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Method Article
ここでは、イムノブロッティングにより細胞外小胞(EV)中のオートファゴソームマーカーLC3-IIレベルを簡潔に評価するための方法論を紹介します。EVのLC3-IIレベル、オートリソソーム形成、オメガソーム形成の解析により、オートファゴソーム-リソソーム融合が阻害された場合のLC3-II陽性EVの放出におけるSTX6の新たな役割が示唆されました。
(マクロ)オートファジーは、基本的な細胞分解経路を表しています。このプロセスでは、オートファゴソームとして知られる二重膜小胞が細胞質内容物を飲み込み、その後リソソームと融合して分解します。オートファジー関連遺伝子は、標準的な役割を超えて、炎症性分子、組織修復因子、および細胞外小胞(EV)の放出を含む分泌経路も調節します。特に、特に脳や脊髄に影響を与える神経変性疾患において、細胞間で病理学的タンパク質を播種するプロセスは、この現象を理解することの重要性を強調しています。最近の研究では、筋萎縮性側索硬化症および前頭側頭葉変性症の主要なプレーヤーであるtransactive response DNA-binding protein 43 kDa(TDP-43)は、オートファゴソームマーカー微小管関連タンパク質1A/1B軽鎖3B-II(LC3-II)が豊富なEVを介してオートファジー依存的に放出されることが示唆されています。
LC3-II陽性EVの形成と放出のメカニズムを解明するためには、LC3-II陽性小胞の細胞内および細胞外を問わず、利用可能で再現性のある評価法を確立することが不可欠です。この研究では、示差遠心分離によって得られた細胞画分およびEV画分におけるイムノブロッティングによるLC3-IIレベルを評価するための詳細なプロトコルを示しています。バフィロマイシンA1(Baf)は、オートファゴソーム-リソソーム融合の阻害剤であり、細胞内および細胞外のLC3-II陽性小胞のレベルを高めるためのポジティブコントロールとして機能します。腫瘍感受性遺伝子101(TSG101)は、多胞体のマーカーとして使用されます。このプロトコルを適用すると、散発性クロイツフェルト・ヤコブ病の遺伝的危険因子であるシンタキシン-6(STX6)のsiRNA媒介ノックダウンが、Bafで処理された細胞のEV画分のLC3-IIレベルを増強する一方で、TSG101レベルに有意な影響を示さないことが実証されています。これらの知見は、STX6が、特にオートファゴソーム-リソソーム融合が損なわれている条件下で、EVを介したLC3-IIの細胞外放出を負に制御する可能性があることを示唆しています。このプロトコールは、オートファジーを評価するための確立された方法と組み合わせることで、LC3-II陽性EVの形成と放出における特定の分子の役割に関する貴重な洞察を提供します。
トランス活性化応答DNA結合タンパク質43(TDP-43)は、細胞の生存に不可欠なエクソンスプライシング、遺伝子転写、およびmRNAの安定性の調節に関与する、広く発現する不均一な核リボ核タンパク質です1,2。筋萎縮性側索硬化症(ALS)や前頭側頭葉変性症(FTLD)などの神経変性疾患では、核タンパク質TDP-43が細胞質に異常に蓄積します。このシフトにより、核内のTDP-43機能が失われ、細胞質内で毒性のある機能獲得が起こります。TDP-43の病理学的蓄積は、脳と脊髄の特定の領域で始まり、プリオン様でこれらの領域に広がり、疾患の進行と密接に関連するプロセスです3。しかし、TDP-43の病状が脳や脊髄に広がる正確なメカニズムは不明のままです。
TDP-43は細胞外小胞(EV)を通じて分泌され、ALSおよびFTLD-TDP患者の血漿および脳脊髄液(CSF)ではTDP-43の高レベルが検出されます4,5,6。ALSおよびFTLDと診断された患者からのCSFは、ヒト神経膠腫細胞における内因性TDP-43の細胞内局在の誤局在と凝集を誘導します7。したがって、EVを介して細胞外に放出されるTDP-43は、TDP-43の病理の細胞間拡散を媒介する可能性があります。
オートファジーは、LC3によってマークされるオートファゴソームとして知られる二重膜小胞内に不要な物質を囲い込む、保存状態の良い細胞分解メカニズムです。これらのオートファゴソームは、リソソーム関連膜タンパク質1(LAMP1)陽性リソソームと融合してオートリソソーム(LC3+/LAMP1+)を形成し、内容物の分解につながる8。組織学的解析では、封入体を飲み込むオートファゴソームが散発性ALS患者のニューロンに蓄積することが示されている9。家族性ALSおよびFTLD-TDPの原因遺伝子の中には、オートファジーの制御と関連しているものがあります10,11,12。これらの知見は、ALSおよびFTLD-TDP患者においてオートファジーが抑制されることを示唆しています。
これまでの研究では、オートファゴソーム-リソソーム融合が阻害されると、オートファゴソームマーカーLC3-II陽性のEVを介してTDP-43が分泌されることが示された13。オートファジー-リソソーム経路の調節不全は、TDP-43の細胞内蓄積だけでなく、EVを介したTDP-43の細胞外放出も引き起こす可能性がある14。しかし、LC3-II陽性のEVがどのように放出され、これがTDP-43の病状の広がりにどれほど重要であるかは不明のままです。
EVは、細胞表面の出芽から作製する大型EV(直径100〜1000nm)と、エンドソーム膜がエンドソーム(エクソソーム)やゴルジ体内へ出芽して作製する小型EV(直径50〜150nm)に分類されます。大型EVと小型EVを別々に回収するために、逐次遠心分離を行い、それぞれ20,000 × g と110,000 × gで遠心分離によりペレットを回収します。大型EVを回収するためにP1 EV画分(20,000 × g ペレット)を、小型EVを回収するためにP2 EV画分(110,000 × g ペレット)を調製する15。イムノブロッティングによる逐次遠心分離から得られた大型および小型EVのLC3-IIレベルを評価する方法論は安定しており、再現性があります16。EVのLC3-IIレベルの解析に加えて、オートリソソームとオメガソームの形成を解析することで、オートファジーの調節不全がLC3-II陽性EVの放出にどのようにつながるかについての理解が深まります。本研究では、オートファゴソーム-リソソーム融合が阻害された場合にLC3-II陽性EVが放出される際に、輸送小胞の標的膜への移動を促進するSNAREタンパク質であるシンタキシン6(STX6)が抑制的な役割を果たしていることを示している17。
1. HeLa細胞の培養培地からの細胞、P1、P2 EV画分の調製
2. イムノブロッティング解析
3. オートファゴソームとオートリソソームの数の解析
4. オメガソーム形成の解析
先行研究で示されたように、Baf処理は、EVリッチ画分においてTSG101(P1:P < 0.01、P2:P = 0.012、EZR19の二元配置ANOVAにより決定)およびLC3-II(P1:P < 0.01、P2:P < 0.01、EZR19の二元配置分散分析によって決定)のレベルを増加させました。特に、Baf処理により、EV分画中のSTX6(P1:P < 0.01、P2:P < 0.01、EZR19の二元配置ANOVAで決定)のレベル?...
イムノブロッティング試験では、細胞画分、マイクロベシクルリッチP1 EV画分、およびエクソソームリッチP2 EV画分におけるLC3-IIおよびTSG101のレベルが明らかになりました。生細胞イメージングを使用してオートファゴソーム、オートリソソーム、オメガソームを調べ、 STX6 ノックダウンがオートファジーに影響を与えるかどうかについての洞察が得られまし?...
著者は、この記事の内容と利益相反がないことを宣言します。
本研究は、日本学術振興会科研費[課題番号23K06837](東京)および武田科学振興財団(大阪)からのY.T.の資金提供を受けて行われました。著者らは、HeLa細胞を提供してくださったDavid C. Rubinsztein博士(ケンブリッジ医学研究所、ケンブリッジ、英国)に感謝します。
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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