A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן, אנו מציגים את המתודולוגיה להערכה תמציתית של רמות סמן אוטופגוזום LC3-II בשלפוחיות חוץ-תאיות (EVs) על ידי immunoblotting. ניתוח רמות LC3-II ברכבים חשמליים, היווצרות אוטוליזוזום והיווצרות אומגה מצביע על התפקיד החדש של STX6 בשחרור רכבים חשמליים חיוביים ל-LC3-II כאשר איחוי אוטופגוזום-ליזוזום מעוכב.
אוטופגיה (מאקרו) מייצגת מסלול פירוק תאי בסיסי. בתהליך זה, שלפוחיות בעלות קרום כפול הידועות בשם אוטופגוזומים בולעות תוכן ציטופלזמי, ולאחר מכן מתמזגות עם ליזוזומים לצורך פירוק. מעבר לתפקיד הקנוני, גנים הקשורים לאוטופגיה מווסתים גם מסלול הפרשה הכולל שחרור של מולקולות דלקתיות, גורמי תיקון רקמות ובועיות חוץ-תאיות (EV). יש לציין כי תהליך הפצת חלבונים פתולוגיים בין תאים, במיוחד במחלות נוירודגנרטיביות הפוגעות במוח ובחוט השדרה, מדגיש את חשיבות הבנת התופעה. מחקרים אחרונים מצביעים על כך שהחלבון קושר הדנ"א 43 kDa (TDP-43), שחקן מפתח בטרשת אמיוטרופית צידית וניוון האונה הקדמית-טמפורלית, משתחרר באופן תלוי אוטופגיה באמצעות כלי רכב חשמליים המועשרים בסמן האוטופגוזום חלבונים הקשורים למיקרוטובולים 1A/1B שרשרת אור 3B-II (LC3-II), במיוחד כאשר איחוי אוטופגוזום-ליזוזום מעוכב.
כדי להבהיר את המנגנון העומד בבסיס היווצרותם ושחרורם של כלי רכב חשמליים חיוביים ל-LC3-II, הכרחי לבסס שיטה נגישה וניתנת לשחזור להערכת שלפוחיות חיוביות LC3-II תוך-תאיות וחוץ-תאיות. מחקר זה מציג פרוטוקול מפורט להערכת רמות LC3-II באמצעות אימונובלוטינג בשברים תאיים וחשמליים המתקבלים באמצעות צנטריפוגה דיפרנציאלית. Bafilomycin A1 (Baf), מעכב של איחוי אוטופגוזום-ליזוזום, משמש כבקרה חיובית לשיפור רמות השלפוחיות החיוביות LC3-II תוך תאיות וחוץ-תאיות. הגן 101 (TSG101) משמש כסמן לגופים רב-שלפוחיתיים. ביישום פרוטוקול זה, הוכח כי הפלה בתיווך siRNA של תחביר-6 (STX6), גורם סיכון גנטי למחלת קרויצפלד-יעקב ספורדית, מעלה את רמות LC3-II בחלק EV של תאים שטופלו ב- Baf מבלי להראות השפעה משמעותית על רמות TSG101. ממצאים אלה מצביעים על כך ש-STX6 עשוי לווסת באופן שלילי את השחרור החוץ-תאי של LC3-II באמצעות כלי רכב חשמליים, במיוחד בתנאים שבהם איחוי אוטופגוזום-ליזוזום נפגע. בשילוב עם שיטות מבוססות להערכת אוטופגיה, פרוטוקול זה מספק תובנות חשובות לגבי תפקידן של מולקולות ספציפיות בהיווצרות ושחרור של כלי רכב חשמליים חיוביים LC3-II.
תגובת טרנסאקטיבציה חלבון קושר DNA 43 (TDP-43) הוא ריבונוקלפרוטאין גרעיני הטרוגני בעל ביטוי נרחב המעורב בוויסות שחבור אקסון, שעתוק גנים ויציבות mRNA, כולם חיוניים להישרדות התא 1,2. במצבים נוירודגנרטיביים כמו טרשת אמיוטרופית צידית (ALS) וניוון אונה פרונטו-טמפורלית (FTLD), חלבון גרעיני TDP-43 מצטבר באופן חריג בציטופלסמה. שינוי זה גורם לאובדן תפקוד TDP-43 בגרעין ולעלייה רעילה בתפקוד הציטופלסמה. הצטברות פתולוגית של TDP-43 מתחילה באזורים ספציפיים של המוח וחוט השדרה, ומתפשטת באזורים אלה באופן דמוי פריון, תהליך הקשור קשר הדוק עם התקדמות המחלה3. עם זאת, המנגנון המדויק שבו פתולוגיה TDP-43 מתפשטת דרך המוח וחוט השדרה נותר לא ידוע.
TDP-43 מופרש באמצעות שלפוחיות חוץ-תאיות (EVs), ורמות גבוהות של TDP-43 מזוהות בפלזמה ובנוזל השדרה (CSF) של חולי ALS ו-FTLD-TDP 4,5,6. CSF מחולים שאובחנו עם ALS ו- FTLD גורם למיקום שגוי תוך תאי וצבירה של TDP-43 אנדוגני בתאי גליומה אנושיים7. לפיכך, TDP-43 המשתחרר מחוץ לתא באמצעות כלי רכב חשמליים עשוי לתווך את התפשטות התא לתא של פתולוגיית TDP-43.
אוטופגיה היא מנגנון פירוק תאי שמור היטב הכולל סגירה של חומרים לא רצויים בתוך שלפוחיות קרום כפול, הידועות בשם אוטופגוזומים, המסומנות על ידי LC3. אוטופגוזומים אלה מתמזגים עם ליזוזומים חיוביים לחלבון הממברנה הקשור לליזוזומלים 1 (LAMP1) ליצירת אוטוליזוזומים (LC3+/LAMP1+), מה שמוביל לפירוק תכולתם8. ניתוחים היסטולוגיים מצביעים על כך שאוטופגוזומים הבולעים תכלילים מצטברים בנוירונים של חולי ALS ספורדיים9. חלק מהגנים הסיבתיים של ALS משפחתי ו- FTLD-TDP קשורים לוויסות אוטופגיה 10,11,12. ממצאים אלה מצביעים על כך שאוטופגיה מדוכאת בחולי ALS ו-FTLD-TDP.
המחקר הקודם הצביע על כך ש-TDP-43 מופרש באמצעות כלי רכב חשמליים חיוביים לסמן האוטופגוזום LC3-II כאשר איחוי אוטופגוזום-ליזוזום מעוכב13. חוסר ויסות של מסלול אוטופגיה-ליזוזום עלול לגרום לא רק להצטברות תוך-תאית של TDP-43 אלא גם לשחרור חוץ-תאי של TDP-43 באמצעות EVs14. עם זאת, עדיין לא ידוע כיצד משוחררים כלי רכב חשמליים חיוביים LC3-II ועד כמה זה משמעותי בהתפשטות הפתולוגיה של TDP-43.
כלי רכב חשמליים מסווגים לכלי רכב חשמליים גדולים (בקוטר 100 עד 1000 ננומטר), המיוצרים מניצני פני השטח של התא, ולכלי רכב חשמליים קטנים (בקוטר 50 עד 150 ננומטר), המיוצרים מניצני קרומים אנדוזומליים לכיוון פנים האנדוזום (המכונים אקסוזומים) ומנגנון גולג'י. כדי לאסוף בנפרד כלי רכב חשמליים גדולים וקטנים, אנו מבצעים צנטריפוגות רציפות ואוספים כדוריות באמצעות צנטריפוגות ב-20,000 × גרם ו-110,000 × גרם, בהתאמה. מקטע P1 EV (20,000 × גרם כדורים) מוכן לאסוף כלי רכב חשמליים גדולים, ושבר P2 EV (110,000 × גרם כדורים) מוכן לאסוף כדורי EV קטנים15. המתודולוגיה להערכת רמות LC3-II בכלי רכב חשמליים גדולים וקטנים הנגזרים מצנטריפוגה רציפה על ידי אימונובלוטינג היא יציבה וניתנת לשחזור16. בנוסף לניתוח רמות LC3-II ברכבים חשמליים, ניתוח היווצרות אוטוליזוזום ואומגה משפר את ההבנה כיצד חוסר ויסות של אוטופגיה מוביל לשחרור של כלי רכב חשמליים חיוביים LC3-II. כאן, המחקר הנוכחי מראה את התפקיד המדכא של תחביר 6 (STX6), חלבון SNARE, אשר מקדם את התנועה של בועיות הובלה כדי להתמקד בממברנות17, בשחרור של EV חיובי LC3-II כאשר איחוי אוטופגוזום-ליזוזום מעוכב.
1. הכנת חלק התא, P1 ו-P2 EV מהתווך התרבית של תאי HeLa
2. ניתוח אימונובלוטינג
3. ניתוח מספר האוטופגוזומים והאוטוליזוזומים
4. ניתוח היווצרות אומגה
כפי שהוכח במחקרים קודמים, טיפול Baf הגדיל את רמות TSG101 (P1: P < 0.01, P2: P = 0.012, כפי שנקבע על ידי ANOVA דו-כיווני ב- EZR19) ו- LC3-II (P1: P < 0.01, P2: P < 0.01, כפי שנקבע על ידי ANOVA דו-כיווני ב- EZR19) בחלק העשיר ב- EV. יש לציין כי טיפול Baf גם הגביר את רמות STX6 (P1: P < 0.01, P2: P < 0.01, כפי שנקבע על...
מחקר האימונובלוטינג חשף רמות LC3-II ו-TSG101 בחלק התאי, במקטע P1 EV העשיר במיקרו-שלפוחיות ובמקטע P2 EV העשיר באקסוזומים. דימות תאים חיים שימש לבחינת אוטופגוזומים, אוטוליזוזומים ואומגה, וסיפק תובנה האם STX6 משפיע על אוטופגיה. תוצאות משולבות אלה מצביעות על כך שהפלה של STX6 משפ?...
המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי עניינים עם תוכן מאמר זה.
עבודה זו נתמכה על ידי מימון ל- Y.T. מהאגודה היפנית לקידום המדע KAKENHI [מענק מספר 23K06837] (טוקיו, יפן) וקרן המדע טקדה (אוסקה, יפן). המחברים מעריכים את ד"ר דיוויד רובינשטיין (מכון קיימברידג' למחקר רפואי, קיימברידג', בריטניה) על אספקת תאי 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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved