蛋白质从细胞表面逆行运输到 golgi 是维持膜稳态所必需的。在这里, 我们描述了一种方法, 生物化学分析细胞地对golgi 的重组蛋白运输使用功能化纳米棒在海拉细胞。
蛋白质和膜从细胞表面输送到 golgi 和更远的地方对于稳态、细胞器身份和生理是必不可少的。为了研究逆行蛋白的流量, 我们最近开发了一个基于纳米生物的多功能工具包, 通过固定和活细胞成像、电子显微镜或生化方法来分析从细胞表面到 golgi 复合体的迁移。我们设计了功能化的抗绿色荧光蛋白 (gfp) 纳米棒–小的、单体的、高亲和力的蛋白质粘合剂–它可以应用于细胞外 gfp 分子表达感兴趣的膜蛋白的细胞系。衍生纳米棒绑定到 gfp 记者是专门内化和运输搭载沿记者的排序路线。用荧光显微镜和活体成像技术对纳米无孔进行了功能化, 以跟踪荧光的逆行迁移, 并利用抗坏血酸过氧化物酶 2 (apex2) 研究了报告-纳米-机器人复合物电子的超微结构定位显微镜, 并与酪氨酸硫化 (ts) 的主题, 以评估动力学跨 golgi 网络 (tgn) 的到来。在这篇方法性文章中, 我们概述了细菌表达和纯化功能化纳米棒的一般程序。我们说明了我们的工具的强大用途, 使用 mcherry-l 和 ts 修饰纳米生物来分析内循环吸收和货物蛋白的 tgn 到达。
蛋白质和脂质从细胞表面逆行到不同的细胞内隔间, 对于维持膜内的稳态以平衡分泌和回收前级运输机械的成分至关重要 1,2. 通过环素依赖性或-独立性依赖性的内化后, 蛋白质和脂质货物首先填充早期内质体, 从那里它们沿着溶酶体系统进一步重定向, 回收到质膜,或针对跨 golgi 网络 (tgn)。从内质体和细胞表面或细胞表面到 tgn 的回收是一些前品位跨膜货物受体的功能循环的一部分, 例如依赖阳离子和与阳离子无关的曼鼻-6-磷酸盐受体 (cdmpr 和 cimpr)新合成的从 tgn 到晚期内生体和溶酶体 3、4、5、旋毛蛋白和索拉6、7和 Wntless (wls) 的溶酶体水解酶将 wnt 配体输送到细胞表面8,9,10,11. 回收回 tgn 的其他蛋白质是 tgn46 及其相关的异形12、13、14、snares (可溶性n-乙基马来酰亚胺敏感的融合因子附着受体)15,16,17、淀粉样体前体蛋白 (app)18,19, 进行性强直 (ank) 蛋白20, 金属转运体如 atp7a/b 或 dmt121、22和跨膜加工酶, 包括羧肽酶 d, 呋喃或 bce123,24,25。除了这些内源性蛋白质外, 细菌和植物毒素 (如滋贺和霍乱毒素、黄素和阿林) 还劫持逆行运输机械, 使其到达 er, 以便逆行进入细胞溶胶26、27, 28,29。
为了直接分析逆行交通, 我们以前开发了一个基于纳米生物的工具包, 用于标记和跟踪从细胞表面到细胞内隔间的货物蛋白质.纳米生物是一种新的蛋白质粘合剂家族, 它们来源于同源重链的抗体 (hcabs), 自然存在于骆驼和软骨鱼类中 31,32。它们构成了 hcabs 的可变重链域 (vhh), 与传统抗体 (例如 igg) 相比具有许多优点: 它们是单体、小 (~ 15 kda)、高度溶解性、无二硫键、可细菌表达, 并可选择高亲和力结合33,34,35,36。为了使我们的纳米机器人工具用途广泛, 我们使用功能化的抗 gfp 纳米机器人在表面标记和跟踪标记为 gfp 的蛋白质在他们的外皮膜内。通过纳米棒与 mcherry、抗坏血酸过氧化物酶 2 (apex2)或酪氨酸硫化 (ts) 序列的功能化, 可以通过固定和活细胞成像分析真正跨膜货物蛋白的逆行迁移, 通过电子显微镜, 或生物化学。由于酪氨酸磺酸硫化介导的酪氨酸蛋白磺酸盐转移酶 (tpst1 和 tpst2) 是一种后置修饰, 仅限于跨 golgi/tgn, 我们可以直接研究感兴趣的蛋白质从细胞表面到这个的迁移和动力学。细胞内的 golgi隔间38,39,40。
在这篇方法的文章中, 我们描述了功能化纳米棒模具 (vh-2xts,-apex2,-mcherry 和衍生物) 的易用性, 适用于许多应用, 以分析哺乳动物细胞中的逆行运输30。我们主要研究了 ts 位修饰纳米无菌分析细胞内交通从细胞表面到硫化室的方法。
纳米机器人代表了一类新兴的蛋白质粘合剂支架, 与传统抗体相比具有许多优点: 它们体积小、稳定、单体化, 可选择高亲和力和缺乏二硫键33,35,44,45. 它们被用于许多应用, 例如在发育生物学的细胞培养系统和生物体中,46、47、48…
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了瑞士国家科学基金会31003a-162643 赠款的支持。我们感谢 nicole beuret 和 biozentrum 成像核心设施 (imcf) 的支持。
Anti-GFP antibody | Sigma-Aldrich | 118144600001 | Product is distributed by Sigma-Aldrich, but manufactured by Roche |
Anti-His6 antibody | Bethyl Laboratories | A190-114A | |
Anti-actin antibody | EMD Millipore | MAB1501 | |
Goat anti-rabbit HRP | Sigma-Aldrich | A-0545 | |
Goat anti-mouse HRP | Sigma-Aldrich | A-0168 | |
4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Sigma-Aldrich | D9542 | dissolved in 1 x PBS/1%BSA |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Applichem | A3672 | |
D-biotin | Sigma-Aldrich | B4501 | dissolved in sterile 500 mM NaH2PO4 or DMSO |
5-aminolevuilnic acid (dALA) hydrochloride | Sigma-Aldrich | A3785 | dissolved in sterile water |
DNase I | Applichem | A3778 | dissolved in sterile water |
Lysozyme | Sigma-Aldrich | 18037059001 | Product is distributed by Sigma-Aldrich, but manufactured by Roche |
Brefeldin A (BFA) | Sigma-Aldrich | B5936 | |
Puromycin | Invivogen | ant-pr-1 | |
Penicillin/Streptomycin | Bioconcept | 4-01F00-H | |
L-glutamine | Applichem | A3704 | |
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) | Sigma-Aldrich | D5796 | |
Fetal calf serum (FCS) | Biowest | S181B-500 | |
Sulfur-35 as sodium sulfate | Hartmann Analytics | ARS0105 | Product contains 5 mCi |
Earle's balanced salts | Sigma-Aldrich | E6267 | |
MEM amino acids (50 x) solution | Sigma-Aldrich | M5550 | |
MEM vitamin solution (100 x) | Sigma-Aldrich | M6895 | |
cOmplete, Mini Protease inhibitor cocktail | Sigma-Aldrich | 11836153001 | Product is distributed by Sigma-Aldrich, but manufactured by Roche |
Isopropyl-β-D-thiogalactopyranosid (IPTG) | Applichem | A1008 | dissolved in sterile water, stock is 1 M |
Carbenicillin disodium salt | Applichem | A1491 | dissolved in sterile water, stock is 100 mg/mL |
Kanamycin sulfate | Applichem | A1493 | dissolved in sterile water, stock is 100 mg/mL |
Coomassie-R (Brilliant Blue) | Sigma-Aldrich | B-0149 | |
Paraformaldehyde (PFA) | Applichem | A3813 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A2153 | |
Fluoromount-G | Southern Biotech | 0100-01 | |
Ni Sepharose High Performance | GE Healthcare | 17-5268-01 | |
His GraviTrap columns | GE Healthcare | GE11-0033-99 | |
His buffer kit | GE Healthcare | GE11-0034-00 | |
Disposable PD10 desalting columns | GE Healthcare | GE17-0851-01 | |
Mini-Protean TGX gels, 4-20%, 15-well | Bio-Rad | 456-1096 | |
Dulbecco’s phosphate buffered saline (DPBS) w/o Ca2+/Mg2+ | Sigma-Aldrich | D8537 | |
35-mm dishes | Falcon | 353001 | |
6-well plates | TPP | 92406 | |
Glass coverslips (No. 1.5H) | VWR | 631-0153 | |
Phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) | Applichem | A0999.0025 | dissolved in 40% DMSO 60% isopropanol, stock in 500 mM |
Tryptone | Applichem | A1553 | |
Yeast extract | Applichem | A1552 | |
Magnesium chloride hexahydrate | Merck Millipore | 105833 | dissolved in sterile water, stock is 1 M |
Calcium chloride dihydrate | Merck Millipore | 102382 | dissolved in sterile water, stock is 1 M |
Sodium chloride | Merck Millipore | 106404 | dissolved in sterile water, stock is 5 M |