Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada, hücre dışı veziküllerde (EV'ler) otofagozom belirteç LC3-II seviyelerini immünoblotlama ile özlü bir şekilde değerlendirmek için metodolojiyi sunuyoruz. EV'lerde, otolizozom oluşumunda ve omegazom oluşumunda LC3-II seviyeleri için analiz, otofagozom-lizozom füzyonu inhibe edildiğinde LC3-II-pozitif EV'lerin salınmasında STX6'nın yeni rolünü göstermektedir.
(Makro) otofaji, temel bir hücresel bozunma yolunu temsil eder. Bu süreçte, otofagozomlar olarak bilinen çift zarlı veziküller sitoplazmik içerikleri yutar ve daha sonra bozunma için lizozomlarla birleşir. Kanonik rolün ötesinde, otofaji ile ilgili genler ayrıca enflamatuar moleküllerin, doku onarım faktörlerinin ve hücre dışı veziküllerin (EV'ler) salınmasını içeren bir salgı yolunu da modüle eder. Özellikle, özellikle beyin ve omuriliği etkileyen nörodejeneratif hastalıklarda, hücreler arasında patolojik proteinlerin yayılması süreci, bu fenomeni anlamanın önemini vurgulamaktadır. Son araştırmalar, amyotrofik lateral skleroz ve frontotemporal lober dejenerasyonda önemli bir oyuncu olan transaktif yanıt DNA bağlayıcı protein 43 kDa'nın (TDP-43), otofagozom işaretleyici mikrotübül ile ilişkili proteinler 1A/1B hafif zincir 3B-II (LC3-II) ile zenginleştirilmiş EV'ler aracılığıyla, özellikle otofagozom-lizozom füzyonu inhibe edildiğinde, otofajiye bağlı bir şekilde salındığını göstermektedir.
LC3-II-pozitif EV'lerin oluşumu ve salınımının altında yatan mekanizmayı aydınlatmak için, hem hücre içi hem de hücre dışı LC3-II-pozitif vezikülleri değerlendirmek için erişilebilir ve tekrarlanabilir bir yöntem oluşturmak zorunludur. Bu çalışma, diferansiyel santrifüjleme yoluyla elde edilen hücresel ve EV fraksiyonlarında immünoblotlama yoluyla LC3-II seviyelerinin değerlendirilmesi için ayrıntılı bir protokol sunmaktadır. Otofagozom-lizozom füzyonunun bir inhibitörü olan Bafilomisin A1 (Baf), hücre içi ve hücre dışı LC3-II pozitif veziküllerin seviyelerini arttırmak için pozitif bir kontrol görevi görür. Tümör duyarlılık geni 101 (TSG101), multiveziküler cisimler için bir belirteç olarak kullanılır. Bu protokol uygulandığında, sporadik Creutzfeldt-Jakob hastalığı için genetik bir risk faktörü olan siRNA aracılı syntaxin-6'nın (STX6) yıkılmasının, TSG101 seviyeleri üzerinde önemli bir etki göstermezken, Baf ile tedavi edilen hücrelerin EV fraksiyonundaki LC3-II seviyelerini arttırdığı gösterilmiştir. Bu bulgular, STX6'nın, özellikle otofagozom-lizozom füzyonunun bozulduğu koşullar altında, EV'ler yoluyla LC3-II'nin hücre dışı salınımını negatif olarak düzenleyebileceğini düşündürmektedir. Otofajiyi değerlendirmek için yerleşik yöntemlerle birleştirildiğinde, bu protokol, LC3-II-pozitif EV'lerin oluşumu ve salınımında spesifik moleküllerin rolü hakkında değerli bilgiler sağlar.
Transaktivasyon yanıtı DNA bağlayıcı protein 43 (TDP-43), tümü hücre sağkalımıiçin hayati önem taşıyan, ekzon ekleme, gen transkripsiyonu ve mRNA stabilitesinin düzenlenmesinde rol oynayan, yaygın olarak eksprese edilen heterojen bir nükleer ribonükleoproteindir 1,2. Amyotrofik lateral skleroz (ALS) ve frontotemporal lober dejenerasyon (FTLD) gibi nörodejeneratif durumlarda, sitoplazmada anormal bir şekilde bir nükleer protein TDP-43 birikir. Bu kayma, çekirdekte TDP-43 fonksiyon kaybı ve sitoplazmada toksik bir fonksiyon kazancı ile sonuçlanır. TDP-43'ün patolojik birikimi, beynin ve omuriliğin belirli bölgelerinde başlar ve bu bölgelere prion benzeri bir şekilde yayılır, bu süreç hastalığın ilerlemesi ile yakından ilişkilidir3. Bununla birlikte, TDP-43 patolojisinin beyin ve omurilik yoluyla yayıldığı kesin mekanizma bilinmemektedir.
TDP-43, hücre dışı veziküller (EV'ler) yoluyla salgılanır ve ALS ve FTLD-TDP hastalarının plazma ve beyin omurilik sıvısında (BOS) yüksek TDP-43 seviyeleri tespit edilir 4,5,6. ALS ve FTLD teşhisi konan hastalardan elde edilen BOS, insan glioma hücrelerinde hücre içi yanlış lokalizasyona ve endojen TDP-43'ün agregasyonunaneden olur 7. Bu nedenle, EV'ler yoluyla hücre dışı olarak salınan TDP-43, TDP-43 patolojisinin hücreden hücreye yayılmasına aracılık edebilir.
Otofaji, istenmeyen maddelerin LC3 ile işaretlenen otofagozomlar olarak bilinen çift zarlı veziküller içinde muhafazasını içeren iyi korunmuş bir hücresel bozunma mekanizmasıdır. Bu otofagozomlar, lizozomal ilişkili zar proteini 1 (LAMP1) pozitif lizozomlarla birleşerek otolizozomlar (LC3 + / LAMP1 +) oluşturur ve içeriklerininbozulmasına yol açar 8. Histolojik analizler, inklüzyonları yutan otofagozomların sporadik ALS hastalarınınnöronlarında biriktiğini göstermektedir 9. Ailesel ALS ve FTLD-TDP'nin bazı nedensel genleri, otofajinin düzenlenmesi ile bağlantılıdır 10,11,12. Bu bulgular ALS ve FTLD-TDP hastalarında otofajinin baskılandığını göstermektedir.
Önceki çalışma, TDP-43'ün, otofagozom-lizozom füzyonu inhibe edildiğinde otofagozom belirteci LC3-II için pozitif EV'ler yoluyla salgılandığını göstermiştir13. Otofaji-lizozom yolunun düzensizliği sadece TDP-43'ün hücre içi birikimine değil, aynı zamanda TDP-43'ün EV'ler14 yoluyla hücre dışı salınmasına da neden olabilir. Bununla birlikte, LC3-II pozitif EV'lerin nasıl salındığı ve bunun TDP-43 patolojisinin yayılmasında ne kadar önemli olduğu bilinmemektedir.
EV'ler, hücre yüzeyi tomurcuklanmasından üretilen büyük EV'ler (100 ila 1000 nm çapında) ve endozomal zarların endozomun iç kısmına doğru tomurcuklanmasından üretilen küçük EV'ler (50 ila 150 nm çapında) (eksozomlar olarak bilinir) ve Golgi aygıtı. Büyük ve küçük EV'leri ayrı ayrı toplamak için sıralı santrifüjleme gerçekleştiriyor ve peletleri sırasıyla 20.000 × g ve 110.000 × g'da santrifüjleme ile topluyoruz. P1 EV fraksiyonu (20.000 × g peletler) büyük EV'leri toplamak için hazırlanır ve P2 EV fraksiyonu (110.000 × g peletler) küçük EV'leri toplamak için hazırlanır15. İmmünoblotlama ile ardışık santrifüjlemeden türetilen büyük ve küçük EV'lerde LC3-II seviyelerini değerlendirme metodolojisi stabil ve tekrarlanabilirdir16. EV'lerde LC3-II seviyelerini analiz etmenin yanı sıra, otolizozom ve omegazom oluşumunu analiz etmek, otofajinin düzensizliğinin LC3-II pozitif EV'lerin salınmasına nasıl yol açtığının anlaşılmasını geliştirir. Burada, bu çalışma, otofagozom-lizozom füzyonu inhibe edildiğinde LC3-II pozitif EV'lerin salınmasında, taşıma veziküllerinin hedef membran17'ye hareketini destekleyen bir SNARE proteini olan syntaxin 6'nın (STX6) baskılayıcı rolünü göstermektedir.
1. HeLa hücrelerinin kültürlenmiş ortamından hücre, P1 ve P2 EV fraksiyonunun hazırlanması
2. İmmünoblotlama analizi
3. Otofagozom ve otolizozom sayısının analizi
4. Omegazom oluşumu için analiz
Önceki çalışmalarda gösterildiği gibi, Baf tedavisi TSG101 (P1: P < 0.01, P2: P = 0.012, EZR19'da iki yönlü ANOVA ile belirlendiği gibi) ve LC3-II (P1: P < 0.01, P2: P < 0.01, EZR19'da iki yönlü ANOVA ile belirlendiği gibi) EV açısından zengin fraksiyonda. Özellikle, Baf tedavisi ayrıca EV fraksiyonundaki STX6 seviyelerini de arttırdı (P1: P < 0.01, P2: P < 0.01, EZR19'da iki yönlü ANOVA ile beli...
İmmünoblotlama çalışmasında hücresel fraksiyonda LC3-II ve TSG101 seviyeleri, mikrovezikülden zengin P1 EV fraksiyonu ve eksozomdan zengin P2 EV fraksiyonu ortaya çıktı. Otofagozomları, otolizozomları ve omegazomları incelemek için canlı hücre görüntüleme kullanıldı ve STX6 yıkımının otofajiyi etkileyip etkilemediğine dair fikir verdi. Bu birleşik sonuçlar, STX6 yıkımının, potansiyel olarak otofaji yolunun düzensizliği ile bağlantıl?...
Yazarlar bu makalenin içeriği ile herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Bu çalışma, Japonya Bilimi Teşvik Derneği KAKENHI [Hibe Numarası 23K06837] (Tokyo, Japonya) ve Takeda Bilim Vakfı'ndan (Osaka, Japonya) Y.T.'ye sağlanan fonlarla desteklenmiştir. Yazarlar, HeLa hücrelerini sağladığı için Dr. David C. Rubinsztein'e (Cambridge Tıbbi Araştırma Enstitüsü, Cambridge, İngiltere) teşekkür eder.
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 |
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