Dynamic blue light-switchable protein patterns on giant unilamellar vesicles

Abstract

The blue light-dependent interaction between the proteins iLID and Nano allows recruiting and patterning proteins on GUV membranes, which thereby capture key features of patterns observed in nature. This photoswitchable protein interaction provides non-invasive, reversible and dynamic control over protein patterns of different sizes with high specificity and spatiotemporal resolution.

Self‐Assembly of Giant Unilamellar Vesicles by Film Hydration Methodologies

“…Upon hydration of the polymeric support on the glass surface, the amphiphile film mechanically swells, and is subjected to a higher surface exposure to hydration, facilitating self‐assembly into GUVs. The hydrophilic polymer is initially dissolved in water upon heating, and coated to the coverslip by drop‐casting, dip‐coating or spin‐coating, and dried. The amphiphile solution (in chloroform) is manually spread above the dehydrated hydrogel layer and is dried.…”

“…The technique was developed to account for the then poor performance of electroformation in physiological ionic strength buffers . Many gel‐assisted hydrations involve PBS, tris(hydroxymethyl)aminomethane (Tris), or HEPES buffer, combined with NaCl and KCl at high ionic strength (>150 × 10 −6 m ). Although still very young, this method has shown great potential for forming solvent‐free GUVs, as it does not require any elaborate equipment; it is an economic, simple, fast, and efficient method.…”

Engineering Proteins at Interfaces: From Complementary Characterization to Material Surfaces with Designed Functions

“…Photon upconversion lithography could be an approach for the patterning of biomaterials other than proteins.W e envision using photon upconversion lithography to fabricate patterned extracellular matrices,c ontrol the migration of cells,a nd guide the development of neurons.M ore recently, the blue-light-dependent interaction between the proteins iLID and Nano has been used to photopattern proteins on membranes. [137] In this approach, one of the interaction partners,i LID,w as anchored to the membrane so that aN ano-fused protein of interest could be specifically recruited under noninvasive low-intensity blue light. As the iLID-Nano interaction is reversed in the dark, these protein patterns are reversible and dynamic,capturing key features of protein patterns in nature.…”

Engineering von Proteinen an Oberflächen: Von komplementärer Charakterisierung zu Materialoberflächen mit maßgeschneiderten Funktionen

“…[133] Zusätzlich wurde die Ni 2+ -vermittelte Wechselwirkung zwischen Polyhistidin-markierten (His-Tag) Proteinen und Nitrilotriessigsäure (NTA) in eine lichtabhängige Wechselwirkung transformiert -e ntweder durch Einbringen einer photospaltbaren Aminosäure in den His-Tag oder durch Einführung einer photospaltbaren funktionellen Gruppe zwischen NTAu nd dem Substrat. [137] Bei diesem Ansatz wurde einer der Interaktionspartner,i LID,a nd er Membran verankert, so dass ein Nano-Fusionsprotein von Interesse spezifisch unter nichtinvasivem blauem Licht mit niedriger Intensitätr ekrutiert werden konnte.D asich die iLID-Nano-Wechselwirkung im Dunkeln umkehrt, sind diese Proteinmuster reversibel und dynamisch und erfassen wichtige Merkmale von Proteinmustern in der Natur. [135] Die oben erwähnten Systeme verwenden UV-Licht, um die Proteinadsorption zu steuern.…”

“…Upconversion-Nanopartikel kçnnen Nahinfrarotlicht in UV-o der sichtbares Licht umwandeln, das Photoreaktionen von konventionellen lichtempfindlichen Verbindungen induzieren kann (siehe Abbildung 12). [136] [137] Bei diesem Ansatz wurde einer der Interaktionspartner,i LID,a nd er Membran verankert, so dass ein Nano-Fusionsprotein von Interesse spezifisch unter nichtinvasivem blauem Licht mit niedriger Intensitätr ekrutiert werden konnte.D asich die iLID-Nano-Wechselwirkung im Dunkeln umkehrt, sind diese Proteinmuster reversibel und dynamisch und erfassen wichtige Merkmale von Proteinmustern in der Natur.…”