Name: monitoring stub1-mediated pexophagy
Uploaded: 2023-05-12T12:35:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Monitoring Stub1-Mediated Pexophagy at JoVE.com

Questo lavoro è stato sostenuto in parte da una borsa di ricerca MOST 111-2311-B-001-019-MY3 del Consiglio nazionale della scienza e della tecnologia di Taiwan.

1. Preparazione di cellule che esprimono proteine diKillerRed o automarcanti (SLP) nel lume dei perossisomi
<ol><li>Seminare le cellule desiderate su piatti di coltura cellulare con fondo di vetro. Per l'esperimento qui, seminare 2 x 105 cellule umane SHSY5Y in 840 μL di terreno di coltura (DMEM / F-12 integrato con il 10% di siero bovino fetale e l'1% di penicillina / streptomicina) o 6 x 104 cellule NIH3T3 di topo in 840 μL di terreno di coltura (DMEM integrato con siero bovin...

<ol>
	<li>Wanders, R. J., Waterham, H. R., Ferdinandusse, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metabolic+interplay+between+peroxisomes+and+other+subcellular+organelles+including+mitochondria+and+the+endoplasmic+reticulum.">Metabolic interplay between peroxisomes and other subcellular organelles including mitochondria and the endoplasmic reticulum.</a> Frontiers in Cell and Developmental Biology. 3, 83 (2016).</li><li>He, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acetyl-CoA+derived+from+hepatic+peroxisomal+&#946;-oxidation+inhibits+autophagy+and+promotes+steatosis+via+mTORC1+activation.">Acetyl-CoA derived from hepatic peroxisomal &#946;-oxidation inhibits autophagy and promotes steatosis via mTORC1 activation.</a> Molecular Cell. 79 (1), 30.e4-42.e4 (2020).</li><li>Cipolla, C. M., Lodhi, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peroxisomal+dysfunction+in+age-related+diseases.">Peroxisomal dysfunction in age-related diseases.</a> Trends in Endocrinology &amp; Metabolism. 28 (4), 297-308 (2017).</li><li>Fransen, M., Nordgren, M., Wang, B., Apanasets, O., Veldhoven, P. P. 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B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+peroxisomal+AAA+ATPase+complex+prevents+pexophagy+and+development+of+peroxisome+biogenesis+disorders.">The peroxisomal AAA ATPase complex prevents pexophagy and development of peroxisome biogenesis disorders.</a> Autophagy. 13 (5), 868-884 (2017).</li><li>Nazarko, T. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pexophagy+is+responsible+for+65%+of+cases+of+peroxisome+biogenesis+disorders.">Pexophagy is responsible for 65% of cases of peroxisome biogenesis disorders.</a> Autophagy. 13 (5), 991-994 (2017).</li><li>Eberhart, T., Kovacs, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pexophagy+in+yeast+and+mammals:+An+update+on+mysteries.">Pexophagy in yeast and mammals: An update on mysteries.</a> Histochemistry and Cell Biology. 150 (5), 473-488 (2018).</li><li>Manjithaya, R., Nazarko, T. Y., Farr&#233;, J. -. C., Subramani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mechanism+and+physiological+role+of+pexophagy.">Molecular mechanism and physiological role of pexophagy.</a> FEBS Letters. 584 (7), 1367-1373 (2010).</li><li>Till, A., Lakhani, R., Burnett, S. F., Subramani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pexophagy:+The+selective+degradation+of+peroxisomes.">Pexophagy: The selective degradation of peroxisomes.</a> International Journal of Cell Biology. 2012, 512721 (2012).</li><li>Germain, K., Kim, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pexophagy:+A+model+for+selective+autophagy.">Pexophagy: A model for selective autophagy.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (2), 578 (2020).</li><li>Kim, P. K., Hailey, D. W., Mullen, R. T., Lippincott-Schwartz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ubiquitin+signals+autophagic+degradation+of+cytosolic+proteins+and+peroxisomes.">Ubiquitin signals autophagic degradation of cytosolic proteins and peroxisomes.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (52), 20567-20574 (2008).</li><li>Yamashita, S., Abe, K., Tatemichi, Y., Fujiki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+membrane+peroxin+PEX3+induces+peroxisome-ubiquitination-linked+pexophagy.">The membrane peroxin PEX3 induces peroxisome-ubiquitination-linked pexophagy.</a> Autophagy. 10 (9), 1549-1564 (2014).</li><li>Nordgren, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Export-deficient+monoubiquitinated+PEX5+triggers+peroxisome+removal+in+SV40+large+T+antigen-transformed+mouse+embryonic+fibroblasts.">Export-deficient monoubiquitinated PEX5 triggers peroxisome removal in SV40 large T antigen-transformed mouse embryonic fibroblasts.</a> Autophagy. 11 (8), 1326-1340 (2015).</li><li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ATM+functions+at+the+peroxisome+to+induce+pexophagy+in+response+to+ROS.">ATM functions at the peroxisome to induce pexophagy in response to ROS.</a> Nature Cell Biology. 17 (10), 1259-1269 (2015).</li><li>Chen, B. -. H., Chang, Y. -. J., Lin, S., Yang, W. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hsc70/Stub1+promotes+the+removal+of+individual+oxidatively+stressed+peroxisomes.">Hsc70/Stub1 promotes the removal of individual oxidatively stressed peroxisomes.</a> Nature Communications. 11 (1), 5267 (2020).</li><li>Hung, Y. H., Chen, L. M., Yang, J. Y., Yang, W. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporally+controlled+induction+of+autophagy-mediated+lysosome+turnover.">Spatiotemporally controlled induction of autophagy-mediated lysosome turnover.</a> Nature Communications. 4, 2111 (2013).</li><li>Mageswaran, S. K., Yang, W. Y., Chakrabarty, Y., Oikonomou, C. M., Jensen, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cryo-electron+tomography+workflow+reveals+protrusion-mediated+shedding+on+injured+plasma+membrane.">A cryo-electron tomography workflow reveals protrusion-mediated shedding on injured plasma membrane.</a> Science Advances. 7 (13), eabc6345 (2021).</li><li>Yang, J. Y., Yang, W. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporally+controlled+initiation+of+parkin-mediated+mitophagy+within+single+cells.">Spatiotemporally controlled initiation of parkin-mediated mitophagy within single cells.</a> Autophagy. 7 (10), 1230-1238 (2011).</li><li>Yang, J. Y., Yang, W. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bit-by-bit+autophagic+removal+of+parkin-labelled+mitochondria.">Bit-by-bit autophagic removal of parkin-labelled mitochondria.</a> Nature Communications. 4, 2428 (2013).</li><li>Los, G. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HaloTag:+A+novel+protein+labeling+technology+for+cell+imaging+and+protein+analysis.">HaloTag: A novel protein labeling technology for cell imaging and protein analysis.</a> ACS Chemical Biology. 3 (6), 373-382 (2008).</li><li>Lismont, C., Walton, P. A., Fransen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+monitoring+of+subcellular+redox+dynamics+in+living+mammalian+cells+using+RoGFP2-based+probes.">Quantitative monitoring of subcellular redox dynamics in living mammalian cells using RoGFP2-based probes.</a> Methods in Molecular Biology. 1595, 151-164 (2017).</li><li>Nordgren, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+limitations+in+the+use+of+KillerRed+for+fluorescence+microscopy.">Potential limitations in the use of KillerRed for fluorescence microscopy.</a> Journal of Microscopy. 245 (3), 229-235 (2012).</li></ol>

Questo protocollo spiega in dettaglio come innescare la pesofagia mediata da Stub1 all'interno delle colture cellulari elevando i livelli di ROS perossisomale con la luce. Poiché il protocollo si basa sulla generazione di ROS assistita da coloranti, è necessario garantire un'espressione sufficiente di diKillerRed-VKSKL o colorazione del ligando SLP marcato con colorante all'interno delle cellule di interesse. Dato che diversi tipi di cellule o cellule di diverso background genetico possono ospitare perossisomi con prop...

I perossisomi sono organelli legati a membrana singola presenti nella maggior parte delle cellule eucariotiche. I perossisomi sono un compartimento metabolico essenziale per effettuare la beta-ossidazione degli acidi grassi a catena molto lunga, il catabolismo delle purine e la sintesi dei fosfolipidi eterici e degli acidi biliari1. L'acetil-CoA derivata dai perossisomi controlla l'omeostasi lipidica regolando la segnalazione centrale nel metabolismo2. Pertanto, non sorprende che le funzioni perossisomiali compromesse siano implicite in varie malattie, tra cui disturbi neurodegenerativi, invecchiamento, tumori, obesità e diabete 3,4,5. Un processo essenziale nel mantenimento del funzionamento perossisomale è la pesofagia. La pexofagia è un processo catabolico per il turnover selettivo dei perossisomi da parte dell'autofagia. Le cellule usano la pexofagia per aiutare a controllare la quantità e la qualità dei perossisomi, garantendo così una corretta funzione perossisomiale. Uno studio recente ha dimostrato che la perdita di perossisomi causata da mutazioni nei fattori di biogenesi perossisomale PEX1 1 e 6 deriva dalla pexofagia 6 non controllata. In particolare, il 65% di tutti i pazienti con disturbo della biogenesi dei perossisomi (PBD) presenta carenze nel complesso perossisomale AAA ATPasi, composto da PEX1, PEX6 e PEX26 nelle cellule di mammifero7.
Un certo numero di metodi possono essere utilizzati per iniziare e studiare la pesofagia. Nel lievito, la pexofagia viene attivata quando i nutrienti forniti passano da fonti di carbonio dipendenti dai perossisomi a fonti di carbonio indipendenti dai perossisomi (per abbassare il numero di perossisomi cellulari)8. Ad esempio, il trasferimento di cellule di Pichia pastoris coltivate a metanolo dal mezzo di metanolo al mezzo di glucosio e al mezzo di etanolo induce micropexofagia e macropexofagia, rispettivamente 8,9,10. La micropexofagia sequestra i perossisomi raggruppati per la degradazione rimodellando il vacuolo per formare membrane di sequestro vacuolare simili a coppe e una struttura simile a un coperchio chiamata apparato di membrana micropexofagico-specifico (MIPA). Nella macropexofagia, i singoli perossisomi sono inghiottiti da strutture a doppia membrana note come pexofagosomi, seguite dalla fusione con il vacuolo per la degradazione 8,9,10. La fosforilazione dei recettori della pesofagia, come Atg36p in Saccharomyces cerevisiae e Atg30p in Pichia pastoris, è fondamentale per i recettori per reclutare il meccanismo di autofagia centrale e per facilitare il targeting perossisomale agli autofagosomi 8,11.
Nelle cellule di mammifero, la pesofagia può essere indotta dall'ubiquitinazione. La marcatura delle proteine di membrana perossisomale PMP34 o PEX3 con ubiquitina sul lato citosolico induce la pesofagia12. La sovraespressione di PEX3 induce l'ubiquitinazione dei perossisomi e l'eliminazione dei perossisomi da parte dei lisosomi13. Inoltre, la fusione di PEX5 con un EGFP C-terminale compromette l'esportazione di PEX5 monoubiquitinata e provoca la pesofagia14. D'altra parte, la pexofagia può anche essere innescata dal trattamento con H 2 O2. I perossisomi producono specie reattive dell'ossigeno (ROS); nello specifico, l'enzima perossisomale Acox1, che catalizza la fase iniziale della beta-ossidazione degli acidi grassi a catena molto lunga (> 22 carbonio), produce non solo acetil-CoA ma anche ROS perossisomiali. In risposta ai livelli elevati di ROS sotto il trattamento conH 2 O2, le cellule di mammifero attivano la pexofagia per ridurre la produzione di ROS e alleviare lo stress. È stato riportato che il trattamentocon H 2 O2 guida il reclutamento di atassia-telangiectasia mutata (ATM) in perossisomi. ATM quindi fosforila PEX5 per promuovere il turnover perossisomale mediante la pesofagia15.
Poiché i perossisomi sono centri di generazione di ROS, sono anche soggetti a danni da ROS. Le lesioni perossisomiali indotte da ROS costringono le cellule ad attivare la pexofagia per avviare le vie di controllo della qualità dei perossisomi (rimozione del perossisoma danneggiato mediante autofagia). Qui, delineiamo un approccio per l'innesco on-demand di lesioni perossisomiali indotte da ROS. Il protocollo sfrutta la produzione di ROS attivati dalla luce all'interno degli organelli 16,17,18,19,20 (Figura 1). I perossisomi marcati con colorante sono illuminati, portando alla produzione di ROS all'interno del lume perossisomiale, che innesca specificamente la lesione perossisomiale. Utilizzando questo protocollo, è dimostrato che i perossisomi stressati da ROS vengono rimossi attraverso una via di degradazione ubiquitina-dipendente. I perossisomi stressati da ROS reclutano l'ubiquitina E3 ligasi Stub1 per consentire il loro inghiottimento in autofagosomi per la rimozione individuale mediante pexofagia16. Si può usare questo protocollo per confrontare il destino dei perossisomi feriti e sani all'interno della stessa cellula mediante microscopia time-lapse. Il metodo può anche essere utilizzato per danneggiare globalmente tutti i perossisomi (in tutte le cellule) su un piatto di coltura, consentendo l'analisi biochimica della via della pexofagia.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>35 mm culture dish with a 20 mm diameter glass microwell&#160;</td>
			<td>MatTek</td>
			<td>P35G-1.5-20-C</td>
			<td>20 mm glass bottomed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-amino-1,2,4-triazole (3-AT)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A8056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bovine serum</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>16170060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture incubator</td>
			<td>Nuaire</td>
			<td>NU-4750</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>diKillerRed-PTS1</td>
			<td>Academia Sinica</td>
			<td></td>
			<td>made by appending the KillerRed tandem dimer with PTS1(VKSKL)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium (DMEM)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>11965092</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12 (DMEM/F-12)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>11330032</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGFP-C1</td>
			<td>Clontech</td>
			<td>pEGFP-C1</td>
			<td>The backbone of EGFP-C1 was used for cloning EGFP-Stub1, EGFP-Hsp70, EGFP-p62</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGFP-Hsp70</td>
			<td>Academia Sinica</td>
			<td></td>
			<td>Hsp70 gene (HSPA1A) PCR amplified from HeLa cDNA and cloned into EGFP-C1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGFP-LC3B</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>11546</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGFP-p62</td>
			<td>Academia Sinica</td>
			<td></td>
			<td>generated by inserting the human SQSTM1 gene (through PCR amplification of the HeLa cell cDNA) into EGFP-C1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGFP-Stub1</td>
			<td>Academia Sinica</td>
			<td></td>
			<td>generated by inserting the mouse Stub1 gene (through PCR amplification of the total mouse kidney cDNA) into EGFP-C1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGFP-Ub</td>
			<td>Addgene</td>
			<td>11928</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fetal bovine serum</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>10437028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HaloTag TMR ligand&#160;</td>
			<td>Promega</td>
			<td>G8252</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HaloTag-PTS1</td>
			<td>Academia Sinica</td>
			<td></td>
			<td>PTS1 appended and cloned into EGFP-C1 backbone</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>15630080</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted Confocal Microscope&#160;</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FV3000RS</td>
			<td>405 nm Ex, 488 nm Ex, 561 nm Ex,&#160; microscope with a TOKAI HIT chamber incubator and the UNIV2-D35 dish attachment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Janelia Fluor 646 HaloTag Ligand</td>
			<td>Promega</td>
			<td>GA1120</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED</td>
			<td>VitaStar</td>
			<td>PAR64</td>
			<td>80 W, 555-570 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lipofectamine 2000&#160;</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>11668</td>
			<td>transfection reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIH3T3 cell</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-1658</td>
			<td>adherent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Opti-MEM</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>319850</td>
			<td>reduced serum media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>penicillin/streptomycin</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>15140</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMP34-TagBFP</td>
			<td>Academia Sinica</td>
			<td></td>
			<td>PMP34 PCR amplified from HeLa cDNA and cloned intoTagBFP-C (Evrogen FP171)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>roGFP2-PTS1</td>
			<td>Academia Sinica</td>
			<td></td>
			<td>generated by appending eroGFP (taken from Addgene plasmid 20131) with the amino acid sequence VKSKL, and cloned into the EGFP-C1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SHSY5Y cell</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-2266</td>
			<td>adherent</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

monitoring stub1-mediated pexophagy

Le cellule di mammifero possono trasformare i perossisomi attraverso la pesofagia mediata da Stub1. Il percorso consente potenzialmente il controllo cellulare della quantità e della qualità dei perossisomi. Durante questo processo, la proteina da shock termico 70 e l'ubiquitina E3 ligasi, Stub1, traslocano sui perossisomi per essere girati per iniziare la pexofagia. L'attività della ligasi Stub1 consente l'accumulo di ubiquitina e di altri moduli correlati all'autofagia su perossisomi mirati. L'elevazione dei livelli di specie reattive dell'ossigeno (ROS) all'interno del lume perossisomale può attivare la pesofagia mediata da Stub1. Si può, quindi, utilizzare la generazione di ROS assistita da coloranti per innescare e monitorare questo percorso. Questo articolo delinea le procedure per l'utilizzo di due classi di coloranti, proteine fluorescenti e fluorofori sintetici, per avviare la pesofagia all'interno di colture cellulari di mammifero. Questi protocolli basati sulla generazione di ROS assistiti da coloranti non solo possono essere utilizzati per colpire tutti i perossisomi all'interno di una popolazione cellulare a livello globale, ma possono anche consentire la manipolazione di singoli perossisomi all'interno di singole cellule. Descriviamo anche come la pexofagia mediata da Stub1 può essere seguita usando la microscopia a cellule vive.

Lo schema di induzione della pesofagia mediata da Stub1 mostrato qui sfrutta la generazione di ROS assistita da coloranti all'interno del lume del perossisoma. Questa operazione richiede intensità luminose minime. I perossisomi contenenti proteine fluorescenti o coloranti possono quindi essere illuminati utilizzando microscopi confocali a scansione laser standard. L'illuminazione focale porta alla produzione istantanea e localizzata di ROS all'interno dei singoli perossisomi, come indicato dal reporter fluorescente roGF...

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Monitoring Stub1-Mediated Pexophagy

Questo protocollo fornisce istruzioni per l'attivazione e il monitoraggio della pesofagia mediata da Stub1 in cellule vive.

Monitoraggio della pexofagia mediata da Stub1

Mammalian cells can turn over peroxisomes through Stub1-mediated pexophagy. The pathway potentially permits cellular control of the quantity and quality ...

I perossisomi effettuano la beta ossidazione e sono soggetti a danni da ROS. Questo metodo permette di studiare come le cellule trattano i perossisomi stressati da ROS. Questo protocollo non viene utilizzato solo per colpire globalmente tutti i perossisomi all'interno di una popolazione cellulare, ma può anche consentire la manipolazione dei singoli perossisomi all'interno di singole cellule.La generazione di ROS assistita da coloranti può anche essere utilizzata per colpire gli organelli al di fuori dei perossisomi per sondare come le cellule affrontano le lesioni da organello. Per iniziare, seminare due volte 10 alla quinta cellula umana SHSY5Y o sei volte 10 alla quarta cellula NIH H3T3 del topo in 840 microlitri di terreno di coltura su piatti di coltura da 35 millimetri con fondo di vetro con un micropozzetto di vetro di 20 millimetri di diametro. Coltiva le cellule sotto il 5% di anidride carbonica a 37 gradi Celsius per 24 ore.Quindi, trasfettare le cellule con i plasmidi desiderati usando un reagente di trasfezione o una trasfezione cellulare SHSY5Y. Diluire plasmidi in 55 microlitri di DMEM/F-12 senza siero e diluire un microlitro di reagente di trasfezione in 55 microlitri di DMEM/F-12 senza siero. Combinare il DNA diluito con il reagente diluito.Mescolare delicatamente e incubare per 30 minuti a temperatura ambiente. Aggiungere il complesso al micropozzetto da 20 millimetri precedentemente placcato con 100 microlitri di terreno di coltura contenente cellule SHSY5Y senza antibiotici. Agitare delicatamente il piatto avanti e indietro.Eseguire la trasfezione cellulare NIH 3T3 come dimostrato in precedenza, ma sostituire il mezzo sierico ridotto invece di DMEM/F-12 privo di siero per la diluizione del plasmide e il reagente di trasfezione. Dopo due ore di trasfezione, rimuovere il mezzo contenente il reagente di trasfezione e aggiungere un millilitro di terreno di coltura fresco. Incubare le cellule NIH 3T3 o SHSY5Y a 37 gradi Celsius e 5% anidride carbonica per 24 ore.Per la produzione di ROS attivati dalla luce, a 24 ore dalla trasfezione rimuovere il terreno di coltura e aggiungere 10 microlitri di ligando HaloTag TMR nanomolare o 200 ligando nanomolare Janelia Fluor 646 HaloTag sul micropozzetto di vetro da 20 millimetri. Trasferire il piatto in un incubatore a 37 gradi Celsius e 5% di anidride carbonica e lasciarlo per un'ora a macchiare le cellule. Dopo un'ora, rimuovere accuratamente il mezzo di colorazione e aggiungere un millilitro di terreno di coltura fresco.Posizionare un piatto con fondo di vetro contenente le cellule desiderate su un microscopio confocale a scansione laser dotato di un'incubatrice da palcoscenico. Nel software, fare clic su Finestra strumenti, scegliere Ocular e fare clic sul pulsante DIA per accendere la luce trasmessa. Visualizza il piatto attraverso l'oculare del microscopio e metti a fuoco le cellule ruotando la manopola di messa a fuoco.Scegliere LSM e fare clic sul pulsante Dye Detector Select. Fare doppio clic sui coloranti desiderati nella finestra pop-up per selezionare le impostazioni laser e di filtro appropriate per l'imaging delle cellule. Fare clic su Live4x nel pannello Live per avviare la scansione laser veloce per avviare lo screening dei segnali fluorescenti delle cellule.Spostare lo stage utilizzando il controller del joystick e individuare le cellule medie che esprimono diKillerRed VKSKL o SLP-VKSKL per applicare lo stress ROS sui perossisomi. Acquisire un'immagine della cella desiderata. Fare clic su Finestra strumento e scegliere Stimolazione LSM.Quindi fai clic sul pulsante ellisse e nella finestra Live Image usa il mouse per disegnare un ROI di 15 micrometri di diametro contenente i perossisomi desiderati a cui verrà applicata la sollecitazione ROS. Per applicare lo stress ROS, utilizzare 561 nanometri per le cellule con il ligando SLP marcato con diKillerRed VKSKL o TMR e utilizzare 640 nanometri per le cellule colorate con il ligando SLP marcato con Janelia Fluor 646. Selezionare la lunghezza d'onda del laser per applicare la sollecitazione ROS.Inserisci la percentuale laser desiderata e la durata. Per la produzione di ROS nei perossisomi, fare clic su Acquisisci e quindi sul pulsante Stimolazione per avviare la scansione con 561 o 640 nanometri di luce attraverso i ROI per 30 secondi ciascuno. Questa stimolazione corrisponde a circa il 5% delle impostazioni di potenza del laser per 561 e 640 nanometri.Dopo 30 secondi di illuminazione laser, i perossisomi all'interno dei ROI perdono i loro segnali diKillerRed VKSKL, TMR o Janelia Fluor 646. Questa perdita di segnale consente di distinguere i perossisomi illuminati e non illuminati all'interno della cellula. Per monitorare le cellule vive dei pexofagei, seguire la traslocazione di Stub1, Hsp70, ubiquitina, p62 o LC3B con tag EGFP sui perossisomi illuminati o sollecitati da ROS mediante imaging time lapse utilizzando intervalli di 10 minuti tra i fotogrammi.L'illuminazione focale porta alla produzione istantanea e localizzata di ROS all'interno dei singoli perossisomi come indicato dal reporter fluorescente roGFP2-VKSKL. L'immagine diKillerRed VKSKL è stata scattata dopo che tutte le misurazioni roGFP2-VKSKL sono state effettuate per indicare la posizione dei perossisomi danneggiati. I dati mostrano anche che i perossisomi non illuminati non sono interessati, indicando la precisione della metodologia.Questa metodologia è stata utilizzata per monitorare la esofagia mediata da Stub1. Durante questo processo, Hsp70, Stub1, proteine ubiquitinate, adattatori di autofagia p62 e LC3B appaiono successivamente nei perossisomi stressati da ROS per guidare la pesofagia. Utilizzando la stessa strategia, è stato possibile danneggiare contemporaneamente tutti i perossisomi su un piatto di coltura per la caratterizzazione biochimica della pesofagia mediata da Stub1.Prima dell'illuminazione a LED, la fluorescenza EGFP-ubiquitina era omogenea nel citoplasma e non colocalizzava con i perossisomi. Dopo nove ore di illuminazione a LED, i segnali EGFP-ubiquitina si sono accumulati su tutti i perossisomi nelle cellule cresciute in un piatto confocale. Utilizzando questo protocollo, abbiamo scoperto che i perossisomi stressati da ROS vengono rimossi attraverso una via di degradazione ubiquitina-dipendente.I perossisomi stressati da ROS reclutano l'ubiquitina E3 ligasi Stub1 per consentire la loro rimozione mediante pesofagia.

Research

JoVE Journal

Biology

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Ricerca

Biologia

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