Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Этот протокол содержит инструкции по запуску и мониторингу Stub1-опосредованной пексофагии в живых клетках.
Клетки млекопитающих могут переворачивать пероксисомы через Stub1-опосредованную пексофагию. Этот путь потенциально позволяет клеточному контролю количества и качества пероксисом. Во время этого процесса белок 70 теплового шока и убиквитин-лигаза E3, Stub1, перемещаются на пероксисомы, чтобы перевернуться, чтобы инициировать пексофагию. Активность лигазы Stub1 позволяет накапливать убиквитин и другие модули, связанные с аутофагией, на целевых пероксисомах. Повышение уровня активных форм кислорода (АФК) в пероксисомальном просвете может активировать пексофагию, опосредованную Stub1. Таким образом, можно использовать генерацию АФК с помощью красителя для запуска и мониторинга этого пути. В этой статье описываются процедуры использования двух классов красителей, флуоресцентных белков и синтетических флуорофоров, для инициирования пексофагии в культурах клеток млекопитающих. Эти протоколы, основанные на генерации АФК с помощью красителей, могут не только использоваться для нацеливания на все пероксисомы в популяции клеток во всем мире, но также могут позволять манипулировать отдельными пероксисомами в отдельных клетках. Мы также описываем, как можно отслеживать пексофагию, опосредованную Stub1, с помощью микроскопии живых клеток.
Пероксисомы представляют собой органеллы, связанные с одной мембраной, присутствующие в большинстве эукариотических клеток. Пероксисомы представляют собой метаболический компартмент, необходимый для осуществления бета-окисления очень длинноцепочечных жирных кислот, катаболизма пуринов и синтеза эфирфосфолипидов и желчных кислот1. Ацетил-КоА, полученный из пероксисом, контролирует гомеостаз липидов, регулируя центральную передачу сигналов в метаболизме2. Поэтому неудивительно, что нарушенные пероксисомальные функции подразумеваются при различных заболеваниях, включая нейродегенеративные расстройства, старение, рак, ожирение и диабет 3,4,5. Важным процессом в поддержании пероксисомальной работы является пексофагия. Пексофагия - это катаболический процесс селективного оборота пероксисом путем аутофагии. Клетки используют пексофагию, чтобы помочь контролировать количество и качество пероксисом, тем самым обеспечивая надлежащую функцию пероксисомы. Недавнее исследование показало, что потеря пероксисом, вызванная мутациями в факторах пероксисомального биогенеза PEX1 1 и 6, является результатом неконтролируемой пексофагии6. Примечательно, что 65% всех пациентов с нарушением биогенеза пероксисом (PBD) имеют дефицит пероксисомального комплекса ААА АТФазы, состоящего из PEX1, PEX6 и PEX26 в клетках млекопитающих7.
Для инициирования и изучения пексофагии может быть использован ряд методов. У дрожжей пексофагия запускается, когда поставляемые питательные вещества переключаются с пероксисом-зависимых источников углерода на пероксисомно-независимые источники углерода (для снижения количества клеточных пероксисом)8. Например, перенос выращенных в метаноле клеток Pichia pastoris из метанольной среды в среду глюкозы и этаноловую среду индуцирует микропексофагию и макропексофагию соответственно 8,9,10. Секвестраторы микропексофагии кластеризовали пероксисомы для деградации путем ремоделирования вакуоли с образованием чашеобразных вакуолярных секвестрирующих мембран и структуры, похожей на крышку, называемой микропексофагией-специфическим мембранным аппаратом (MIPA). При макропексофагии отдельные пероксисомы поглощаются двухмембранными структурами, известными как пексофагосомы, с последующим слиянием с вакуолью для деградации 8,9,10. Фосфорилирование рецепторов пексофагии, таких как Atg36p у Saccharomyces cerevisiae и Atg30p у Pichia pastoris, имеет решающее значение для рецепторов, чтобы рекрутировать основной механизм аутофагии и облегчать пероксисомальное нацеливание на аутофагосомы 8,11.
В клетках млекопитающих пексофагия может быть индуцирована убиквитинированием. Маркировка пероксисомальных мембранных белков PMP34 или PEX3 убиквитином на цитозольной стороне индуцирует пексофагию12. Сверхэкспрессия PEX3 индуцирует убиквитинирование пероксисом и элиминацию пероксисомлизосомами 13. Кроме того, слияние PEX5 с C-концевым EGFP ухудшает экспорт моноубиквитинированного PEX5 и приводит к пексофагии14. С другой стороны, пексофагия также может быть вызвана лечениемH2O2. Пероксисомы продуцируют активные формы кислорода (АФК); в частности, пероксисомальный фермент Acox1, который катализирует начальную стадию бета-окисления очень длинноцепочечных жирных кислот (> 22 углерода), продуцирует не только ацетил-КоА, но и пероксисомальные АФК. В ответ на повышенные уровни АФК при лечении H 2 O2клетки млекопитающих активируют пексофагию, чтобы снизить выработку АФК и облегчить стресс. Сообщалось, что лечение H 2 O2приводит к набору мутировавших атаксий-телеангиэктазий (ATM) в пероксисомы. Затем ATM фосфорилирует PEX5, способствуя пероксисомальному обороту за счет пексофагии15.
Поскольку пероксисомы являются центрами, генерирующими АФК, они также подвержены повреждению АФК. Пероксисомальные повреждения, вызванные АФК, заставляют клетки активировать пексофагию, чтобы инициировать пути контроля качества пероксисом (удаление поврежденной пероксисомы аутофагией). Здесь мы описываем подход к запуску по требованию пероксисомного повреждения, вызванного АФК. В протоколе используется активируемая светом продукция АФК в органеллах 16,17,18,19,20 (рис. 1). Пероксисомы, меченные красителем, подсвечиваются, что приводит к образованию АФК в просвете пероксисомы, что специфически вызывает пероксисомальное повреждение. С помощью этого протокола показано, что АФК-стрессовые пероксисомы удаляются по убиквитин-зависимому пути деградации. Пероксисомы, стрессированные АФК, рекрутируют убиквитин-E3-лигазу Stub1, чтобы позволить им проникнуть в аутофагосомы для индивидуального удаления с помощью пексофагии16. Этот протокол можно использовать для сравнения судьбы поврежденных и здоровых пероксисом в одной клетке с помощью покадровой микроскопии. Этот метод также может быть использован для глобального повреждения всех пероксисом (во всех клетках) на чашке для культивирования, что позволяет проводить биохимический анализ пути пексофагии.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Подготовка клеток, экспрессирующих diKillerRed или самомечеющиеся белки (SLP) в просвете пероксисом
2. Окрашивание пероксисом меченными красителем лигандами SLP (для получения светоактивируемых АФК)
3. АФК-стрессирование пероксисом на лазерно-сканирующем конфокальном микроскопе
4. Мониторинг пексофагии в живых клетках с помощью покадровой визуализации
5. Глобальное повреждение всех пероксисом (в каждой клетке) на культуральной чашке
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Показанная здесь схема индукции пексофагии, опосредованная Stub1, использует преимущества генерации АФК с помощью красителя в просвете пероксисом. Эта операция требует минимальной интенсивности света. Таким образом, пероксисомы, содержащие флуоресцентные белки или красители, могут быт...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
В этом протоколе подробно описано, как запустить Stub1-опосредованную пексофагию в клеточных культурах путем повышения уровня пероксисомальных АФК с помощью света. Поскольку протокол основан на генерации АФК с помощью красителя, необходимо обеспечить достаточную экспрессию окрашивани...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.
Эта работа была частично поддержана исследовательским грантом MOST 111-2311-B-001-019-MY3 от Национального совета по науке и технологиям Тайваня.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
35 mm culture dish with a 20 mm diameter glass microwell | MatTek | P35G-1.5-20-C | 20 mm glass bottomed |
3-amino-1,2,4-triazole (3-AT) | Sigma Aldrich | A8056 | |
bovine serum | ThermoFisher Scientific | 16170060 | |
Cell culture incubator | Nuaire | NU-4750 | |
diKillerRed-PTS1 | Academia Sinica | made by appending the KillerRed tandem dimer with PTS1(VKSKL) | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | ThermoFisher Scientific | 11965092 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12 (DMEM/F-12) | ThermoFisher Scientific | 11330032 | |
EGFP-C1 | Clontech | pEGFP-C1 | The backbone of EGFP-C1 was used for cloning EGFP-Stub1, EGFP-Hsp70, EGFP-p62 |
EGFP-Hsp70 | Academia Sinica | Hsp70 gene (HSPA1A) PCR amplified from HeLa cDNA and cloned into EGFP-C1 | |
EGFP-LC3B | Addgene | 11546 | |
EGFP-p62 | Academia Sinica | generated by inserting the human SQSTM1 gene (through PCR amplification of the HeLa cell cDNA) into EGFP-C1 | |
EGFP-Stub1 | Academia Sinica | generated by inserting the mouse Stub1 gene (through PCR amplification of the total mouse kidney cDNA) into EGFP-C1 | |
EGFP-Ub | Addgene | 11928 | |
fetal bovine serum | ThermoFisher Scientific | 10437028 | |
HaloTag TMR ligand | Promega | G8252 | |
HaloTag-PTS1 | Academia Sinica | PTS1 appended and cloned into EGFP-C1 backbone | |
HEPES | ThermoFisher Scientific | 15630080 | |
Inverted Confocal Microscope | Olympus | FV3000RS | 405 nm Ex, 488 nm Ex, 561 nm Ex, microscope with a TOKAI HIT chamber incubator and the UNIV2-D35 dish attachment |
Janelia Fluor 646 HaloTag Ligand | Promega | GA1120 | |
LED | VitaStar | PAR64 | 80 W, 555-570 nm |
lipofectamine 2000 | ThermoFisher Scientific | 11668 | transfection reagent |
NIH3T3 cell | ATCC | CRL-1658 | adherent |
Opti-MEM | ThermoFisher Scientific | 319850 | reduced serum media |
penicillin/streptomycin | ThermoFisher Scientific | 15140 | |
PMP34-TagBFP | Academia Sinica | PMP34 PCR amplified from HeLa cDNA and cloned intoTagBFP-C (Evrogen FP171) | |
roGFP2-PTS1 | Academia Sinica | generated by appending eroGFP (taken from Addgene plasmid 20131) with the amino acid sequence VKSKL, and cloned into the EGFP-C1 | |
SHSY5Y cell | ATCC | CRL-2266 | adherent |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
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