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Method Article
In diesem Bericht beschreiben wir, wie Oberflächen-Plasmon-Resonanz verwendet wird, um Toxin Einreise in den Aufnahmemitgliedstaat Zytosol zu erkennen. Dieser hochempfindliche Methode lassen sich quantitative Daten über die Höhe der zytosolischen Toxin geben, und es kann zu einer Reihe von Toxinen eingesetzt werden.
AB Toxine bestehen aus einer enzymatischen A-Untereinheit und einer Zell-bindenden B-Untereinheit 1. Diese Toxine sind in das extrazelluläre Milieu ausgeschieden, aber sie wirken auf Ziele innerhalb der eukaryotischen Cytosol. Einige AB Toxine Reise durch Vesikel Träger von der Zelloberfläche zum Endoplasmatischen Retikulum (ER) vor dem Eintritt in das Zytosol 2-4. In der Notaufnahme, um die katalytische A-Kette distanziert sich von dem Rest des Toxins und bewegt sich durch ein Protein-leitenden Kanals erreichen ihren zytosolischen Ziel 5. Die transloziert, cytosolische Eine Kette ist nur schwer zu erkennen, weil Toxin Menschenhandel, die ER ist ein sehr ineffizienter Prozess: Die meisten verinnerlicht Toxin wird zu den Lysosomen zum Abbau geführt, so dass nur ein kleiner Bruchteil der Oberflächen-gebundenen Toxin gelangt der Golgi-Apparat und ER 6 -12.
Zur Überwachung Toxin Translokation aus dem ER ins Zytosol in kultivierten Zellen, kombinierten wir eine subzelluläre Fraktionierung-Protokoll mit den highly empfindliche Nachweismethode der Surface Plasmon Resonance (SPR) 13-15. Die Plasmamembran der Toxin-behandelten Zellen selektiv mit Digitonin permeabilisiert, wodurch Sammlung eines zytosolischen Fraktion, die anschließend über einen SPR-Sensor mit einer Anti-Toxin A-Antikörper beschichtet ist, perfundiert. Die Antikörper-beschichteten Sensor kann erfassen und erkennen pg / mL Mengen von zytosolischen Toxin. Mit diesem Protokoll ist es möglich, die Kinetik der Toxin-Eintrag in das Zytosol zu folgen und hemmende Wirkung auf die Translokation Ereignis zu charakterisieren. Die Konzentration der zytosolischen Toxin kann auch aus einer Standardkurve mit bekannten Mengen von A-Kette Standards, die über den Sensor wurden perfundiert, festgesetzt werden. Unsere Methode stellt eine schnelle, empfindliche und quantitative Nachweis-System, das keine radioaktiven Markierung oder andere Änderungen an der Ziel-Toxin.
1. Vorbereitung der Digitonin
2. Zell-Rausch und Permeabilisierung
Unsere Translokation Test kann auf eine Reihe von Toxinen und Zelllinien verwendet werden. Im Folgenden stellen wir ein detailliertes Protokoll für den Nachweis von Cholera-Toxin (CT). Eine Übersicht über die Vorgehensweise ist in Abbildung 1 dargestellt.
4. SPR Präparat
5. SPR-Analyse von Proben
6. Repräsentative Ergebnisse
Pertussis-Toxin (PT) ist ein AB-Toxin, das von der Zelloberfläche bewegt sich die ER vor der A-Kette (PTS1) tritt das Zytosol 3, 12. Wie in Abbildung 2 dargestellt, könnten unsere SPR-basierter Assay Translokation PTS1 im Cytosol berauscht CHO-Zellen zu erkennen. Es wurde kein Signal aus dem Cytosol von unintoxicated Zellen, die die anti-PTS1 Antikörper nicht mit einer Komponente des Host-Cytosol Kreuzreaktion bestätigt generiert. Diecytosolische Fraktion aus Zellen berauscht in Gegenwart von Brefeldin A (BfA) auch nicht, ein positives Signal zu erzeugen. BfA verhindert Toxin Transport zum ER-Translokation Seite 6-8, 12, 20-25 und damit eine Kette Auslieferung an das Cytosol. Am Ende eines jeden Versuchs, gebunden ist Toxin vom Sensor schieben beraubt. Dies erlaubt mehrere Proben auf einem einzigen Sensor gleiten zu sehen sein und dadurch zur Verfügung gestellt direkten Vergleich zwischen den Ergebnissen mit verschiedenen experimentellen Bedingungen.
CT ist ein weiterer AB-Typ, ER-Translokation Toxin 4. In Abbildung 3A, wurde CTA1 in der cytosolischen Fraktion aus CT-behandelte HeLa-Zellen nachgewiesen. Dieser betonte, dass unsere Methodik mit mehreren Zelltypen funktioniert und kann an jeden Toxin, für die eine anti-A-Antikörper zur Verfügung angewendet werden. Es wurde kein Signal erkannt wird, wenn die cytosolische Fraktion von CT-behandelten Zellen über einen SPR-Sensor mit einer Anti-CTB-Antikörper (Abb. 3B) beschichtet perfundiert wurde und bewiesen damit, dass die CTA1Untereinheit, nicht aber die Zell-Bindung CTB Pentamer betritt das Cytosol. 3C zeigt das Signal vom Organell-Fraktion wird off-Skala im Vergleich zu den schwächeren Signal von der cytosolischen Fraktion. Dies stand im Einklang mit den bekannten Ineffizienz der CT Transport zum ER-Translokation Seite 6, 7, die wiederum begrenzt die Menge des Toxins, das Cytosol erreichen können. Darüber hinaus enthält der Organellen Bruchteil CT Holotoxins sowie ER-lokalisierte CTA1, so dass die resultierende SPR-Signal für die Organellen-Fraktion wird durch die zusätzliche Masse des Holotoxins-assoziierten CTB Pentamer aufgeblasen. So ist es nicht sinnvoll, Daten aus der Organellen und cytosolischen Fraktionen auf der gleichen Sensorgramm Grundstück.
Unser Test kann überwachen die zeitabhängige Akkumulation von transloziert, zytosolische Toxin (Abb. 4). Die Zellen wurden nach CT bei 4 ° C ausgesetzt, eine Temperatur, die Toxin-Bindung an die Plasmamembran ermöglicht, sondern verhindert, dass die Internalisierung der Zell-assoziierten Toxins. Nach dem removal des ungebundenen Toxin, wurden die Zellen auf 37 ° C erwärmt Beide Toxin Transport zum ER und eine Kette Translokation in das Cytosol kann bei dieser Temperatur auftreten. Kein Toxin wurde im Cytosol 15 Minuten nach dem Erwärmen auf 37 ° C festgestellt Dies spiegelt die Verzögerungszeit für (i) Holotoxins Menschenhandel zum ER erforderlich; (ii) A / B-Untereinheit Dissoziation in der Notaufnahme, und (iii) Eine Kette Export in das Zytosol. Ein kleiner Pool von zytosolischen Toxin wurde nach 30 Minuten bei 37 ° C nachgewiesen, und nach und nach größere Mengen an zytosolische Toxin wurden nach dem 45 und 60 Minuten jagen Abständen erfasst. Selbst ein höheres Maß an zytosolische Toxin wurden nach einer 5-stündigen Verfolgungsjagd Intervall 17 erfasst und bewiesen damit, eine kontinuierliche, langfristige Lieferung von Zell-assoziierten Toxins an die Host-Cytosol.
Unser Test kann auch erkennen, die Hemmung des Toxins Translokation in das Cytosol (Abb. 5). Zellen mit 10% Dimethylsulfoxid (DMSO), ein chemisches Chaperon, dass die thermische Disord verhindert behandeltEring der isolierten CTA1 Untereinheit (T. Banerjee und K. Teter, unveröffentlichte Beobachtungen) zeigten niedrige cytosolische CTA1 im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollzellen. Entfaltung des Toxin A-Kette eine Voraussetzung für die Translokation in das Cytosol 16-18, so dass die DMSO-induzierte Stabilisierung von CTA1 entsprechend verhindert die Bewegung aus dem ER ins Zytosol.
Der Verein Geschwindigkeitskonstante (k a) von SPR Experimenten berechnet ist direkt proportional zur Konzentration des Liganden in der Perfusionspuffer 14, 15, 26. So ist es möglich, die Konzentration der cytosolischen Toxin aus einem Graphen bestimmen, dass Grundstücke der k-Werte für die Toxin-Standards als eine Funktion der Toxin-Konzentration. Dieses Verfahren wurde verwendet, um die DMSO-induzierte Block des Toxins Translokation in Abbildung 5 dargestellt quantifizieren: die Standardkurve aus bekannten Konzentrationen des Toxins erzeugt wurde verwendet, um eine cytosolische CTA1 konzen berechnenion von 0,3 ng / mL für unbehandelte Zellen und 0,1 ng / mL für DMSO-behandelten Zellen (Abb. 6). Die Hemmung der CTA1 Entfaltung von DMSO so erzeugte eine 3-fache Reduktion der ER-to-Cytosol Translokation von CTA1.
Abbildung 1. Protocol Überblick. (A) Zellen werden mit dem AB-Toxin bei 4 ° C, eine Temperatur, die Toxin-Bindung an die Zelloberfläche ermöglicht, sondern verhindert Toxin Endozytose. Die A-und B-Untereinheiten des Toxins durch rote und blaue Kreise dargestellt, jeweils. (B) Unbound Toxin wird aus dem Medium entfernt und die Zellen werden auf 37 ° C erwärmt, um Endozytose und retrograden Transport des Holotoxins die ER zu fördern. Holotoxin Dissoziation erfolgt in der Notaufnahme, die den isolierten A-Kette ins Zytosol, indem sie durch ein Protein-leitenden Kanals (s) in der ER-Membran eingeben können. (C) werden die Zellen mit Digitonin behandelt, um selektiv permeabilisieren das PlasmaMembran. (D) ist die Zentrifugation zur Partitionierung der Zellen in verschiedene cytosolische und Organellen Fraktionen verwendet. Das Cytosol ist aus der Zelle durch die Digitonin-generated Poren gepresst und ist in der Überstand entfernt. Die intakte, membrangebundenen Organellen sind in der Pellet-Fraktion gefunden. (E) Um die transloziert Pool von Toxin A-Kette in den Host-Cytosol zu detektieren, wird die überstehende Fraktion über einen SPR-Sensor mit einem Anti-A-Antikörper beschichtet perfundiert.
Abbildung 2. Erkennung von PTS1 Translokation in den Host-Cytosol. CHO-Zellen wurden Puls-markierten bei 4 ° C für 30 min mit 1 ug / ml PT. Die Zellen wurden dann für 3 Stunden bei 37 ° C verfolgt in Toxin-freiem Medium enthält keine Zusätze (betrunken) oder 5 ug BfA / mL (+ BfA berauscht). Permeabilisierung der Plasmamembran mit Digitonin wurde Partition Zellextrakten in einzelne Organellen und Cytosol fracti verwendetons. Ein SPR-Sensor mit einer Anti-PTS1 Antikörper beschichtet wurde verwendet, um die cytosolische Pool von PTS1 aus unbehandelten oder BfA-behandelten Zellen zu erkennen. PTS1 Standards wurden über den Sensor als positive Kontrollen perfundiert, während die cytosolische Fraktion von unintoxicated Zellen über den Sensor schieben als negative Kontrolle perfundiert wurde. Am Ende eines jeden Versuchs, mußte Probe vom Sensor schieben beraubt.
Abbildung 3. Erkennung von CTA1 Translokation in den Host-Cytosol. HeLa-Zellen Puls-markierten bei 4 ° C mit 1 ug / ml CT wurden für 2 Stunden bei 37 ° C verfolgt in Toxin-freiem Medium enthält keine Zusätze (betrunken) oder 5 ug BfA / mL (+ BfA berauscht). Permeabilisierung der Plasmamembran mit Digitonin wurde Partition Zellextrakten in einzelne Organellen und cytosolischen Fraktionen verwendet. (A) Die cytosolische Fraktionen wurden über einen SPR-Sensor mit einer Anti-CTA-Antikörper beschichtet perfundiert. BekanntMengen von CTA wurden als positive Kontrollen verwendet, während das Cytosol von unintoxicated Zellen als negative Kontrolle verwendet wurde. (B) Die cytosolische Fraktion aus Zellen berauscht in der Abwesenheit von BfA wurde über einen SPR-Sensor mit einer Anti-CTB Antikörper beschichtet perfundiert. Ein gereinigter CTB Pentamer wurde über die Folie als eine positive Kontrolle perfundiert. (C) Die Organellen-Fraktion wurde mit solubilisierten 1% Triton X-100 vor Perfusion über einen SPR-Sensor mit einer Anti-CTA-Antikörper beschichtet. Zum Zwecke der Vergleichbarkeit wurden die cytosolische Fraktion (1 ml Endvolumen) aus dem gleichen Zellextrakt und ein CTA-Standard auch über den Sensor durchströmt. Für alle Platten, mußte Probe aus dem Sensor am Ende eines jeden Laufs beraubt.
Abbildung 4. Kinetik der CTA1 Eintrag in das Zytosol. HeLa-Zellen Puls-markierten bei 4 ° C mit 1 ug / ml CT wurden für 15, 30, 45 gejagt, oder 60 min bei 37 ° C in giftfrei mediuMeter Zum Nachweis der Translokation Pool des Toxins wurden zytosolischen Fraktionen aus Digitonin-permeabilisierten Zellen über einen SPR-Sensor mit einer Anti-CTA-Antikörper beschichtet perfundiert. CTA-Standards wurden über den Sensor durchströmt als auch. Am Ende eines jeden Versuchs, mußte Probe vom Sensor schieben beraubt.
Abbildung 5. Hemmung der CTA1 Translokation von DMSO. HeLa-Zellen Puls-markierten bei 4 ° C mit 1 ug / ml CT wurden für 2 Stunden bei 37 ° C verfolgt in Toxin-freiem Medium enthält keine Zusätze (betrunken) oder 10% DMSO (+ DMSO berauscht). Zum Nachweis der Translokation Pool des Toxins wurden zytosolischen Fraktionen aus Digitonin-permeabilisierten Zellen über einen SPR-Sensor mit einer Anti-CTA-Antikörper beschichtet perfundiert. CTA-Standards (100, 10, 1 und 0,1 ng / ml) wurden über den Sensor als positive Kontrollen perfundiert, nur die 1 und 0,1 ng / mL Standards sind für die Skalierung Zwecke gezeigt. Das Cytosol aus unintoxicated-Zellen wurde als negative Kontrolle verwendet. Am Ende eines jeden Versuchs, mußte Probe vom Sensor schieben beraubt.
Abbildung 6. Berechnung der zytosolischen CTA1. K-Werten für die CTA-Standards aus Abbildung 5 wurden als Funktion des Toxins Konzentration aufgetragen. Die daraus resultierende Standardkurve wurde verwendet, um festzustellen, basierend auf den k-Werten der experimentellen Proben aus Abbildung 5, die Konzentration der zytosolischen CTA1 in unbehandelten und DMSO-behandelten Zellen. Toxin-Standards sind als ausgefüllte Kreise dargestellt; der unbehandelten Cytosol ist als offenes Quadrat dargestellt, und die DMSO-behandelten Cytosol ist als offener Kreis vorgestellt. Die Mittelwerte ± reicht von zwei unabhängigen Experimenten gezeigt.
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Vergleich zu bestehenden Methoden
Unsere SPR-basierter Assay Translokation stellt eine schnelle, empfindliche und quantitative Methode zur Toxin Lieferung in die Host-Cytosol zu erkennen. Die Technik erfordert keine radioaktiven Markierung oder sonstige Änderungen, um das Toxin, und es kann auf jeden Toxin, für die eine anti-Toxin A-Antikörper zur Verfügung angewendet werden. Bestehende Methoden zur Toxin Passage in das Zytosol Monitor beruhen auch auf eine subzelluläre Fraktionierung Pro...
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Keine Interessenskonflikte erklärt.
Diese Arbeit wurde vom NIH R01 AI073783 K. Teter finanziert. Wir danken Dr. Shane Massey um Hilfe bei der Entwicklung der subzellulären Fraktionierung-Protokoll und Helen Burress für die kritische Durchsicht des Manuskripts.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | |
Digitonin | Sigma | D141 | |
Ethanol | Acros | 61509-0010 | |
DMEM | Invitrogen | 11995065 | |
Fetal Bovine Serum | Atlanta Biologicals | S11550 | |
Gangliosid GM1 | Sigma | G7641 | |
CTA | Sigma | C2398 | |
PTS1 | Liste | 182 | |
NHS (N-Hydroxysuccinimid) | Durchstechen | 24500 | |
EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimid) | Thermo Scientific | 22981 | |
Ethanolamine | Sigma | E0135 | |
PBST | Medicago | 09-8903-100 | |
Anti-CTA-Antikörper | Santa Cruz Biotech | sc-80747 | |
Anti-CTB Antikörper | Calbiochem | 227040 | |
Anti-PTS1 Antikörper | Santa Cruz Biotech | sc-57639 | |
Refraktometer | Reichert | SR7000, SR7000DC | |
SPR-Sensor Dias | Reichert | 13206060 | |
Spritzenpumpe | Cole Palmer | 780200C |
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