概要

Purification du compartiment membranaire pour dégradation associés au réticulum endoplasmique des antigènes exogènes dans présentation croisée

Published: August 21, 2017
doi:

概要

La méthode décrite ici est un nouveau protocole d’isolement de la vésicule, qui permet pour la purification des compartiments cellulaires où les antigènes exogènes sont traitées par dégradation associés au réticulum endoplasmique dans présentation croisée.

Abstract

Les cellules dendritiques (CD) sont très capables de traiter et de présenter des antigènes exogènes intériorisées lors de classe majeur d’histocompatibilité (MHC) j’ai également connu sous le nom de Croix-présentation des molécules (CP). CP joue un rôle important non seulement dans la stimulation de la naïve CD8+ T cellules et mémoire CD8+ T cells pour infectieuses et immunitaires de la tumeur mais aussi dans l’inactivation d’auto-protection cellules naïves T par l’anergie des lymphocytes T ou de la suppression de cellules T. Bien que le mécanisme moléculaire critique du CP reste à élucider, accumulant indiquent que les antigènes exogènes sont traitées par associés au réticulum endoplasmique dégradation (ERAD) après exportation de non-classique endocytose compartiments. Jusqu’à une date récente, la caractérisation de ces compartiments endocytose était limitée car il n’y a aucun marqueurs moléculaires spécifiques autres que les antigènes exogènes. La méthode décrite ici est un nouveau protocole d’isolement de la vésicule, qui permet pour la purification de ces compartiments endocytose. Utilisant cette microsome purifiée, nous avons reconstitué ERAD-comme transport, ubiquitination et traitement de l’antigène exogène in vitro, suggérant que le système ubiquitine-protéasome traitées l’antigène exogène après l’exportation de cette compartiment cellulaire. Ce protocole peut être appliqué également à d’autres types de cellules de clarifier le mécanisme moléculaire de CP.

Introduction

Le MHC I molécules sont exprimées à la surface de toutes les cellules nucléées, avec petits peptides antigéniques provenant des antigènes endogènes, qui sont traitées par le système ubiquitine-protéasome dans le cytosol1. Après le traitement, les peptides antigéniques sont transportés dans la lumière du réticulum endoplasmique (re) par le transporteur de peptide TAP. Dans la lumière de l’ER, une série de chaperons spécifiques aident le chargement de peptide et le repliement correct de MHC I complexe. Cette série de molécules s’appelle le complexe de peptide-chargement (PLC), indiquant que l’ER est un compartiment central pour le peptide chargement sur MHC I2. Après le peptide de chargement, le MHC I molécules sont transportés à la surface des cellules et jouent un rôle clé dans le système immunitaire adaptatif comme marqueurs autonome et active le CD8+ des lymphocytes T cytotoxiques (CTL) pour détecter les cellules cancéreuses ou agents infectieux par antigénique peptides de protéines de non-soi3.

En antigène présentant des cellules (APC), des peptides antigéniques des antigènes exogènes sont également présentés à MHC I4,5,6,7,8 par CP, qui est principalement porté par DCs9,10,11. CP est essentiel tant pour l’activation de naïve CD8+ T des cellules et la mémoire CD8+ T cells dans anti-infectieuses et anti-tumorale CTL12,13et dans le maintien de la tolérance immunitaire par l’inactivation du autonomes naïf T cells14,15. Le CP joue plusieurs rôles importants dans le système immunitaire adaptatif, mais n’ont pas encore être décrit en détail les mécanismes moléculaires du CP. Des études antérieures du CP a révélé que les antigènes exogènes ont été localisées dans la salle d’urgence et l’endosome et ont été traitées par ERAD, suggérant que les antigènes exogènes sont transportées de l’endosome à l’urgence pour le traitement de ERAD-like et peptide chargement16 . Toutefois, les preuves s’accumulent indiquent que le chargement de peptide de CP s’effectue pas dans la salle d’urgence, mais plutôt dans des compartiments endocytose non classiques, qui ont aussi des traits distinctifs de l’ER (Figure 1)17,18 ,19,20,21. Pour éviter une dégradation des précurseurs peptide antigénique par la forte activité d’aminopeptidase22 dans le cytosol, le traitement et le peptide dans le CP de chargement se produit dans la zone proximale de ces compartiments endocytose non classique (Figure 1). Bien que la caractérisation de ces compartiments endocytose est controversée, il n’y a aucun existant des molécules spécifiques autres que les antigènes exogènes dans ce compartiment.

ERAD est une voie cellulaire, qui spécifiquement élimine les protéines mal repliées de l’ER. Dans la voie ERAD, les protéines mal repliées sont marqués transportés à travers la membrane du re vers le cytoplasme et traités par l’ubiquitine-protéasome système23,24,25. Lorsque les grosses molécules, comme les protéines, sont transportés à travers la bicouche lipidique, ces molécules traversent un dispositif moléculaire appelé un translocon, tels que le complexe Sec61 et Derlin complexe dans l’ER26et le complexe de Tom et Tim complexe dans la 27de mitochondries. Lorsque les antigènes exogènes ajoutés sont transportés à travers la membrane du re, ils doivent pénétrer la bicouche lipidique complexe avec translocons, tels que le complexe Sec61. La méthode décrite ici a purifié la vésicule ciblée en utilisant ces molécules pénétrantes membrane comme marqueurs pour les compartiments de l’endocytose.

La méthode décrite ici est un nouveau protocole de purification de vésicule à l’aide de la cellule DC ligne DC2.428 et biotinylés ovalbumine (bOVA) comme un antigène exogène. L’endocytose compartiments ont été purifiés par la Streptavidine (SA)-des billes magnétiques utilisant le bOVA pénétrantes membrane comme un fabricant. Dans cette microsome purifiée, certains ajoutée exogène bOVA était encore conservé dans les fractions membranaires mais ont été transporté à l’extérieur des microsomes et puis ubiquitinées et traitée en vitro29. Cette microsome purifiée contenait non seulement les protéines intervenant dans l’endocytose de compartiment spécifiques, mais aussi les protéines ER-résident pour ERAD et le peptide de chargement complexe ; ce qui laisse supposer que le compartiment cellulaire est le compartiment endocytose prospectif pour CP29. Ce protocole n’est pas tributaire de la nature des antigènes exogènes et s’applique également pour les autres sous-ensembles de DC et autres types de cellules, telles que les macrophages, les cellules B et les cellules endothéliales, de clarifier le mécanisme moléculaire précis de DCs pour CP compétent.

Protocol

1. cellules de plus en plus et ajout d’antigènes exogènes Prepare bOVA utilisant un étiquetage de biotine-protéine kit suivant le fabricant ' protocole de s. Remarque : Normalement, bOVA contient biotine 2 M par 1 M OVA enmoyenne. Cellules DC2.4 croître en milieu RPMI-1640 additionné de 2 mM de L-glutamine, pyruvate de sodium 1 mM, acides aminés non essentiels de 0,1 mM, 100 U/mL de pénicilline-streptomycine, 55 mM 2-mercaptoéthanol, 10 mM HEPES (pH 7.5) et sérum de veau foeta…

Representative Results

Afin d’élucider les mécanismes moléculaires du CP, il est nécessaire d’identifier les compartiments cellulaires, où les antigènes exogènes subissent un transport ERAD-like et le traitement. Alors que les observations en microscopie par immunofluorescence ou par microscopie électronique identifié le compartiment cellulaire où les antigènes exogènes accumulent16,17,18,<su…

Discussion

Dans les études précédentes du CP, les antigènes exogènes incorporés accumulent dans la zone réglementée de l’endosome tardif ou ER par microscopie par immunofluorescence16,30,31,32. On estime que ERAD-comme transport et le traitement des antigènes exogènes sont effectués dans ces domaines spécialisés de l’ER ou retard endosome, le compartiment cellulaire a été identifié par…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail est soutenu par la Takasaki Université de la santé et le bien-être.

Materials

RPMI 1640 gibco by life technologies 11875-093
Fetal bovine serum Equitech bio SFB30
Sodium pyruvate gibco by life technologies 11360-070
MEM non-essential amino acids gibco by life technologies 11140-050
HEPES gibco by life technologies 15630-080
2-mercaptoethanol gibco by life technologies 21985-023
L-glutamine gibco by life technologies 25030-164
Penisicillin-Sreptomycin gibco by life technologies 15140-122
DMEM gibco by life technologies 12100-46
OVA SIGMA A5503
Biotin-protein labelling kit Thermo Fisher Scientific F6347
MG-132  Santa Cruz Biotechnology 201270
lactacystin  SIGMA L6785
Dounce homogenizer IUCHI 131703
protease inhibitor cocktails  SIGMA P8340
iodixanol  Cosmo bio 1114542
SA-magnetic beads  New England Biolabs 201270
control magnetic beads Chemagen M-PVA012
magnetic stand BD Biosciences 552311
BCA protein assay kit Thermo Fisher Scientific 23225
silver staining kits Cosmo bio 423413
Reticulocyte Lysate Promega 1730714
Flag-tagged ubiquitin  SIGMA U5382
anti-ovalbumin (OVA,mouse) Antibody Shop HYB 094-06
ant-multi-ubiquitin (mouse) MBL D058−3
anti-Flag (mouse) SIGMA F3165
trypsin SIGMA 85450C

参考文献

  1. van Endert, P. Providing ligands for MHC class I molecules. Cell Mol Life Sci. 68 (9), 1467-1469 (2011).
  2. Janeway, C., Travers, P., Walport, M., Shlomchik, M. . Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. , (2001).
  3. McDevitt, H. O. Discovering the role of the major histocompatibility complex in the immune response. Annu Rev Immunol. 18 (1), 1-17 (2000).
  4. Bedoui, S., et al. Cross-presentation of viral and self antigens by skin-derived CD103+ dendritic cells. Nat Immunol. 10 (5), 488-495 (2009).
  5. Segura, E., Villadangos, J. A. Antigen presentation by dendritic cells in vivo. Curr Opin Immunol. 21 (1), 105-110 (2009).
  6. Cheong, C., et al. Microbial stimulation fully differentiates monocytes to DC-SIGN/CD209(+) dendritic cells for immune T cell areas. Cell. 143 (3), 416-429 (2010).
  7. Henri, S., et al. CD207+ CD103+ dermal dendritic cells cross-present keratinocyte-derived antigens irrespective of the presence of Langerhans cells. J Exp Med. 207 (2), 189-206 (2010).
  8. Shortman, K., Heath, W. R. The CD8+ dendritic cell subset. Immunol. Rev. 234 (1), 18-31 (2010).
  9. Carbone, F. R., Kurts, C., Bennett, S. R., Miller, J. F., Heath, W. R. Cross-presentation: a general mechanism for CTL immunity and tolerance. Immunol Today. 19 (8), 368-373 (1998).
  10. Nair-Gupta, P., Blander, J. M. An updated view of the intracellular mechanisms regulating cross-presentation. Front Immunol. , (2013).
  11. Joffre, O. P., Segura, E., Savina, A., Amigorena, S. Cross-presentation by dendritic cells. Nat Rev Immunol. 12 (8), 557-569 (2012).
  12. Kurts, C., et al. Constitutive class I-restricted exogenous presentation of self antigens in vivo. J Exp Med. 184 (3), 923-930 (1996).
  13. Kurts, C., Kosaka, H., Carbone, F. R., Miller, J. F., Heath, W. R. Class I-restricted cross-presentation of exogenous self-antigens leads to deletion of autoreactive CD8(+) T cells. J Exp Med. 186 (2), 239-245 (1997).
  14. Bonifaz, L., et al. Efficient targeting of protein antigen to the dendritic cell receptor DEC-205 in the steady state leads to antigen presentation on major histocompatibility complex class I products and peripheral CD8+ T cell tolerance. J Exp Med. 196 (12), 1627-1638 (2002).
  15. Heath, W. R., Carbone, F. R. Cross-presentation in viral immunity and self-tolerance. Nat Rev Immunol. 1 (2), 126-134 (2001).
  16. Imai, J., Hasegawa, H., Maruya, M., Koyasu, S., Yahara, I. Exogenous antigens are processed through the endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD) in cross-presentation by dendritic cells. Int Immunol. 17 (1), 45-53 (2005).
  17. Houde, M., et al. Phagosomes are competent organelles for antigen cross-presentation. Nature. 425 (6956), 402-406 (2003).
  18. Guermonprez, P., et al. ER-phagosome fusion defines an MHC class I cross-presentation compartment in dendritic cells. Nature. 425 (6956), 397-402 (2003).
  19. Burgdorf, S., Scholz, C., Kautz, A., Tampe, R., Kurts, C. Spatial and mechanistic separation of cross-presentation and endogenous antigen presentation. Nat Immunol. 9 (5), 558-566 (2008).
  20. Lizée, G., et al. Control of dendritic cell cross-presentation by the major histocompatibility complex class I cytoplasmic domain. Nat Immunol. 4 (11), 1065-1073 (2003).
  21. Basha, G., et al. A CD74-dependent MHC class I endolysosomal cross-presentation pathway. Nat Immunol. 13 (3), 237-245 (2012).
  22. Saveanu, L., Carroll, O., Hassainya, Y., van Endert, P. Complexity, contradictions, and conundrums: studying post-proteasomal proteolysis in HLA class I antigen presentation. Immunol Rev. 207 (1), 42-59 (2005).
  23. Wiertz, E. J., et al. Sec61-mediated transfer of a membrane protein from the endoplasmic reticulum to the proteasome for destruction. Nature. 384 (6608), 432-438 (1996).
  24. Hampton, R. Y. ER-associated degradation in protein quality control and cellular regulation. Curr Opin Cell Biol. 14 (4), 476-482 (2002).
  25. Tsai, B., Ye, Y., Rapoport, T. A. Retro-translocation of proteins from the endoplasmic reticulum into the cytosol. Nat Rev Mol Cell Biol. 3 (4), 246-255 (2002).
  26. Nyathi, Y., Wilkinson, B. M., Pool, M. R. Co-translational targeting and translocation of proteins to the endoplasmic reticulum. Biochim Biophys Acta. 1833 (11), 2392-2402 (2013).
  27. Varabyova, A., Stojanovski, D., Chacinska, A. Mitochondrial protein homeostasis. IUBMB Life. 65 (3), 191-201 (2013).
  28. Shen, Z., Reznikoff, G., Dranoff, G., Rock, K. L. Cloned dendritic cells can present exogenous antigens on both MHC class I and class II molecules. J Immunol. 158 (6), 2723-2730 (1997).
  29. Imai, J., Otani, M., Sakai, T., Hatta, S. Purification of the subcellular compartment in which exogenous antigens undergo endoplasmic reticulum-associated degradation from dendritic cells. Heliyon. , (2016).
  30. Kovacsovics-Bankowski, M., Rock, K. L. A phagosome-to-cytosol pathway for exogenous antigens presented on MHC class I molecules. Science. 267 (5195), 243-246 (1995).
  31. Ackerman, A. L., Giodini, A., Cresswell, P. A role for the endoplasmic reticulum protein retro translocation machinery during cross presentation by dendritic cells. Immunity. 25 (4), 607-617 (2006).
  32. Ackerman, A. L., Kyritsis, C., Tampé, R., Cresswell, P. Early phagosomes in dendritic cells form a cellular compartment sufficient for cross presentation of exogenous antigens. Proc Natl Acad Sci U S A. 100 (22), 12889-12894 (2003).
  33. Saveanu, L., et al. IRAP identifies an endosomal compartment required for MHC class I cross-presentation. Science. 325 (5937), 213-217 (2009).
  34. Zehner, M., et al. The translocon protein Sec61 mediates antigen transport from endosomes in the cytosol for cross-presentation to CD8(+) T cells. Immunity. 42 (5), 850-863 (2015).

Play Video

記事を引用
Imai, J., Otani, M., Sakai, T., Hatta, S. Purification of the Membrane Compartment for Endoplasmic Reticulum-associated Degradation of Exogenous Antigens in Cross-presentation. J. Vis. Exp. (126), e55949, doi:10.3791/55949 (2017).

View Video