Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Потребность в новых подходах к изучению сайтов контакта мембран (МКС) возросла в связи с возрастающим интересом к изучению этих клеточных структур и их компонентов. Здесь мы представляем протокол, который объединяет ранее доступные технологии микроскопии для идентификации и количественного определения внутриорганелловых и межорганелловых белковых комплексов, которые находятся в MCS.
Сайты контакта с мембраной (MCS) представляют собой области близкого расположения мембран, которые позволяют и регулируют динамический обмен различными биомолекулами (т.е. кальцием и липидами) между сопоставленными органеллами без участия слияния мембран. МКС необходимы для клеточного гомеостаза, а их функции обеспечиваются резидентными компонентами, которые часто существуют в виде мультимерных белковых комплексов. MCS часто вовлекают эндоплазматический ретикулум (ER), основной участок синтеза липидов и клеточного хранения кальция, и особенно важны для органелл, таких как митохондрии, которые исключены из классических везикулярных транспортных путей. В последние годы МКС между ЭР и митохондриями были широко изучены, поскольку их функции сильно влияют на клеточный метаболизм/биоэнергетику. В этих местах контакта начали идентифицироваться несколько белков, в том числе мембранные тросы, кальциевые каналы и белки переноса липидов, что повышает потребность в новых методологиях и технических подходах для изучения этих компонентов MCS. Здесь мы описываем протокол, состоящий из комбинированных технических подходов, которые включают анализ с бесконтактным лигированием (PLA), окрашивание митохондрий и сегментацию 3D-визуализации, которые позволяют обнаруживать белки, которые физически близки друг к другу (>40 нм) и находятся на одной мембране в ER-митохондриях MCS. Например, мы использовали два ER-закрепленных белка переноса липидов, ORP5 и ORP8, которые, как было показано ранее, взаимодействуют и локализуются в ER-митохондриях и ER-плазматических мембранах. Связав PLA ORP5-ORP8 с программным анализом программного обеспечения для визуализации клеток, удалось оценить расстояние комплекса ORP5-ORP8 от поверхности митохондрий и определить, что около 50% взаимодействия ORP5-ORP8 PLA происходит в субдоменах ER в непосредственной близости от митохондрий.
Межорганеллярная коммуникация является определяющей характеристикой эукариотических клеток. Одним из способов, с помощью которого органеллы взаимодействуют, является образование участков мембранного контакта (MCS), которые представляют собой тесные мембранные оппозиции между двумя органеллами, которые поддерживаются структурными и функциональными белками, такими как связывания, белки переноса липидов и кальциевыеканалы. MCS могут устанавливаться между похожими или разными органеллами, и они опосредуют обмен клеточными компонентами, что важно для поддержания клеточного гомеостаза. На сегодняшний день идентифицировано несколько МКС, включая эндоплазматический ретикулум (ЭР)-митохондрии, ЭР-плазматическую мембрану (ПМ) и ЭР-липидно-капельные (ЛД) контакты1. Среди них те, которые образуются между ЭР и митохондриями (MERCS), являются одними из наиболее изученных, поскольку они участвуют в регуляции нескольких клеточных функций, включая липидный и кальциевый гомеостаз2. Поскольку митохондрии в значительной степени исключены из классических везикулярных транспортных путей, они полагаются на MERCS и их молекулярные составляющие для импорта ключевых липидов или предшественников липидов из ER. Невезикулярный транспорт этих липидов через MERCS обеспечивает поддержание надлежащего липидного состава митохондрий, а также их функциональной и структурной целостности3.
Учитывая решающее участие MCS в различных клеточных функциях, интерес к более глубокому пониманию их молекулярных компонентов значительно возрос в последние годы. Для углубления знаний о MCS было использовано несколько типов подходов, основанных на визуализации. Среди них флуоресцентный зондовый анализ с бесконтактным лигированием (PLA) широко используется в качестве индикатора обилия MCS путем обнаружения межорганелловых белок-белковых взаимодействий (в диапазоне обнаружения 40 нм) на эндогенных уровнях4. Например, MERCS были визуализированы и количественно оценены с помощью PLA между несколькими парами белков митохондрий-ER, включая VDAC1-IP3R, GRP75-IP3R, CypD-IP3 и PTPIP51-VAPB 5,6,7,8. Несмотря на то, что эта технология использовалась для обнаружения и количественной оценки межорганелловых белок-белковых взаимодействий, присутствующих в MCS 5,7,9,10,11, в большинстве исследований PLA не сочетали с окрашиванием органелл. Следовательно, количественный метод, позволяющий измерять близость между взаимодействиями PLA и ассоциированными органеллами, до сих пор не разработан. Таким образом, до сих пор в случае белков ER их взаимодействие внутри мембранных субдоменов, контактирующих с другими органеллами, не отличалось от их взаимодействия в широко распространенной сети ER.
В данной статье мы опишем протокол для обнаружения PLA-взаимодействий между белками, находящимися в мембране одной и той же органеллы, и анализа их близости к мембране органеллы-партнера в MCS. Этот протокол был разработан на основе двух предпосылок: 1) предыдущие исследования, показывающие, что в условиях гиперэкспрессии белки переноса липидов ER ORP5 и ORP8 совместно локализуются и взаимодействуют в ER-митохондриях и ER-PM MCS 12,13,14,15 и что ORP5 локализуется в контактах ER-LD 16,17; 2) существующие технологии, включая PLA, конфокальную микроскопию, мечение органелл и анализ 3D-изображений.
1. Митохондриальное окрашивание и анализ с бесконтактным лигированием (PLA)
2. Получение изображения
3. Обработка изображений и оценка пятен PLA, ассоциированных с митохондриями
С помощью описанного выше протокола мы выявили сайты взаимодействия двух ER-закрепленных белков переноса липидов ORP5 и ORP8 и оценили их встречаемость в мембранных субдоменах ER, контактирующих с другими органеллами, в частности, с митохондриями. Для этого митохондриальная сеть в клетках He...
Этот протокол был разработан для идентификации и количественной оценки межорганелловых взаимодействий белков PLA в MCS, в частности в MERCS. Новизна протокола заключается в том, что он сочетает PLA с мечением нескольких органелл, конфокальной микроскопией и анализом 3D-изображений для локали?...
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана ANR Jeune Chercheur (ANR0015TD), программой ATIP-Avenir, Fondation pour la Recherche Medicale (n°206548) и Fondation Vaincre Alzheimer (eOTP:669122 LS 212527), I'Agence Nationale de la Recherche (ANR-11-EQPX-0029/Morphoscope, ANR-10-INBS-04/FranceBioImaging; ANR-11-IDEX-0003-02/Науки о растениях Сакле).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1X Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (1X DPBS) | Gibco | 14190-094 | |
Ammonium chloride (NH4Cl) | VWR | 21236.291 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | A7906 | |
Circular glass coverslips 13mm no. 1.5 | Agar Scientific | L46R13-15 | |
CMXRos red MitoTracker | Invitrogen | M7512 | red mitochondrial marker |
Confocal inverted microscope SP8-X | Leica | DMI 6000 | |
Corning Costar TC-Treated 24-Well Plates | Merck | CLS3526 | |
Duolink In Situ Detection Reagents Green | Sigma | DUO92002 | |
Duolink In Situ Mounting Medium with DAPI | Sigma | DUO82040 | |
Duolink In Situ PLA Probe Anti-Mouse MINUS | Sigma | DUO92004 | |
Duolink In Situ PLA Probe Anti-Rabbit PLUS | Sigma | DUO92014 | |
Duolink In Situ Wash Buffers, Fluorescence | Sigma | DUO82049 | |
Gibco Opti-MEM I Reduced Serum Medium, GlutaMAX Supplement | Gibco | 51985026 | serum free medium |
Imaris software v 9.3 | Bitplane | N/A | cell imaging software |
Incubator UINCU-line IL10 | VWR | 390-0384 | |
Microscope slide StarFrost (3“ x 1“) | Knittel Glass | ||
mouse anti-ORP8 | Santa Cruz | 134409 | |
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma | P6148 | |
rabbit anti-ORP5 | Sigma | HAP038712 | |
Saponin | Sigma | 84510 | |
Ultra Pure Distilled Water, DNase/RNase free | Invitrogen | 10977-035 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены