized to the target mRNA in cells, subsequent antibody labelling steps (Figure 1) will reveal the localization of the mRNA as well as proteins of interest when performing FISH/IF.

Detection of Viral RNA by Fluorescence in situ Hybridization FISH

A fluorescence in situ hybridization (FISH) method was developed to visually detect viral genomic RNA using fluorescence microscopy. A probe is made with specificity to the viral RNA that can then be identified using a combination of hybridization and immunofluorescence techniques. This technique offers the advantage of identifying the localization of the viral RNA or DNA at steady-state, providing information on the control of intracellular virus trafficking events.

Nachweis viraler RNA durch Fluoreszenz<em&gt; In-situ-</em&gt; Hybridisierung (FISH)

Viruses  that infect cells elicit specific changes to normal cell functions which serve  to divert energy and resources for viral replication. Many ...

Biologie

Construction of Model Lipid Membranes Incorporating G-protein Coupled Receptors (GPCRs)

Robust in vitro investigations of the structure and function of integral membrane proteins has been a challenge due to the complexities of the plasma membrane and the numerous factors that influence protein behavior in live cells. Giant unilamellar vesicles (GUVs) are a biomimetic and highly tunable in vitro model system for investigating protein-membrane interactions and probing protein behavior in a precise, stimulus-dependent manner. In this protocol, we present an inexpensive and effective method for fabricating GUVs with the human serotonin 1A receptor (5-HT1AR) stably integrated in the membrane. We fabricate GUVs using a modified hydrogel swelling method; by depositing a lipid film on top of a mixture of agarose and 5-HT1AR and then hydrating the entire system, vesicles can be formed with properly oriented and functional 5-HT1AR incorporated into the membrane. These GUVs can then be used to examine protein-membrane interactions and localization behavior via microscopy. Ultimately, this protocol can advance our understanding of the functionality of integral membrane proteins, providing profound physiological insight.

Construction of Model Lipid Membranes Incorporating G-protein Coupled Receptors GPCRs

This protocol utilizes agarose swelling as a powerful and generalizable technique for incorporating integral membrane proteins (IMPs) into giant unilamellar lipid vesicles (GUVs), as described here for the reconstitution of the human 1A serotonin receptor protein (5-HT1AR), one of the classes of pharmacologically important G protein-coupled receptors.

Konstruktion von Modelllipidmembranen mit G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs)

Robust in vitro investigations of the structure and function of integral membrane proteins has been a challenge due to the complexities of the plasma ...

Biotechnik

Pulling Membrane Nanotubes from Giant Unilamellar Vesicles

The reshaping of the cell membrane is an integral part of many cellular phenomena, such as endocytosis, trafficking, the formation of filopodia, etc. Many different proteins associate with curved membranes because of their ability to sense or induce membrane curvature. Typically, these processes involve a multitude of proteins making them too complex to study quantitatively in the cell. We describe a protocol to reconstitute a curved membrane in vitro, mimicking a curved cellular structure, such as the endocytic neck. A giant unilamellar vesicle (GUV) is used as a model of a cell membrane, whose internal pressure and surface tension are controlled with micropipette aspiration. Applying a point pulling force on the GUV using optical tweezers creates a nanotube of high curvature connected to a flat membrane. This method has traditionally been used to measure the fundamental mechanical properties of lipid membranes, such as bending rigidity. In recent years, it has been expanded to study how proteins interact with membrane curvature and the way they affect the shape and the mechanics of membranes. A system combining micromanipulation, microinjection, optical tweezers, and confocal microscopy allows measurement of membrane curvature, membrane tension, and the surface density of proteins, concurrently. From these measurements, many important mechanical and morphological properties of the protein-membrane system can be inferred. In addition, we lay out a protocol of creating GUVs in the presence of physiological salt concentration, and a method of quantifying the surface density of proteins on the membrane from fluorescence intensities of labeled proteins and lipids.

Many proteins in the cell sense and induce membrane curvature. We describe a method to pull membrane nanotubes from lipid vesicles to study the interaction of proteins or any curvature-active molecule with curved membranes in vitro.

Membran-Nanoröhrchen ziehen aus riesigen Unilamellar Vesikel

The reshaping of the cell membrane is an integral part of many cellular phenomena, such as endocytosis, trafficking, the formation of filopodia, etc. Many ...

Single-Cell Multiplexed Fluorescence Imaging to Visualize Viral Nucleic Acids and Proteins and Monitor HIV, HTLV, HBV, HCV, Zika Virus, and Influenza Infection

Capturing the dynamic replication and assembly processes of viruses has been hindered by the lack of robust in situ hybridization (ISH) technologies that enable sensitive and simultaneous labeling of viral nucleic acid and protein. Conventional DNA fluorescence in situ hybridization (FISH) methods are often not compatible with immunostaining. We have therefore developed an imaging approach, MICDDRP (multiplex immunofluorescent cell-based detection of DNA, RNA and protein), which enables simultaneous single-cell visualization of DNA, RNA, and protein. Compared to conventional DNA FISH, MICDDRP utilizes branched DNA (bDNA) ISH technology, which dramatically improves oligonucleotide probe sensitivity and detection. Small modifications of MICDDRP enable imaging of viral proteins concomitantly with nucleic acids (RNA or DNA) of different strandedness. We have applied these protocols to study the life cycles of multiple viral pathogens, including human immunodeficiency virus (HIV)-1, human T-lymphotropic virus (HTLV)-1, hepatitis B virus (HBV), hepatitis C virus (HCV), Zika virus (ZKV), and influenza A virus (IAV). We demonstrated that we can efficiently label viral nucleic acids and proteins across a diverse range of viruses. These studies can provide us with improved mechanistic understanding of multiple viral systems, and in addition, serve as a template for application of multiplexed fluorescence imaging of DNA, RNA, and protein across a broad spectrum of cellular systems.

Presented here is a protocol for a fluorescence imaging approach, multiplex immunofluorescent cell-based detection of DNA, RNA, and protein (MICDDRP), a method capable of simultaneous fluorescence single-cell visualization of viral protein and nucleic acids of different type and strandedness. This approach can be applied to a diverse range of systems.

Einzelzell-Multiplex-Fluoreszenzbildgebung zur Visualisierung viraler Nukleinsäuren und Proteine und zur Überwachung von HIV-, HTLV-, HBV-, HCV-, Zika-Virus- und Influenza-Infektionen

Capturing the dynamic replication and assembly processes of viruses has been hindered by the lack of robust in situ hybridization (ISH) technologies that ...

Visualisierung von HIV-1 Gag Bindung an Riesen unilamellare Vesikeln (GUV) Membranes

Zusammenfassung

Weitere Videos entdecken

Kapitel in diesem Video

Visualizing Zell-Zell-Transfer von HIV unter Verwendung von fluoreszierenden Klone von HIV und Live-konfokale Mikroskopie

Bestimmung von Molekülstrukturen von HIV Hüllglycoproteine mit Cryo-Elektronen-Tomographie und automatisierte Sub-Tomogramm Averaging

Imaging von HIV-1 Envelope-induzierte virologische Synapse und Signalisierung auf Synthetic Lipiddoppelschichten

Konformationsänderungen Auswertung der HIV-1-Trimeric Hüllglycoproteine mit eine Handy-basierte ELISA-Test

Phagosom Migration und Geschwindigkeit gemessen in Live-primären humanen Makrophagen mit HIV-1 infizierten

Ein High-Throughput Cre-Lox aktiviert virale Membran Fusion Assay Ermittlung Inhibitoren der HIV-1 Virus Membranfusion

Nachweis viraler RNA durch Fluoreszenz

Konstruktion von Modelllipidmembranen mit G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs)

Membran-Nanoröhrchen ziehen aus riesigen Unilamellar Vesikel

Einzelzell-Multiplex-Fluoreszenzbildgebung zur Visualisierung viraler Nukleinsäuren und Proteine und zur Überwachung von HIV-, HTLV-, HBV-, HCV-, Zika-Virus- und Influenza-Infektionen

Visualisierung von HIV-1 Gag Bindung an Riesen unilamellare Vesikeln (GUV) Membranes

Zusammenfassung

Weitere Videos entdecken

Kapitel in diesem Video

Visualizing Zell-Zell-Transfer von HIV unter Verwendung von fluoreszierenden Klone von HIV und Live-konfokale Mikroskopie

Bestimmung von Molekülstrukturen von HIV Hüllglycoproteine ​​mit Cryo-Elektronen-Tomographie und automatisierte Sub-Tomogramm Averaging

Imaging von HIV-1 Envelope-induzierte virologische Synapse und Signalisierung auf Synthetic Lipiddoppelschichten

Konformationsänderungen Auswertung der HIV-1-Trimeric Hüllglycoproteine ​​mit eine Handy-basierte ELISA-Test

Phagosom Migration und Geschwindigkeit gemessen in Live-primären humanen Makrophagen mit HIV-1 infizierten

Ein High-Throughput Cre-Lox aktiviert virale Membran Fusion Assay Ermittlung Inhibitoren der HIV-1 Virus Membranfusion

Nachweis viraler RNA durch Fluoreszenz

Konstruktion von Modelllipidmembranen mit G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs)

Membran-Nanoröhrchen ziehen aus riesigen Unilamellar Vesikel

Einzelzell-Multiplex-Fluoreszenzbildgebung zur Visualisierung viraler Nukleinsäuren und Proteine und zur Überwachung von HIV-, HTLV-, HBV-, HCV-, Zika-Virus- und Influenza-Infektionen

Bestimmung von Molekülstrukturen von HIV Hüllglycoproteine mit Cryo-Elektronen-Tomographie und automatisierte Sub-Tomogramm Averaging

Konformationsänderungen Auswertung der HIV-1-Trimeric Hüllglycoproteine mit eine Handy-basierte ELISA-Test