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Method Article
Qui, presentiamo la metodologia per valutare in modo conciso i livelli di LC3-II del marcatore autofagosomico nelle vescicole extracellulari (EV) mediante immunoblotting. L'analisi dei livelli di LC3-II nelle vescicole extracellulari, nella formazione di autolisosomi e nella formazione di omegasomi suggerisce il nuovo ruolo di STX6 nel rilascio di vescicole extracellulari LC3-II positive quando la fusione autofagosoma-lisosoma è inibita.
La (macro)autofagia rappresenta una fondamentale via di degradazione cellulare. In questo processo, vescicole a doppia membrana note come autofagosomi inghiottono il contenuto citoplasmatico, fondendosi successivamente con i lisosomi per la degradazione. Oltre al ruolo canonico, i geni correlati all'autofagia modulano anche una via secretoria che coinvolge il rilascio di molecole infiammatorie, fattori di riparazione tissutale e vescicole extracellulari (EV). In particolare, il processo di diffusione delle proteine patologiche tra le cellule, in particolare nelle malattie neurodegenerative che colpiscono il cervello e il midollo spinale, sottolinea l'importanza della comprensione di questo fenomeno. Ricerche recenti suggeriscono che la proteina 43 kDa (TDP-43) che lega il DNA di risposta transattiva, un attore chiave nella sclerosi laterale amiotrofica e nella degenerazione lobare frontotemporale, viene rilasciata in modo autofagico-dipendente tramite EV arricchite con il marcatore autofagosomico proteina associata ai microtubuli 1A/1B light chain 3B-II (LC3-II), specialmente quando la fusione autofagosoma-lisosoma è inibita.
Per chiarire il meccanismo alla base della formazione e del rilascio di vescicole extracellulari LC3-II-positive, è imperativo stabilire un metodo accessibile e riproducibile per valutare le vescicole LC3-II-positive sia intracellulari che extracellulari. Questo studio presenta un protocollo dettagliato per la valutazione dei livelli di LC3-II tramite immunoblotting nelle frazioni cellulari e EV ottenute attraverso la centrifugazione differenziale. La bafilomicina A1 (Baf), un inibitore della fusione autofagosoma-lisosoma, funge da controllo positivo per aumentare i livelli di vescicole LC3-II positive intracellulari ed extracellulari. Il gene 101 (TSG101) è usato come marcatore per i corpi multivescicolari. Applicando questo protocollo, è dimostrato che il knockdown mediato da siRNA della sintaxina-6 (STX6), un fattore di rischio genetico per la malattia sporadica di Creutzfeldt-Jakob, aumenta i livelli di LC3-II nella frazione EV delle cellule trattate con Baf senza mostrare alcun effetto significativo sui livelli di TSG101. Questi risultati suggeriscono che STX6 può regolare negativamente il rilascio extracellulare di LC3-II attraverso le vescicole extracellulari, in particolare in condizioni in cui la fusione autofagosoma-lisosoma è compromessa. In combinazione con metodi consolidati per la valutazione dell'autofagia, questo protocollo fornisce preziose informazioni sul ruolo di molecole specifiche nella formazione e nel rilascio di EV LC3-II-positive.
La proteina 43 legante il DNA (TDP-43) è una ribonucleoproteina nucleare eterogenea ampiamente espressa coinvolta nella regolazione dello splicing dell'esone, della trascrizione genica e della stabilità dell'mRNA, tutti vitali per la sopravvivenza cellulare 1,2. In condizioni neurodegenerative come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e la degenerazione lobare frontotemporale (FTLD), una proteina nucleare TDP-43 si accumula in modo anomalo nel citoplasma. Questo spostamento si traduce in una perdita della funzione di TDP-43 nel nucleo e in un guadagno di funzione tossico nel citoplasma. L'accumulo patologico di TDP-43 inizia in regioni specifiche del cervello e del midollo spinale, diffondendosi attraverso queste aree in modo simile a quello dei prioni, un processo strettamente associato alla progressione della malattia3. Tuttavia, l'esatto meccanismo con cui la patologia TDP-43 si diffonde attraverso il cervello e il midollo spinale rimane sconosciuto.
La TDP-43 viene secreta attraverso le vescicole extracellulari (EV) e livelli elevati di TDP-43 vengono rilevati nel plasma e nel liquido cerebrospinale (CSF) dei pazienti affetti da SLA e FTLD-TDP 4,5,6. Il liquido cerebrospinale di pazienti con diagnosi di SLA e FTLD induce un'errata localizzazione intracellulare e l'aggregazione di TDP-43 endogeno nelle cellule di glioma umano7. Pertanto, la TDP-43 rilasciata extracellulare tramite vescicole extracellulari può mediare la diffusione da cellula a cellula della patologia TDP-43.
L'autofagia è un meccanismo di degradazione cellulare ben conservato che coinvolge l'incapsulamento di sostanze indesiderate all'interno di vescicole a doppia membrana, note come autofagosomi, che sono marcate da LC3. Questi autofagosomi si fondono con i lisosomi positivi alla proteina di membrana 1 (LAMP1) per formare autolisosomi (LC3+/LAMP1+), portando alla degradazione del loro contenuto8. Le analisi istologiche indicano che gli autofagosomi che inghiottono le inclusioni si accumulano nei neuroni dei pazienti sporadici affetti da SLA9. Alcuni geni causali della SLA familiare e dell'FTLD-TDP sono legati alla regolazione dell'autofagia 10,11,12. Questi risultati suggeriscono che l'autofagia è soppressa nei pazienti con SLA e FTLD-TDP.
Lo studio precedente ha indicato che TDP-43 è secreto tramite EV positive per il marcatore autofagosomico LC3-II quando la fusione autofagosoma-lisosoma è inibita13. La disregolazione della via autofagia-lisosoma potrebbe causare non solo l'accumulo intracellulare di TDP-43, ma anche il rilascio extracellulare di TDP-43 attraverso le EV14. Tuttavia, non è noto come vengano rilasciate le vescicole extracellulari LC3-II positive e quanto questo sia significativo nella diffusione della patologia TDP-43.
Le vescicole extracellulari sono classificate in vescicole extracellulari di grandi dimensioni (da 100 a 1000 nm di diametro), prodotte dalla gemmazione della superficie cellulare, e vescicole extracellulari piccole (da 50 a 150 nm di diametro), prodotte dalla gemmazione delle membrane endosomiali verso l'interno dell'endosoma (note come esosomi) e dell'apparato di Golgi. Per raccogliere separatamente le vescicole extracellulari grandi e piccole, eseguiamo la centrifugazione sequenziale e raccogliamo i pellet mediante centrifugazione rispettivamente a 20.000 × g e 110.000 × g. La frazione EV P1 (20.000 × g di pellet) è preparata per raccogliere EV di grandi dimensioni, mentre la frazione EV P2 (110.000 × g di pellet) è preparata per raccogliere EV di piccole dimensioni15. La metodologia per valutare i livelli di LC3-II in EV grandi e piccole derivate dalla centrifugazione sequenziale mediante immunoblotting è stabile e riproducibile16. Oltre ad analizzare i livelli di LC3-II nelle vescicole extracellulari, l'analisi della formazione di autolisosomi e omegasomi migliora la comprensione di come la disregolazione dell'autofagia porti al rilascio di vescicole extracellulari LC3-II positive. Qui, il presente studio mostra il ruolo soppressivo della sintaxina 6 (STX6), una proteina SNARE, che promuove il movimento delle vescicole di trasporto verso le membrane bersaglio17, nel rilascio di EV positive per LC3-II quando la fusione autofagosoma-lisosoma è inibita.
1. Preparazione della cellula, della frazione EV P1 e P2 dal terreno di coltura di cellule HeLa
2. Analisi di immunoblotting
3. Analisi del numero di autofagosomi e autolisosomi
4. Analisi per la formazione di omegasomi
Come mostrato in studi precedenti, il trattamento con Baf ha aumentato i livelli di TSG101 (P1: P < 0,01, P2: P = 0,012, come determinato dall'ANOVA a due vie in EZR19) e LC3-II (P1: P < 0,01, P2: P < 0,01, come determinato dall'ANOVA a due vie in EZR19) nella frazione ricca di EV. In particolare, il trattamento con Baf ha anche aumentato i livelli di STX6 (P1: P < 0,01, P2: P < 0,01, come determinato dall'ANOVA a due vie in EZR
Lo studio di immunoblotting ha rivelato i livelli di LC3-II e TSG101 nella frazione cellulare, nella frazione EV P1 ricca di microvescicole e nella frazione EV P2 ricca di esosomi. L'imaging su cellule vive è stato utilizzato per esaminare autofagosomi, autolisosomi e omegasomi, fornendo informazioni sul fatto che il knockdown di STX6 influenzi l'autofagia. Questi risultati combinati suggeriscono che il knockdown di STX6 influisce sul rilascio di EV LC3-II positive, po...
Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse con i contenuti di questo articolo.
Questo lavoro è stato sostenuto da un finanziamento a Y.T. dalla Japan Society for the Promotion of Science KAKENHI [Grant Number 23K06837] (Tokyo, Giappone) e dalla Takeda Science Foundation (Osaka, Giappone). Gli autori apprezzano il Dr. David C. Rubinsztein (Cambridge Institute for Medical Research, Cambridge, Regno Unito) per la fornitura di cellule 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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