Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu çalışmada, ekspresyon, spesifik shRNA'lar kullanılarak PERK yolunun iki aşağı akış sinyal bileşeninin, sitoprotektif kalsinörin ve pro-apoptotik CHOP'un ifadesi yıkılmıştır. Zıt yönlerde, bunlar endoplazmik retikulum stresinin indüksiyonundan sonra primer kortikal nöronların nörit atrofisine duyarlılığını modüle eder.
Herhangi bir stres durumunun neden olduğu endoplazmik retikulum (ER) içinde katlanmamış proteinlerin birikmesi, özel sensörlerin aktivasyonu yoluyla katlanmamış protein tepkisini (UPR) tetikler. UPR önce homeostazı restore etmeye çalışır; ancak hasar devam ederse, sinyal apoptozu indükler.
Sürekli ve çözülmemiş ER stresinin nörodejeneratif hastalıklar da dahil olmak üzere birçok patolojik duruma katkıda bulunduğuna dair kanıtlar artmaktadır. UPR, sitoprotektif ve apoptotik süreçler arasında geçiş yaparak hücre kaderini kontrol ettiğinden, bu geçişi tanımlayan olayları ve modülasyonunda yer alan unsurları anlamak önemlidir.
Son zamanlarda, anormal GM2 ganglioside birikiminin ER Ca2+ içeriğinin tükenmesine neden olduğunu ve bunun da UPR sensörlerinden biri olan PERK'yi (PKR benzeri-ER kinaz) aktive ettiğini gösterdik. Ayrıca, PERK sinyalizasyonu, GM2 birikiminin neden olduğu nörit atrofisine ve apoptozuna katılır. Bu bağlamda, aşağı akış PERK bileşenlerinin ekspresyonunu moleküler olarak modüle etmemize ve böylece nöronların nöritik atrofiye maruz kalma kırılganlığını değiştirmemize izin veren deneysel bir sistem kurduk.
Sıçan kortikal nöronal kültürlerinde kalsinörin (sitoprotektif) ve CHOP (pro-apoptotik) ekspresyonunun knockdown'unu gerçekleştirdik. Hücreler lentivirüs tarafından verilen spesifik shRNA ile enfekte edildi ve daha sonra farklı zamanlarda GM2 ile tedavi edildi, anti-MAP2 (mikrotüp ile ilişkili protein 2) antikoru ile sabitlendi ve immünoboyalandı. Daha sonra, hücre görüntüleri bir floresan mikroskobu kullanılarak kaydedildi ve toplam nörit büyümesi, kamu malı görüntü işleme yazılımı ImageJ kullanılarak değerlendirildi. Bu PERK sinyal bileşenlerinin ekspresyonunun inhibisyonu, ER stresinin neden olduğu nöritik atrofiyi hızlandırmayı veya geciktirmeyi açıkça mümkün kılmıştır.
Bu yaklaşım, nöronların nörit atrofisine karşı savunmasızlığını değerlendirmek için ER stresinin hücre sistemi modellerinde kullanılabilir.
Endoplazmik retikulum (ER) stresi, organeldeki protein katlama kapasitesini tehlikeye atan herhangi bir pertürbasyon olarak tanımlanır. Katlanmamış proteinlerin ER lümeni içinde birikmesi, katlanmamış protein yanıtı (UPR) adı verilen bir transdüksiyon kaskad sinyalini aktive eder. Bu karmaşık sinyal yolu üç stres sensörü tarafından düzenlenir: PERK (protein kinaz RNA [PKR] benzeri ER kinaz), IRE1 (inositol gerektiren enzim 1) ve ATF6 (aktif transkripsiyon faktörü 6). Hep birlikte homeostazı restore etmeye çalışır. Ancak stres devam ederse, UPR sonunda apoptoz1 ile hücre ölümünü indükler.
Bir ER transmembran proteini olan PERK, ER stresi üzerine, ökaryotik başlatma faktörü-2 alfanın (eIF2α) fosforilasyonuna yol açarak, küresel protein sentezini ve dolayısıyla ER2'deki protein yükünü azaltır. Bir heterodimer Ca2+ fosfataz olan kalsinörin A/B'nin (CNA/B), PERK'in sitozolik alanını doğrudan bağladığını, oto-fosforilasyonunu arttırdığını ve protein translasyonunun ve hücre canlılığının inhibisyonunu önemli ölçüde arttırdığını gösterdik 3,4. İlginç bir şekilde, CNA / B, memeli beyninde bol miktarda bulunur ve CN'nin A alt biriminin iki izoformunu ayırt eder: α ve β.
Sürekli ER stresi altında, PERK sinyal yolu aktif kalan tek UPR dalıdır, böylece hem hayatta kalma yanlısı hem de apoptotik tepkiye aracılık eder. Kronik fazda, önemli bir aşağı akış olayı, transkripsiyon faktörü olan CHOP'un (CCAAT / arttırıcı bağlayıcı protein homolog protein) indüksiyonudur5. Kronik ER stresi, nörodejeneratif hastalıklar da dahil olmak üzere çok çeşitli patolojik bozukluklara ortak bir katkıda bulunan bir faktör olarak giderek daha fazla kabul edilmektedir6. UPR'nin hücre ölümü yerine sitoprotektif sinyallemeyi nasıl kolaylaştırabileceğini anlamak önemlidir 7. Bununla birlikte, şu anda bu iki UPR fazı arasındaki geçişi kontrol eden kesin mekanizma hakkında çok az şey bilinmektedir.
Son zamanlarda, kültürlü nöronlarda, ganglioside GM2'nin ER membranlarında biriktiğini ve luminal kalsiyum tükenmesini indüklediğini bulduk. Bu da nörit atrofisi ve apoptoz 8'e aracılık eden PERK sinyallemesini aktive eder. Bu çalışmada, kültürlü nöronlarda GM2 birikimi, ER stresine bağlı nörit atrofisinin bir hücre sistemi modeli olarak kullanılmıştır. Spesifik olarak, iki PERK faktör ifadesi manipüle edilir, CN-Aα ve CHOP, erken / koruyucu olaylar ile kronik / apoptotik bir faz arasındaki geçişi değiştirir. Bunu başarmak için, ilgili genler susturulur; Böylece, primer kortikal nöron kültürleri lentivirüs tarafından verilen spesifik shRNA ile enfekte olur. Western blot analizi, karıştırılmış bir shRNA taşıyan lentivirüs ile enfekte olmuş kontrol hücrelerine kıyasla CN-Aα ve CHOP ekspresyon seviyelerinin önemli ölçüde azaldığını ortaya koymaktadır. Bu tedaviden sonra, nöronlar ekzojen GM2'nin farklı kuluçka sürelerine tabi tutulur, sabit ve anti-mikrotübül ile ilişkili protein 2 (MAP2) antikoru9 ile immünoboyalıdır. Görüntüler epifloresan mikroskop ile elde edilir. Toplam nörit büyümesi toplam hücre sayısına göre değerlendirilir.
Hayvan prosedürleri, Ulusal Sağlık Enstitüsü Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'nun onaylanmış protokollerini izleyerek gerçekleştirilir. Çalışmanın yürütülmesi için onay, INIMEC-CONICET-UNC Hayvan Bakımı ve Etik Komitesi (CICUAL) tarafından verilmektedir (Karar numaraları 014/2017 B ve 006/2017 A).
1. Primer sıçan kortikal nöron kültürleri
2. Lentivirüs üretimi
NOT: CN-Aα izoformu veya CHOP'un 3'UTR'lerini hedefleyen dizileri ve hedeflemeyen dizileri (karıştırmalar) içeren oligonükleotidler Tablo 1'de listelenmiştir.
3. Lentivirüs enfeksiyonu
NOT: Lentivirüs üretim prosedürünü Sınıf II laminer akış başlığında uygulayın.
4. Ganglioside GM2 birikimi ve anti-MAP2 antikoru kullanan immünositokimya ile vurgulanan primer nöron kültürleri
5. Nörit atrofi analizi
Burada, iki PERK aşağı akış bileşeninin susturulmasının bir ER gerilim hücresi modelinde UPR'nin geçiş aşamasını etkileyip etkilemediği sorusunu ele alıyoruz. Bunu başarmak için, CN-Aα genini ve CHOP genini, primer nöron hücre kültüründeki her biri için iki spesifik shRNA dizisi (Tablo 1) ile 1 gün10 boyunca susturuyoruz. İfade Batı lekelemesi ile analiz edilir (Şekil 1 ve Şekil 2
Bir nöronal hücre modelinde sağkalımdan apoptotik UPR fazlarına geçişin moleküler modülasyonunu sağlayan deneysel bir sistemi tanımladık.
Nörit atrofisinin doğru bir analizi için, çok, uzun, çok dallı süreçlere sahip birincil nöron kültürlerinin elde edilmesi esastır 9,11. Bu, nöron süreci uzantısının incelenmesini kolaylaştırır ve tedaviler arasındaki net farklılıkların tespit edilmesini sağlar. 7-...
Yazarların rekabet eden finansal çıkarları yoktur.
Dr. Gonzalo Quasollo'ya görüntüleme konusundaki paha biçilmez yardımları için ve hücre kültürü teknik desteği için Dr. Andrea Pellegrini'ye teşekkür ederiz.
Bu araştırma, ABD Ulusal Sağlık Enstitüsü (#RO1AG058778-01A1, UTHSCSA-Instituto Investigación Médica M y M Ferreyra arasındaki Alt Ödül Anlaşması No 165148/165147) ve Agencia Nacional de Scientific and Technological Promotion, Arjantin Ulusal Ajansı'ndan (ANPCyT, PICT 2017 #0618) hibelerle desteklenmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alexa Fluor 488 anti-Mouse | Thermo Fisher Scientific | #R37120 | |
anti-CHOP | Thermo Fisher | # MA1 - 250 | |
Anti-CN-Aα | Millipore | # 07-067 | |
Anti-GM2 | Matreya | #1961 | |
anti-MAP2 | Sigma Aldrich | # M2320 | |
anti-β-actin | Thermo Fisher | # PA1 - 183 | |
aprotinin | Santa Cruz Biotechnology | #3595 | |
Axiovert 200 epifluorescence microscope | Zeiss | ||
B27 supplement | Life Technologies | #17504944 | |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) | Life Technologies | #11966025 | |
EcoRI | Promega | #R6011 | |
Fetal Calf Serum (FCS) | Life Technologies | #16000044 | |
Fine-tippeds forceps style #5 | Dumont | ||
Forcep style #3 | Dumont | ||
HEK 293 | ATCC | #CRL-1573 | |
IRDye 680 CW secondary antibody | LI-COR Biosciences | #92632221 | |
IRDye 680 secondary antibody | LI-COR Biosciences | #92632220 | |
IRDye 800 CW secondary antibody | LI-COR Biosciences | #92632210 | |
IRDye 800 CW secondary antibody | LI-COR Biosciences | #92632211 | |
lentiviral envelope plasmid pMD2.G | Addgene | #12259 | |
lentiviral packing plasmid psPAX2 | Addgene | #12260 | |
lentiviral vector pLKO.3G | Addgene | #14748 | |
Leupeptin hemisulfate | Santa Cruz Biotechnology | #295358 | |
Lipofectamine LTX & Plus Reagent (plasmid transfection reagent) | Life Technologies | #A12621 | |
MISSION shRNA | Sigma Aldrich | ||
Monosialoganglioside GM2 | Matreya | #1502 | |
NanoDrop 2000 | Thermo Scientific | ||
Neurobasal Medium | Life Technologies | #21103049 | |
Nitrocellulose membrane 0.45 µm | BIO-RAD | #1620115 | |
Odyssey infrared imaging system | LI-COR Bioscience | ||
OneShot Top 10 | Life Technology | #C404010 | |
Opti-MEM (Reduced serum media) | Life Technologies | #105802 | |
PacI | BioLabs | #R0547S | |
penicillin-streptomycin | Life Technologies | #15140122 | |
Pepstatin A | Santa Cruz Biotechnology | #45036 | |
phenylmethylsulfonyl fluoride | Santa Cruz Biotechnology | #329-98-6 | |
Poly-L-lysine | sigma aldrich | P#2636 | |
Straight sharp small spring scissors | Fine Science Tools | ||
T4 DNA Ligase | Promega | #M1801 | |
Trypsin-EDTA 0.25 % | Life Technologies | #25200056 | |
Vibra-Cell Ultrasonic Liquid Processor (VCX 130) | Sonics | ||
Wizard plus SV Minipreps DNA purification system | Promega | #A1330 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır