Single-molecule magnetic tweezers to probe the equilibrium dynamics of individual proteins at physiologically relevant forces and timescales

磁镊 机械生物学 机械转化 光学镊子 生物物理学 蛋白质动力学 纳米技术 分子动力学 动力学(音乐) 化学 物理 生物 材料科学 细胞生物学 声学 计算化学 量子力学
作者
Rafael Tapia‐Rojo,Marc Mora,Sergi Garcia-Manyes
出处
期刊:Nature Protocols [Nature Portfolio]
卷期号:19 (6): 1779-1806 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41596-024-00965-5
摘要

The reversible unfolding and refolding of proteins is a regulatory mechanism of tissue elasticity and signalling used by cells to sense and adapt to extracellular and intracellular mechanical forces. However, most of these proteins exhibit low mechanical stability, posing technical challenges to the characterization of their conformational dynamics under force. Here, we detail step-by-step instructions for conducting single-protein nanomechanical experiments using ultra-stable magnetic tweezers, which enable the measurement of the equilibrium conformational dynamics of single proteins under physiologically relevant low forces applied over biologically relevant timescales. We report the basic principles determining the functioning of the magnetic tweezer instrument, review the protein design strategy and the fluid chamber preparation and detail the procedure to acquire and analyze the unfolding and refolding trajectories of individual proteins under force. This technique adds to the toolbox of single-molecule nanomechanical techniques and will be of particular interest to those interested in proteins involved in mechanosensing and mechanotransduction. The procedure takes 4 d to complete, plus an additional 6 d for protein cloning and production, requiring basic expertise in molecular biology, surface chemistry and data analysis.
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