Summary

タンパク質分析のためのマウス網膜における光受容体細胞区画の単離のための2つの剥離方法

Published: December 07, 2021
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Summary

このプロトコルは、タンパク質分析のためにマウスの桿体光受容体の細胞内区画を単離するための2つの技術を提示する。第1の方法は、生きた網膜とセルロース濾紙を使用してロッドの外側セグメントを分離し、第2の方法は凍結乾燥された網膜と粘着テープを使用してロッドの内側と外側のセグメント層を剥離する。

Abstract

桿体光受容体は、異なる区画を有する高度に偏光された感覚ニューロンである。マウスの桿体は、長く(〜80μm)および薄く(〜2μm)、網膜の最外層である感光体層に横方向に充填され、類似の細胞下区画の位置合わせをもたらす。伝統的に、凍結したフラットマウント網膜の接線方向切片化は、異なる桿体区画内のタンパク質の動きおよび局在を研究するために使用されてきた。しかし、桿体優性マウス網膜の高い曲率は、接線切除を困難にする。コンパートメント間のタンパク質輸送の研究に動機づけられて、我々は、ウエスタンブロット用のロッド外側セグメント(ROS)および他の細胞下コンパートメントを確実に単離する2つの剥離方法を開発した。当社の比較的迅速かつ簡単な技術は、濃縮された細胞内特異的画分を提供し、正常な棒状体における重要な光受容体タンパク質の分布および再分布を定量的に測定する。さらに、これらの単離技術は、健康な網膜および変性網膜の両方内の他の細胞層のタンパク質組成を単離および定量的に調査するために容易に適合させることもできる。

Introduction

神経網膜の最外層にしっかりと詰め込まれた桿体視細胞は、薄暗い光の視覚の不可欠な部分です。忠実な光子カウンターとして機能するために、ロッドは、光変換と呼ばれるGタンパク質ベースのシグナル伝達経路を利用して、単一光子捕捉に対する迅速で増幅された再現可能な応答を生成する。光に対するこの応答は、最終的に原形質膜における電流の変化を引き起こし、その後、視覚系の残りの部分に信号を送る1。その名前が示すように、各桿体細胞は明確な棒状の形状を有し、外側セグメント(OS)、内側セグメント(IS)、細胞体(CB)、およびシナプス末端(ST)からなる高度に分極した細胞形態を示す。各細胞下区画には、特定のタンパク質機構(膜結合および可溶性)、生体分子的特徴、および視覚的光伝達、一般的なハウスキーピングおよびタンパク質合成、シナプス伝達などの重要な役割を果たすタンパク質複合体があります2,3

30年以上前、細胞内タンパク質、特にトランスデューシン(OSから離れる)とアレスチン(OSに向かう)の光依存的な相互運動が最初に観察されました4,5,6,7早い段階で、この観察された現象は、エピトープマスキングに対する免疫組織化学の脆弱性のために、懐疑的に受け止められました8。2000年代初頭、刺激依存性のタンパク質転座は、厳格で困難な物理的切片技術を用いて確認された9。凍結したフラットマウントげっ歯類網膜の連続接線切片化とそれに続くイムノブロッティングにより、トランスデューシン910、アレステイン11、12、およびrecoverin13はすべて、光に応答して細胞内再分布を受けることが明らかになった。これらの重要なシグナル伝達タンパク質の光駆動転座は、光変換カスケードの感受性を調節するだけでなく9,14,15だけでなく、光損傷に対する神経保護も可能であると考えられている16,17,18桿体における光駆動タンパク質輸送は、桿体細胞の生物学および生理学にとって非常に重要であるように思われるので、タンパク質分布を決定するために異なる細胞内区画の単離を可能にする技術は貴重な研究ツールである。

現在、桿体細胞下区画を単離することを目的としたいくつかの方法がある。しかしながら、これらの方法は、長くて再現が困難であり得るか、またはかなりの量の網膜分離物を必要とする。ロッドアウターセグメント(ROS)調製物は、密度勾配遠心分離19を介して、例えば、網膜ホモジネートからROSを分離するために一般的に使用される。この方法はウェスタンブロットに広く使用されているが、この手順は非常に時間がかかり、最低8〜12匹のマウス網膜20を必要とする。一方、凍結マウスおよびラット網膜の直列接線切片化は、OS、IS、CB、およびST91113を単離する際に首尾よく実施されている。しかし、この方法は、接線切除の前に網膜層を整列させるために、小さくて高度に湾曲したマウス網膜を完全に平坦化する必要があるため、技術的に困難である。視覚系の疾患を再現するマウスモデルやトランスジェニックマウスは数多く存在するため、個々の桿体コンパートメントを確実に、迅速に、そして容易に分離する技術の創出は、各特殊なコンパートメントで起こる生理学的プロセスと、健康および疾患における視覚プロセスの根底にあるメカニズムを明らかにする上で有望である。

これらの調査を容易にするために、我々は、現在のプロトコルよりも容易に桿体細胞下区画を分離する2つの剥離方法を説明する。第1の剥離方法は、パッチクランプ記録21のために蛍光標識されたバイポーラ細胞を露出させる技術から適合し、セルロース濾紙を使用して、生きた単離されたマウス網膜からROSを順次除去する(図1)。第2の方法は、chick22およびfrog23網膜から3つの一次網膜細胞層を単離する手順から適合し、粘着テープを使用して凍結乾燥網膜からROSおよび桿体内部セグメント(RIS)を除去する(図2)。どちらの手順も1時間で完了でき、かなりユーザーフレンドリーです。我々は、C57BL/6Jマウスからの暗適応および光曝露網膜を利用して、ロッドトランスデューシン(GNAT1)およびアレスチン(ARR1)の光誘発転座を実証することによって、ウェスタンブロットに対するこれら2つの分離プロトコルの有効性の検証を提供する。さらに、テープ剥離法を用いて、我々の技術が免疫細胞化学(ICC)によって取得されたタンパク質局在データとウェスタンブロットとの間の不整合を調べ、対処するために使用することができるという追加の証拠を提供する。具体的には、我々の技術は、1)プロテインキナーゼC-α(PKCα)アイソフォームが双極性細胞だけでなく、マウスROSおよびRISにも低濃度ではあるが24,25存在し、2)ロドプシンキナーゼ(GRK1)が単離されたOSサンプル中に主に存在することを示した。これらのデータは、特定のロッドタンパク質とレチナールタンパク質を分離および定量するための2つの剥離技術の有効性を示しています。

Protocol

すべての実験は、南カリフォルニア大学(USC)の研究動物ケア委員会の現地機関のガイドラインに従って実施された。 1. 生細胞網膜剥離法 エイムズのバッファーの準備、紙剥がし、解剖皿 鈍い先端の虹彩はさみ(または同等のはさみタイプ)を使用して、セルロースろ紙(グレード413)を約5mm x 2.5mmの長方形に切ります。将来の使用のために挿し木を?…

Representative Results

本戦略は、ウェスタンブロット分析のために特定の桿体細胞下区画間のタンパク質を単離および分析するための比較的迅速かつ簡単な方法を提供するために開発された。我々は、2つの逐次剥離技術(図1および図2)に続いてイムノブロッティングを適用し、これらの方法を使用して、暗適応動物および光適応動物の両方におけるロッドトランスデュ?…

Discussion

多くの網膜疾患は桿体視細胞に影響を及ぼし、桿体死、そして最終的には完全な視力喪失につながります37。ヒト網膜変性の遺伝的および機械的起源のかなりの部分は、長年にわたって多数のマウスモデルで首尾よく再現されてきた。その文脈において、個々の桿体細胞下区画を小さなマウス網膜から容易かつ選択的に分離する能力は、網膜疾患の局在する生化学的および?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作業は、NIH Grant EY12155、EY027193、およびEY027387からJCへの支援を受けました。原稿の校正をしてくれたSpyridon Michalakis博士(米国パサデナ州Caltech)とNatalie Chen氏(USC、米国ロサンゼルス)に感謝しています。また、著者が提供した映像を収集するために必要な機器を提供してくれたSeth Ruffins博士(USC、米国ロサンゼルス)とJanos Peti-Peterdi博士(USC、米国ロサンゼルス)にも感謝します。出典:Kasey Roseら、タンパク質分析のためのマウス網膜における視細胞区画の分離、分子神経変性、出版[2017]、[Springer Nature]。

Materials

100 mL laboratory or media bottle equipped with a tubing cap adapter N/A N/A
100% O2 tank N/A N/A
1000mL Bottle Top Filter, PES Filter Material, 0.22 μm Genesee Scientific 25-235
4X SDS Sample Buffer Millipore Sigma 70607-3
50 mL Falcon tube Fisher Scientific 14-432-22
95% O2 and 5% CO2 tank N/A N/A
Ames’ Medium with L-glutamine, without bicarbonate Sigma-Aldrich A1420
CaCl2 (99%, dihydrate) Sigma C-3881
Drierite (Anhydrous calcium sulfate, >98% CaSO4, >2% CoCl2) WA Hammond Drierite Co LTD 21005
Falcon Easy-Grip Petri Dish (polystyrene, 35 x 10 mm) Falcon-Corning 08-757-100A
Falcon Easy-Grip Tissue Culture Dish (60 x 15 mm) Falcon-Corning 08-772F
Feather Scalpel (No. 10, 40 mm) VWR 100499-578
Feather Scalpel (No. 11, 40 mm) VWT 100499-580
KCl (99%) Sigma P-4504
Kimble Kontes pellet pestle Sigma z359971
Labconco Fast-Freeze Flasks Labconco N/A
LN2 (liquid nitrogen) + Dewar flask or similar vacuum flask N/A N/A
MgCl2 Sigma M-9272
Milli-Q/de-ionized water EMD Millipore N/A
Na2HPO4 (powder) J.T. Baker 4062-01
NaCl (crystal) EMD Millipore Sx0420-3
NaHCO3 Amresco 0865
OmniPur EDTA EMD 4005
OmniPur HEPES, Free Acid EMD 5320
Parafilm M Sigma-Aldrich P7793
Reynolds Wrap Aluminum Foil Reynolds Brands N/A
Scotch Magic Tape (12.7 mm x 32.9 m) Scotch-3M N/A
Sodium deoxycholate Sigma-Aldrich D67501
Spectrafuge mini centrifuge Labnet International, Inc C1301
Tissue incubation chamber (purchased or custom made) N/A N/A
Tris-HCl J.T.Baker 4103-02
Triton X-100 Signma-Aldrich T8787
VirTis Benchtop 2K Lyophilizer or equivalent machine SP Scientific N/A
VWR Grade 413 Filer Paper (diameter 5.5 cm, pore size 5 μm) VWR 28310-015
Whatman Grade 1 Qualitative Filter Paper (diameter 9 cm, pore size 11 μm) Whatman/GE Healthcare 1001-090
Wide bore transfer pipet, Global Scientific VWR 76285-362

References

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Cite This Article
Rose, K., Lokappa, S., Chen, J. Two Peeling Methods for the Isolation of Photoreceptor Cell Compartments in the Mouse Retina for Protein Analysis. J. Vis. Exp. (178), e62977, doi:10.3791/62977 (2021).

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