Summary

リン酸化と大腸癌細胞におけるタウ蛋白の局在と微小管結合の試金

Published: October 10, 2017
doi:

Summary

本稿では、測定、微小管と薬物治療に続く細胞内のタウのローカリゼーションのタウ結合タウ タウを測定するための標準プロトコルについて説明します。これらのプロトコルは、薬やタウ タウや微小管結合を対象とする他の化合物をスクリーニングするため繰り返し使用できます。

Abstract

微小管関連タンパク質 tau 主軸索に局在する神経蛋白質であります。一般的にタウの微小管重合と安定化になっているので正常な神経機能に不可欠です。ニューロンのほかにタウはひと乳癌、前立腺、胃、大腸、膵癌それはほぼ同じような構造を示していて、神経のタウとして同様の機能を発揮で表されます。タウとそのリン酸化の量は、微小管の安定剤としてその機能を変更でき、別の神経変性疾患、アルツハイマー病などのペアのヘリカル フィラメントの開発に 。タウとその微小管結合特性のリン酸化状態の判断が重要です。また、タウの細胞内の局在を調べることは、さまざまな病気で重要です。この原稿詳細標準プロトコル リン酸化タウとクルクミンと LiCl 治療の有無、大腸癌細胞の微小管のタウ バインディングを測定するため。これらの治療法は、癌細胞の増殖と開発を停止する使用ことができます。低量の抗体を使用している間免疫組織化学と共焦点顕微鏡を用いたタウの細胞内局在性を調べたこれらのアッセイは、タウ タウや微小管結合に影響を与える化合物をスクリーニングするため繰り返し使用できます。関連抗癌剤は可能性のあるこれらのプロトコルを使用して特徴付けられるまたは異なるタウオパチーの治療薬が使用されます。

Introduction

タウはもともと共同チューブリン1で精製した熱安定性微小管関連タンパク質として同定されました。タウは、高等真核生物2,3,4でのみ表されます。タウの主な機能は、微小管アセンブリ1,5,6を制御することです。また、微小管7、軸索輸送89軸索直径の変化、神経変性疾患10神経極性の形成の重合化に貢献します。タウは、いくつかのシグナル伝達経路を制御するタンパク質の足場としても機能します。ラット脳研究は、タウを提案するニューロン固有でありそれが主に軸索11に局在すること。中枢神経の軸索の開発で主要な役割を果たすタウ タウが微小管重合と神経の開発に不可欠な仮説この仮説は後の in vitroin vivoの実験により確認します。ニューロンに加えタウは異なる非神経細胞、肝臓、腎臓、筋肉細胞12,13などで表されます。また、ひと乳癌、前立腺、大腸、胃、膵癌細胞ラインおよび組織14,15,16,17,18,タウを表現します。19. タウ封入体筋炎、封入体20のツイスト tubulofilaments として分かった。

タウは、いくつかの翻訳後修飾を運ぶことができます。すべてのポスト翻訳の修正のリン酸化が最も一般的です。増加 tau のリン酸化は、最終的に不安定細胞骨格微小管の親和性を減少します。80-5 リン酸化サイトは、タウ蛋白のヒトのアルツハイマー病脳組織から分離されたに記載されています。これらのサイトの 53% は唯一 6% チロシン残基21,22,2341% トレオニン、セリンを構成します。Tau のリン酸化に影響を与える他のポスト翻訳の修正には感受性と溶解バインディング機能局在化。正常範囲以上にも tau のリン酸化 (またはリン酸基を完全に飽和させる) アルツハイマー病24の構造と機能特性を複製するタウとして知られています。タウは、軸索の微小管の正常な機能維持し、確実に生理学的な条件の下で正常な神経機能します。ただし、過リン酸化タウが微小管分解のため神経細胞の損失の原因とよく組織化された微小管結合を維持するために失敗します。リン酸化タウの正常なレベルに必要機能、適切なタウが、タウがその特徴的なリン酸化レベルが変更される、過リン酸化25の場合正常に機能に失敗します。アルツハイマー病と他の加齢に伴う変性疾患、タウ過リン酸化になり、ペアのヘリカル フィラメントと原線維変化26,27を形成します。したがって、tau のリン酸化と微小管結合を決定するための方法が重要です。

加齢関連のがんの場合、大腸がんは 3 番目は最も頻繁両方の男性と女性の28の第 3 著名な死の原因となる癌を診断です。大腸癌は、西部の世界29の主な死の原因となる癌の一つです。大腸がんとアルツハイマー病は、高齢化に関連付けられているため、両方起こる主に先進国の人々 が同じような食生活を楽しむ 2 つの病気は相関何とか可能性があります。また、タウ陽性とタウ陰性の癌細胞は、化学療法剤、例えば、パクリタ キセル16に異なる対応します。

クルクミンは、ウコン、インド スパイス ウコン30の主要な誘導体の 1 つです。何世紀にも南アジア人口は日常的に彼らの食事療法でウコンを消費しています。クルクミンは大腸癌、アルツハイマー病、糖尿病、嚢胞性線維症、炎症性腸疾患、関節炎、高脂血症、動脈硬化症、虚血性心疾患31,を含む、さまざまな病気の治療に使用します。32,33,34,35,36,37,38. リチウムできますも大腸癌細胞を殺すか39彼らの増殖を防ぐ。リチウムは、タウ凝集が減り、、トランスジェニック マウス モデル41,42,43に見られるそのタウを防止、アルツハイマー病40の治療にも使用できます。 44

この原稿を目指して: 1) 総タウと扱われた細胞内リン酸化タウ発現レベルを測定します。2); リン酸化タウ全体を測定する脱燐酸化酵素試金を記述します。3); タウの微小管結合を調べる・ 4) クルクミンまたは LiCl で治療した大腸癌細胞株における共焦点顕微鏡によるタウをローカライズします。結果では、クルクミンと細胞治療、大腸癌のためおそらく良い化学療法剤であるし、LiCl による治療両方の総タウの式を減らすことができます大腸癌細胞株におけるタウをリン酸化を明らかにします。これらの治療法は、タウの核内移行を引き起こすことも。しかし、突然、クルクミンはタウの微小管への結合を改善するために失敗します。

Protocol

1 試薬調製 プロテアーゼ阻害剤カクテル溶液の (1 mM) 特異フッ化物溶液、10 の追加の 10 μ μ l (100 x の在庫から 1 x) とホスファターゼの 10 μ l (100 x の在庫から 1 x)。完全な RIPA 溶解バッファーを準備する 1 x radioimmunoprecipitation 検定法 (RIPA) バッファーの 1 mL に阻害剤カクテル ソリューションです。 一般的なチューブリン バッファー (PEM) x 10 の準備。 追加 800 …

Representative Results

クルクミンの LiCl (図 1) 濃度の異なるセルを扱う後総タウとリン酸化タウの発現を調べた。クルクミンの濃度の異なる 3 つのセルの治療減少タウ発現;しかし、リン酸化タウ式低濃度クルクミンの投与により増加、クルクミン濃度が高いとセルを扱う時に減少しました。アンチ-リン-タウ (Ser396) は、リン酸化タウの検出に使われました。合計 tau ?…

Discussion

この原稿は、総タウを検出するためさまざまな手続き型条件を確立し、クルクミンと LiCl 大腸癌細胞で tau のリン酸化します。Tau 蛋白質のサンプルの全体のリン酸化状態を評価するために脱燐酸化酵素試金は記述されていた。この試金は、任意のタンパク質のリン酸化状態を調べる可能性があります使用できます。

この試金は非リン酸化状態より遅いタンパク質の動き?…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究を行ったプロジェクトの一部タイトルの 『 開発と価値の高い化粧品原料海洋微細藻類からの工業化 』、省の海洋と水産、韓国、によって資金を供給、学内グラント (2Z04930) によって支えられました。天然物の KIST 陵所。

Materials

HCT 116 cell ATCC CCL-247
MEM (EBSS) Hyclone SH30024.01
Fetal Bovine Serum (FBS) ThermoFisher (Gibco) 16000044 Store at -20 °C
penicillin-streptomycin Hyclone SV30010
Trypsin-EDTA solution WelGene LS 015-01
100 mm dish Corning 430161
6 well plate Corning Coster 3516
Anti-Tau 13 antibody abcam ab19030
Dithiothreitol (DTT) Roche 10 708 984 001 Storage Temperature 2–8 °C
Microlitre Centrifuges Hettich Zentrifugen MIKRO 200 R
Paclitaxel Sigma-Aldrich T1912 Storage Temperature 2–8 °C
Curcumin Sigma-Aldrich (Fluka) 78246 Storage Temperature 2–8 °C
Microtubules (MT) Cytoskeleton MT001 Store at 4 °C (desiccated)
Mounting Medium with DAPI Vector Laboratories H-1200 Store at 4 °C in the dark
Sodium hydroxide Sigma 72068
Magnesium Chloride Sigma-Aldrich M2670
GTP Sigma-Aldrich G8877 Store at -20 °C
DPBS WelGene LB 001-02
Sonic Dismembrator Fisher Scientific Model 500
Ultracentrifuge Beckman Coulter Optima L-100 XP
PIPES Sigma P1851
Bovine serum Albumin (BSA) Sigma A7906
Molecular Imager Bio-Rad ChemiDoc XRS+ Store at 4 °C
Protein assay dye reagent Bio-Rad 500-0006
α-tubulin (11H10) Rabbit mAb Cell signalling 2125
GAPDH (14C10) Rabbit mAb Cell signalling 2118
Anti-Tau (phospho S396) antibody abcam ab109390
EGTA Sigma E3889 Store at room temperature
FastAP Thermosensitive Alkaline Phosphatase Thermo Scientific EF0651 Store at -20 °C
PMSF Sigma P7626 Store at room temperature
Phosphatase Inhibitor Cocktail Cell Signalling 5870 Store at 4 °C
Protease Inhibitor Cocktail Cell Signalling 5871 Store at 4 °C
RIPA Buffer Sigma R 0278 Storage Temperature 2–8 °C
Tau-352 human Sigma T 9950 Store at -20 °C
Triton X-100  Sigma-Aldrich X – 100 Store at around 25 °C
PVDF membrane Bio-Rad 162-0177
Goat anti-mouse IgG Secondary Antibody ThermoFisher A-11005 Store at 4 °C in the dark
Confocal Microscopy Leica Microsystem Leica TCS SP5
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) Affymetrix 75819
Protein Assay Bio-Rad 500-0006 Store at 4 °C

Referencias

  1. Weingarten, M. D., Lockwood, A. H., Hwo, S. Y., Kirschner, M. W. A protein factor essential for microtubule assembly. Proc Natl Acad Sci U S A. 72, 1858-1862 (1975).
  2. Cambiazo, V., Gonzalez, M., Maccioni, R. B. DMAP-85: a tau-like protein from Drosophila melanogaster larvae. J Neurochem. 64, 1288-1297 (1995).
  3. Goedert, M., et al. PTL-1, a microtubule-associated protein with tau-like repeats from the nematode Caenorhabditis elegans. J Cell Sci. 109 (Pt 11), 2661-2672 (1996).
  4. Goedert, M., Spillantini, M. G., Jakes, R., Rutherford, D., Crowther, R. A. Multiple isoforms of human microtubule-associated protein tau: sequences and localization in neurofibrillary tangles of Alzheimer’s disease. Neuron. 3, 519-526 (1989).
  5. Cleveland, D. W., Hwo, S. Y., Kirschner, M. W. Purification of tau, a microtubule-associated protein that induces assembly of microtubules from purified tubulin. J Mol Biol. 116, 207-225 (1977).
  6. Fellous, A., Francon, J., Lennon, A. M., Nunez, J. Microtubule assembly in vitro. Purification of assembly-promoting factors. Eur J Biochem. 78, 167-174 (1977).
  7. Witman, G. B., Cleveland, D. W., Weingarten, M. D., Kirschner, M. W. Tubulin requires tau for growth onto microtubule initiating sites. Proc Natl Acad Sci U S A. 73, 4070-4074 (1976).
  8. Dixit, R., Ross, J. L., Goldman, Y. E., Holzbaur, E. L. Differential regulation of dynein and kinesin motor proteins by tau. Science. 319, 1086-1089 (2008).
  9. Harada, A., et al. Altered microtubule organization in small-calibre axons of mice lacking tau protein. Nature. 369, 488-491 (1994).
  10. Caceres, A., Kosik, K. S. Inhibition of neurite polarity by tau antisense oligonucleotides in primary cerebellar neurons. Nature. 343, 461-463 (1990).
  11. Binder, L. I., Frankfurter, A., Rebhun, L. I. The distribution of tau in the mammalian central nervous system. J Cell Biol. 101, 1371-1378 (1985).
  12. Gu, Y. J., Oyama, F., Ihara, Y. tau is widely expressed in rat tissues. J Neurochem. 67, 1235-1244 (1996).
  13. Kenner, L., et al. Expression of three- and four-repeat tau isoforms in mouse liver. Hepatology. 20, 1086-1089 (1994).
  14. Souter, S., Lee, G. Microtubule-associated protein tau in human prostate cancer cells: isoforms, phosphorylation, and interactions. J Cell Biochem. 108, 555-564 (2009).
  15. Sangrajrang, S., et al. Estramustine resistance correlates with tau over-expression in human prostatic carcinoma cells. Int J Cancer. 77, 626-631 (1998).
  16. Rouzier, R., et al. Microtubule-associated protein tau: a marker of paclitaxel sensitivity in breast cancer. Proc Natl Acad Sci U S A. 102, 8315-8320 (2005).
  17. Mimori, K., et al. Reduced tau expression in gastric cancer can identify candidates for successful paclitaxel treatment. Brit J Cancer. 94, 1894-1897 (2006).
  18. Jimeno, A., et al. Development of two novel benzoylphenylurea sulfur analogues and evidence that the microtubule-associated protein tau is predictive of their activity in pancreatic cancer. Mol Cancer Ther. 6, 1509-1516 (2007).
  19. Huda, M. N., Kim, D. H., Erdene-Ochir, E., Kim, Y. S., Pan, C. H. Expression, phosphorylation, localization, and microtubule binding of tau in colorectal cell lines. Appl Biol Chem. 59, 807-812 (2016).
  20. Askanas, V., Engel, W. K., Bilak, M., Alvarez, R. B., Selkoe, D. J. Twisted tubulofilaments of inclusion body myositis muscle resemble paired helical filaments of Alzheimer brain and contain hyperphosphorylated tau. The American journal of pathology. 144, 177-187 (1994).
  21. Buee, L., Bussiere, T., Buee-Scherrer, V., Delacourte, A., Hof, P. R. Tau protein isoforms, phosphorylation and role in neurodegenerative disorders. Brain Res Brain Res Rev. 33, 95-130 (2000).
  22. Hanger, D. P., Anderton, B. H., Noble, W. Tau phosphorylation: the therapeutic challenge for neurodegenerative disease. Trends Mol Med. 15, 112-119 (2009).
  23. Sergeant, N., et al. Biochemistry of Tau in Alzheimer’s disease and related neurological disorders. Expert Rev Proteomics. 5, 207-224 (2008).
  24. Fath, T., Eidenmuller, J., Brandt, R. Tau-mediated cytotoxicity in a pseudohyperphosphorylation model of Alzheimer’s disease. J Neurosci. 22, 9733-9741 (2002).
  25. Kolarova, M., Garcia-Sierra, F., Bartos, A., Ricny, J., Ripova, D. Structure and pathology of tau protein in Alzheimer disease. Int J Alzheimers Dis. 2012, 731526 (2012).
  26. Kosik, K. S., Joachim, C. L., Selkoe, D. J. Microtubule-associated protein tau (tau) is a major antigenic component of paired helical filaments in Alzheimer disease. Proc Natl Acad Sci U S A. 83, 4044-4048 (1986).
  27. Wood, J. G., Mirra, S. S., Pollock, N. J., Binder, L. I. Neurofibrillary tangles of Alzheimer disease share antigenic determinants with the axonal microtubule-associated protein tau (tau). Proc Natl Acad Sci U S A. 83, 4040-4043 (1986).
  28. Jemal, A., et al. Cancer statistics, 2003. CA Cancer J Clin. 53, 5-26 (2003).
  29. Patel, V. B., Misra, S., Patel, B. B., Majumdar, A. P. Colorectal cancer: chemopreventive role of curcumin and resveratrol. Nutr Cancer. 62, 958-967 (2010).
  30. Lim, G. P., et al. The curry spice curcumin reduces oxidative damage and amyloid pathology in an Alzheimer transgenic mouse. J Neurosci. 21, 8370-8377 (2001).
  31. Venkatesan, N. Curcumin attenuation of acute adriamycin myocardial toxicity in rats. Br J Pharmacol. 124, 425-427 (1998).
  32. Srinivasan, M. Effect of curcumin on blood sugar as seen in a diabetic subject. Indian J Med Sci. 26, 269-270 (1972).
  33. Deodhar, S. D., Sethi, R., Srimal, R. C. Preliminary study on antirheumatic activity of curcumin (diferuloyl methane). Indian J Med Res. 71, 632-634 (1980).
  34. Rao, C. V., Rivenson, A., Simi, B., Reddy, B. S. Chemoprevention of colon carcinogenesis by dietary curcumin, a naturally occurring plant phenolic compound. Cancer Res. 55, 259-266 (1995).
  35. Araujo, C. C., Leon, L. L. Biological activities of Curcuma longa L. Mem Inst Oswaldo Cruz. 96, 723-728 (2001).
  36. Lim, T. G., et al. Curcumin suppresses proliferation of colon cancer cells by targeting CDK2. Cancer Prev Res (Phila). 7, 466-474 (2014).
  37. Ringman, J. M., Frautschy, S. A., Cole, G. M., Masterman, D. L., Cummings, J. L. A potential role of the curry spice curcumin in Alzheimer’s disease. Curr Alzheimer Res. 2, 131-136 (2005).
  38. Li, H., et al. Lithium chloride suppresses colorectal cancer cell survival and proliferation through ROS/GSK-3beta/NF-kappaB signaling pathway. Oxid Med Cell Longev. , 241864 (2014).
  39. Forlenza, O. V., De-Paula, V. J., Diniz, B. S. Neuroprotective effects of lithium: implications for the treatment of Alzheimer’s disease and related neurodegenerative disorders. ACS Chem Neurosci. 5, 443-450 (2014).
  40. Noble, W., et al. Inhibition of glycogen synthase kinase-3 by lithium correlates with reduced tauopathy and degeneration in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A. 102, 6990-6995 (2005).
  41. Perez, M., Hernandez, F., Lim, F., Diaz-Nido, J., Avila, J. Chronic lithium treatment decreases mutant tau protein aggregation in a transgenic mouse model. J Alzheimers Dis. 5, 301-308 (2003).
  42. Engel, T., Goni-Oliver, P., Lucas, J. J., Avila, J., Hernandez, F. Chronic lithium administration to FTDP-17 tau and GSK-3beta overexpressing mice prevents tau hyperphosphorylation and neurofibrillary tangle formation, but pre-formed neurofibrillary tangles do not revert. J Neurochem. 99, 1445-1455 (2006).
  43. Caccamo, A., Oddo, S., Tran, L. X., LaFerla, F. M. Lithium reduces tau phosphorylation but not A beta or working memory deficits in a transgenic model with both plaques and tangles. Am J Pathol. 170, 1669-1675 (2007).
  44. Bradford, M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 72, 248-254 (1976).
  45. Gupta, K. K., Bharne, S. S., Rathinasamy, K., Naik, N. R., Panda, D. Dietary antioxidant curcumin inhibits microtubule assembly through tubulin binding. FEBS J. 273, 5320-5332 (2006).
  46. Lee, J. W., Park, S., Kim, S. Y., Um, S. H., Moon, E. Y. Curcumin hampers the antitumor effect of vinblastine via the inhibition of microtubule dynamics and mitochondrial membrane potential in HeLa cervical cancer cells. Phytomedicine. 23, 705-713 (2016).
  47. Liu, F., et al. Site-specific effects of tau phosphorylation on its microtubule assembly activity and self-aggregation. Eur J Neurosci. 26, 3429-3436 (2007).
  48. Sultan, A., et al. Nuclear tau, a key player in neuronal DNA protection. J Biol Chem. 286, 4566-4575 (2011).
  49. Bukar Maina, M., Al-Hilaly, Y. K., Serpell, L. C. Nuclear Tau and Its Potential Role in Alzheimer’s Disease. Biomolecules. 6, 9 (2016).
  50. Dumontet, C., Jordan, M. A. Microtubule-binding agents: a dynamic field of cancer therapeutics. Nat Rev Drug Discov. 9, 790-803 (2010).

Play Video

Citar este artículo
Huda, M. N., Erdene-Ochir, E., Pan, C. Assay for Phosphorylation and Microtubule Binding Along with Localization of Tau Protein in Colorectal Cancer Cells. J. Vis. Exp. (128), e55932, doi:10.3791/55932 (2017).

View Video