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Method Article
Aqui, apresentamos a metodologia para avaliar de forma concisa os níveis de LC3-II do marcador autofagossomo em vesículas extracelulares (EVs) por immunoblotting. A análise dos níveis de LC3-II em EVs, formação de autolisossomos e formação de ômegassomos sugere o novo papel de STX6 na liberação de EVs positivos para LC3-II quando a fusão autofagossomo-lisossomo é inibida.
A (macro)autofagia representa uma via fundamental de degradação celular. Nesse processo, vesículas de membrana dupla conhecidas como autofagossomos engolfam o conteúdo citoplasmático, fundindo-se posteriormente com os lisossomos para degradação. Além do papel canônico, os genes relacionados à autofagia também modulam uma via secretora envolvendo a liberação de moléculas inflamatórias, fatores de reparo tecidual e vesículas extracelulares (EVs). Notavelmente, o processo de disseminação de proteínas patológicas entre as células, particularmente em doenças neurodegenerativas que afetam o cérebro e a medula espinhal, ressalta a importância de entender esse fenômeno. Pesquisas recentes sugerem que a proteína de ligação ao DNA de resposta transativa 43 kDa (TDP-43), um jogador-chave na esclerose lateral amiotrófica e na degeneração lobar frontotemporal, é liberada de maneira dependente da autofagia por meio de EVs enriquecidas com as proteínas associadas aos microtúbulos marcadores autofagossômicos 1A / 1B de cadeia leve 3B-II (LC3-II), especialmente quando a fusão autofagossomo-lisossomo é inibida.
Para elucidar o mecanismo subjacente à formação e liberação de EVs positivas para LC3-II, é imperativo estabelecer um método acessível e reprodutível para avaliar vesículas positivas para LC3-II intracelulares e extracelulares. Este estudo apresenta um protocolo detalhado para avaliação dos níveis de LC3-II via immunoblotting em frações celulares e EV obtidas por centrifugação diferencial. A bafilomicina A1 (Baf), um inibidor da fusão autofagossomo-lisossomo, serve como um controle positivo para aumentar os níveis de vesículas positivas para LC3-II intracelulares e extracelulares. O gene de suscetibilidade tumoral 101 (TSG101) é usado como marcador para corpos multivesiculares. Aplicando este protocolo, demonstra-se que o knockdown da sintaxina-6 mediado por siRNA (STX6), um fator de risco genético para a doença de Creutzfeldt-Jakob esporádica, aumenta os níveis de LC3-II na fração EV de células tratadas com Baf, embora não mostre efeito significativo nos níveis de TSG101. Esses achados sugerem que o STX6 pode regular negativamente a liberação extracelular de LC3-II via EVs, particularmente sob condições em que a fusão autofagossomo-lisossomo é prejudicada. Combinado com métodos estabelecidos para avaliar a autofagia, este protocolo fornece informações valiosas sobre o papel de moléculas específicas na formação e liberação de EVs positivos para LC3-II.
A proteína de ligação ao DNA 43 (TDP-43) é uma ribonucleoproteína nuclear heterogênea amplamente expressa, envolvida na regulação do splicing de exons, transcrição gênica e estabilidade de mRNA, todas vitais para a sobrevivência celular 1,2. Em condições neurodegenerativas como esclerose lateral amiotrófica (ELA) e degeneração lobar frontotemporal (FTLD), uma proteína nuclear TDP-43 se acumula anormalmente no citoplasma. Essa mudança resulta em uma perda da função do TDP-43 no núcleo e um ganho tóxico de função no citoplasma. O acúmulo patológico de TDP-43 começa em regiões específicas do cérebro e da medula espinhal, espalhando-se por essas áreas de forma semelhante a um príon, um processo intimamente associado à progressão da doença3. No entanto, o mecanismo exato pelo qual a patologia TDP-43 se espalha pelo cérebro e pela medula espinhal permanece desconhecido.
O TDP-43 é secretado através de vesículas extracelulares (EVs), e níveis elevados de TDP-43 são detectados no plasma e no líquido cefalorraquidiano (LCR) de pacientes com ELA e FTLD-TDP 4,5,6. O LCR de pacientes diagnosticados com ELA e FTLD induz a má localização intracelular e a agregação de TDP-43 endógeno em células de glioma humano7. Assim, o TDP-43 liberado extracelularmente via EVs pode mediar a disseminação célula a célula da patologia TDP-43.
A autofagia é um mecanismo de degradação celular bem preservado que envolve o invólucro de substâncias indesejadas dentro de vesículas de membrana dupla, conhecidas como autofagossomos, que são marcadas por LC3. Esses autofagossomos se fundem com lisossomos positivos para proteína de membrana 1 associada a lisossomos (LAMP1) para formar autolisossomos (LC3+/LAMP1+), levando à degradação de seu conteúdo8. Análises histológicas indicam que autofagossomos que englobam inclusões se acumulam nos neurônios de pacientes esporádicos com ELA9. Alguns genes causais de ELA familiar e FTLD-TDP estão ligados à regulação da autofagia 10,11,12. Esses achados sugerem que a autofagia é suprimida em pacientes com ELA e FTLD-TDP.
O estudo anterior indicou que o TDP-43 é secretado via EVs positivos para o marcador de autofagossomo LC3-II quando a fusão autofagossomo-lisossomo é inibida13. A desregulação da via autofagia-lisossomo pode causar não apenas o acúmulo intracelular de TDP-43, mas também a liberação extracelular de TDP-43 via EVs14. No entanto, ainda não se sabe como os EVs positivos para LC3-II são liberados e quão significativo isso é na disseminação da patologia TDP-43.
Os EVs são classificados em EVs grandes (100 a 1000 nm de diâmetro), que são produzidos a partir do brotamento da superfície celular, e EVs pequenos (50 a 150 nm de diâmetro), que são produzidos a partir do brotamento das membranas endossômicas em direção ao interior do endossomo (conhecido como exossomos) e o aparelho de Golgi. Para coletar separadamente EVs grandes e pequenos, realizamos centrifugação sequencial e coletamos pellets por centrifugação a 20.000 × g e 110.000 × g, respectivamente. A fração P1 EV (pellets de 20.000 × g ) está preparada para coletar EVs grandes, e a fração EV P2 (pellets de 110.000 × g ) está preparada para coletar EVs pequenos15. A metodologia para avaliar os níveis de CL3-II em EVs grandes e pequenas derivadas da centrifugação sequencial por immunoblotting é estável e reprodutível16. Além de analisar os níveis de LC3-II em EVs, a análise da formação de autolisossomos e ômegassomos aumenta a compreensão de como a desregulação da autofagia leva à liberação de EVs positivos para LC3-II. Aqui, o presente estudo mostra o papel supressor da sintaxina 6 (STX6), uma proteína SNARE, que promove o movimento de vesículas de transporte para membranas-alvo17, na liberação de EVs positivos para LC3-II quando a fusão autofagossomo-lisossomo é inibida.
1. Preparação da célula, fração P1 e P2 EV do meio cultivado de células HeLa
2. Análise de immunoblotting
3. Análise do número de autofagossomos e autolisossomos
4. Análise para a formação de óssomas
Como mostrado em estudos anteriores, o tratamento com Baf aumentou os níveis de TSG101 (P1: P < 0,01, P2: P = 0,012, conforme determinado por ANOVA de duas vias em EZR19) e LC3-II (P1: P < 0,01, P2: P < 0,01, conforme determinado por ANOVA de duas vias em EZR19) na fração rica em EV. Notavelmente, o tratamento com Baf também aumentou os níveis de STX6 (P1: P < 0,01, P2: P < 0,01, conforme determinado por ANOVA de duas vias em EZR
O estudo de immunoblotting revelou os níveis de LC3-II e TSG101 na fração celular, na fração P1 EV rica em microvesículas e na fração P2 EV rica em exossomos. A imagem de células vivas foi usada para examinar autofagossomos, autolisossomos e ômegassomos, fornecendo informações sobre se o knockdown de STX6 influencia a autofagia. Esses resultados combinados sugerem que o knockdown de STX6 afeta a liberação de EVs positivos para LC3-II, potencialmente ligado...
Os autores declaram não ter conflitos de interesse com o conteúdo deste artigo.
Este trabalho foi apoiado por financiamento para Y.T. da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência KAKENHI [Grant Number 23K06837] (Tóquio, Japão) e Takeda Science Foundation (Osaka, Japão). Os autores agradecem ao Dr. David C. Rubinsztein (Cambridge Institute for Medical Research, Cambridge, Reino Unido) por fornecer células 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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