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Method Article
Ici, nous présentons la méthodologie permettant d’évaluer de manière concise les niveaux de marqueurs d’autophagosomes LC3-II dans les vésicules extracellulaires (VE) par immunoblottage. L’analyse des niveaux de LC3-II dans les VE, la formation d’autolysosomes et la formation d’omégasomes suggère le nouveau rôle de STX6 dans la libération de VE LC3-II positifs lorsque la fusion autophagosome-lysosome est inhibée.
La (macro)autophagie représente une voie fondamentale de dégradation cellulaire. Dans ce processus, des vésicules à double membrane appelées autophagosomes engloutissent le contenu cytoplasmique, fusionnant ensuite avec les lysosomes pour la dégradation. Au-delà du rôle canonique, les gènes liés à l’autophagie modulent également une voie sécrétoire impliquant la libération de molécules inflammatoires, de facteurs de réparation tissulaire et de vésicules extracellulaires (VE). Notamment, le processus de dissémination de protéines pathologiques entre les cellules, en particulier dans les maladies neurodégénératives affectant le cerveau et la moelle épinière, souligne l’importance de comprendre ce phénomène. Des recherches récentes suggèrent que la protéine de liaison à l’ADN 43 kDa (TDP-43), un acteur clé de la sclérose latérale amyotrophique et de la dégénérescence lobaire frontotemporale, est libérée de manière dépendante de l’autophagie via les VE enrichies en protéines 1A/1B associées aux microtubules, marqueur de l’autophagosome, chaîne légère 3B-II (LC3-II), en particulier lorsque la fusion autophagosome-lysosome est inhibée.
Pour élucider le mécanisme sous-jacent à la formation et à la libération des VEs LC3-II-positives, il est impératif d’établir une méthode accessible et reproductible pour évaluer les vésicules LC3-II positives intracellulaires et extracellulaires. Cette étude présente un protocole détaillé pour évaluer les niveaux de LC3-II par immunoblot dans les fractions cellulaires et EV obtenues par centrifugation différentielle. La bafilomycine A1 (Baf), un inhibiteur de la fusion autophagosome-lysosome, sert de contrôle positif pour augmenter les niveaux de vésicules intracellulaires et extracellulaires LC3-II positives. Le gène de susceptibilité tumorale 101 (TSG101) est utilisé comme marqueur pour les corps multivésiculaires. En appliquant ce protocole, il est démontré que l’inhibition de la syntaxine-6 (STX6) par siRNA, un facteur de risque génétique de la maladie de Creutzfeldt-Jakob sporadique, augmente les niveaux de LC3-II dans la fraction EV des cellules traitées avec Baf sans montrer d’effet significatif sur les niveaux de TSG101. Ces résultats suggèrent que STX6 peut réguler négativement la libération extracellulaire de LC3-II via les VE, en particulier dans des conditions où la fusion autophagosome-lysosome est altérée. Combiné à des méthodes établies d’évaluation de l’autophagie, ce protocole fournit des informations précieuses sur le rôle de molécules spécifiques dans la formation et la libération de VE CL3-II positives.
La protéine de liaison à l’ADN 43 (TDP-43) est une ribonucléoprotéine nucléaire hétérogène largement exprimée impliquée dans la régulation de l’épissage des exons, la transcription des gènes et la stabilité de l’ARNm, toutes essentielles à la survie cellulaire 1,2. Dans les maladies neurodégénératives comme la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et la dégénérescence lobaire frontotemporale (FTLD), une protéine nucléaire TDP-43 s’accumule anormalement dans le cytoplasme. Ce décalage entraîne une perte de fonction de TDP-43 dans le noyau et un gain de fonction toxique dans le cytoplasme. L’accumulation pathologique de TDP-43 commence dans des régions spécifiques du cerveau et de la moelle épinière, se propageant à travers ces zones à la manière d’un prion, un processus étroitement associé à la progression de la maladie3. Cependant, le mécanisme exact par lequel la pathologie TDP-43 se propage dans le cerveau et la moelle épinière reste inconnu.
La TDP-43 est sécrétée par les vésicules extracellulaires (VE), et des niveaux élevés de TDP-43 sont détectés dans le plasma et le liquide céphalo-rachidien (LCR) des patients atteints de SLA et de FTLD-TDP 4,5,6. Le LCR de patients diagnostiqués avec la SLA et la FTLD induit une mauvaise localisation intracellulaire et l’agrégation de TDP-43 endogène dans les cellules de gliome humain7. Ainsi, la TDP-43 libérée extracellulaire via les VE peut médier la propagation de cellule à cellule de la pathologie TDP-43.
L’autophagie est un mécanisme de dégradation cellulaire bien préservé qui implique l’enfermement de substances indésirables dans des vésicules à double membrane, appelées autophagosomes, qui sont marquées par LC3. Ces autophagosomes fusionnent avec les lysosomes positifs à la protéine membranaire associée aux lysosomes 1 (LAMP1) pour former des autolysosomes (LC3+/LAMP1+), entraînant la dégradation de leur contenu8. Les analyses histologiques indiquent que les autophagosomes engloutissant les inclusions s’accumulent dans les neurones des patients sporadiques atteints de SLA9. Certains gènes causaux de la SLA familiale et de la FTLD-TDP sont liés à la régulation de l’autophagie 10,11,12. Ces résultats suggèrent que l’autophagie est supprimée chez les patients atteints de SLA et de FTLD-TDP.
L’étude précédente a indiqué que TDP-43 est sécrété par des VE positifs pour le marqueur autophagosome LC3-II lorsque la fusion autophagosome-lysosome est inhibée13. La dérégulation de la voie autophagie-lysosome pourrait provoquer non seulement l’accumulation intracellulaire de TDP-43, mais également la libération extracellulaire de TDP-43 via les VE14. Cependant, on ne sait toujours pas comment les VE positives à LC3-II sont libérées et quelle est leur importance dans la propagation de la pathologie TDP-43.
Les VE sont classées en grandes VE (100 à 1000 nm de diamètre), qui sont produites à partir du bourgeonnement de la surface cellulaire, et en petites VE (50 à 150 nm de diamètre), qui sont produites à partir du bourgeonnement des membranes endosomiques vers l’intérieur de l’endosome (appelées exosomes) et de l’appareil de Golgi. Pour collecter séparément les grands et les petits VE, nous effectuons une centrifugation séquentielle et collectons les granulés par centrifugation à 20 000 × g et 110 000 × g, respectivement. La fraction P1 EV (20 000 × g de granulés) est préparée pour collecter de gros VE, et la fraction P2 EV (110 000 × g de granulés) est préparée pour collecter de petitsVE15. La méthodologie d’évaluation des niveaux de CL3-II dans les VE de grande et de petite taille dérivée de la centrifugation séquentielle par immunobuvardage est stable et reproductible16. En plus d’analyser les niveaux de LC3-II dans les VE, l’analyse de la formation des autolysosomes et des omégasomes permet de mieux comprendre comment la dérégulation de l’autophagie conduit à la libération de VE positifs LC3-II. Ici, la présente étude montre le rôle suppressif de la syntaxine 6 (STX6), une protéine SNARE, qui favorise le mouvement des vésicules de transport vers les membranes cibles17, dans la libération d’VE positives LC3-II lorsque la fusion autophagosome-lysosome est inhibée.
1. Préparation de la cellule, de la fraction P1 et de la fraction P2 EV à partir du milieu cultivé de cellules HeLa
2. Analyse par immunobuvardage
3. Analyse du nombre d’autophagosomes et d’autolysosomes
4. Analyse de la formation des omégasomes
Comme l’ont montré des études antérieures, le traitement par Baf a augmenté les niveaux de TSG101 (P1 : P < 0,01, P2 : P = 0,012, tels que déterminés par l’ANOVA à deux facteurs dans EZR19) et LC3-II (P1 : P < 0,01, P2 : P < 0,01, tels que déterminés par l’ANOVA à deux facteurs dans EZR19) dans la fraction riche en VE. Notamment, le traitement Baf a également augmenté les niveaux de STX6 (P1 : P < 0,01, P2 : P < 0,01, tels...
L’étude d’immunoblot a révélé des niveaux de LC3-II et de TSG101 dans la fraction cellulaire, la fraction P1 EV riche en microvésicules et la fraction P2 EV riche en exosomes. L’imagerie de cellules vivantes a été utilisée pour examiner les autophagosomes, les autolysosomes et les omégasomes, ce qui a permis de déterminer si l’inactivation de STX6 influence l’autophagie. Ces résultats combinés suggèrent que l’inactivation de STX6 affecte la lib?...
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts avec le contenu de cet article.
Ce travail a été soutenu par un financement accordé à Y.T. par la Société japonaise pour la promotion de la science KAKENHI [numéro de subvention 23K06837] (Tokyo, Japon) et la Fondation Takeda Science (Osaka, Japon). Les auteurs remercient le Dr David C. Rubinsztein (Cambridge Institute for Medical Research, Cambridge, Royaume-Uni) pour la fourniture de cellules HeLa.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.25 % Trypsin EDTA | Fujifilm Wako | 201-16945 | |
10 cm Dish | Thermo Fisher Scientific | 150464 | |
15 mL Tube | Thermo Fisher Scientific | 339650 | |
200 μL Pipette Tip | Nippon Genetics | FG-301 | pipetting |
2-Mercaptoethanol | Nacalai Tesque | 21417-52 | a material for sample buffer solution |
3,3'-Diaminobenzidine Tetrahydrochloride | Nacalai Tesque | 11009-41 | a material for DAB solution |
3.5 cm Dish | Thermo Fisher Scientific | 150460 | |
6 cm Dish | TrueLine | TR4001 | |
Aluminium Block Thermostatic Baths (dry thermobaths) | EYELA | 273860 | |
Aspirator | SANSYO | SAP-102 | inhaling solution |
Avanti JXN-30 | Beckman Coulter | B34193 | |
Bafilomycin A1 | Adipogen | BVT-0252 | |
Biotin-conjugated Goat Anti-rabbit IgG Antibody | Vector Laboratories | BA-1000 | 2nd antibody for immunoblotting |
Biotin-conjugated Horse Antimouse IgG Antibody | Vector Laboratories | BA-2000 | 2nd antibody for immunoblotting |
Blocking One | Nacalai Tesque | 03953-95 | a material for immunoblotting |
Bromophenol Blue | Nacalai Tesque | 05808-61 | a material for sample buffer solution |
Calf Serum | cytiva | SH30073.03 | |
CanoScan LiDE 220 | Canon | CSLIDE220 | Scanner |
Centrifuge 5702 R | eppendolf | 5703000039 | |
Counting Slides Dual Chamber | Bio-Rad | 1450015J | cell counting |
Digital Sonifier 450 | BRANSON | ||
Dimethyl Sulfoxide | nacalai tasque | 09659-14 | vehicle |
DMEM High Glucose | Nacalai Tesque | 08458-45 | culture medium |
DMEM without Phenol Red | Nacalai Tesque | 08489-45 | culture medium |
EGTA | Dojindo | 348-01311 | a material for A68 solution |
Excel | Microsoft | version 16.16.27 | satistical analysis |
EZR | Reference No. 24 | version 1.68 | satistical analysis |
FBS | Sigma | 173012 | Culture medium |
Fiji | NIH | Image analysis tool | |
Glycerol | Nacalai Tesque | 09886-05 | a material for sample buffer solution |
Hoehst33342 | Dojindo | H342 | |
Hydrogen Peroxide | Fujifilm Wako | 080-0186 | a material for DAB solution |
Kimwipe S-200 | NIPPON PAPER CRECIA | 62011 | cleaning wipe |
Low Retention Tube | Nippon Genetics | FG-MCT015CLB | siRNA and DNA transfection |
LSM780 Confocal Laser Microscope | Carl Zeiss | ||
Monoclonal Mouse Anti-LC3 Antibody | MBL | M186-3 | 1st antibody for immunoblotting |
Nickel(II) Chloride Hexahydrate | Fujifilm Wako | 149-01041 | a material for DAB solution |
N-Lauroylsarcosine Sodium Salt | Nacalai Tesque | 20117-12 | |
Optima XE-90 Ultracentrifuge | Beckman Coulter | A94471 | |
Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Thermo Fisher Scientific | 31985-070 | siRNA and DNA transfection |
pEGFP-C1-hAtg13 | Addgene | 22875 | |
Penicillin/Streptomycin | Nacalai Tesque | 26253-84 | Culture medium |
Pierce BCA Protein Assay Kits | Thermo Fisher Scientific | 23225 | |
Polyclonal Rabbit Anti-PCNA Antibody | BioAcademia | 70-080 | 1st antibody for immunoblotting |
Polyclonal Rabbit Anti-syntaxin 6 Antibody | ProteinTech | 10841-1-AP | 1st antibody for immunoblotting |
Polyclonal Rabbit Anti-TSG101 Antibody | ProteinTech | 28283-1-AP | 1st antibody for immunoblotting |
Polyclonal Rabbit Anti-ULK1 Antibody | ProteinTech | 20986-1-AP | 1st antibody for immunoblotting |
Polyvinylidene Difluoride Membrane | Milliore | IPVH00010 | a material for immunoblotting |
R | R development core team | version 4.4.1 | satistical analysis |
RNAiMAX | Thermo Fisher Scientific | 13778 | siRNA transfection reagent |
siRNA STX6 | Thermo Fisher Scientific | HSS115604 | siRNA for transfection |
Sodium Chloride | Nacalai Tesque | 31320-05 | a material for Tris buffer and A68 solution |
Sodium Dodecyl Sulfate | Fujifilm Wako | 192-13981 | a material for sample buffer solution |
SPARK Microplate Reader | TECAN | ||
Stealth RNAi Negative Control Duplexes, Med GC | Thermo Fisher Scientific | 12935300 | siRNA transfection |
Sucrose | Fujifilm Wako | 193-00025 | a material for A68 solution |
TC20 Automated Cell Counter with Thermal Printer | Bio-Rad | 1450109J1 | cell counting |
Thermobath | TOKYO RIKAKIKAI | MG-3100 | incubation |
TransIT-293 | Mirus Bio | MIR 2700 | DNA transfection reagent |
TransIT-LT1 | Mirus Bio | MIR2300 | DNA transfection reagent |
Tris(hydroxymethyl)aminomethane | Nacalai Tesque | 35406-75 | a material for Tris buffer, sample buffer and A68 solution |
Trypan Blue Dye 0.40% | Bio-Rad | 1450021 | cell counting |
Ultra-Clear Open-Top Tube, 16 x 96mm | Beckman Coulter | 361706 | collecting for the P1 EV fraction |
Ultra-Clear Tube, 14 x 89mm | Beckman Coulter | 344059 | collecting for the P2 EV fraction |
Vectastain ABC Standard Kit | Vector Laboratories | PK-4000 | immunoblotting |
Wash Bottle | As One | 1-4640-02 | washing membrane |
μ-Slide 8 Well High | ibidi | 80806 |
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