Retrograde vervoer van eiwitten uit het celoppervlak naar het Golgi is essentieel voor het handhaven van de membraan homeostase. Hier beschrijven we een methode om biochemically cel oppervlak-te-Golgi vervoer van recombinante eiwitten matiemaatschappij nanobodies met HeLa cellen te analyseren.
Vervoer van eiwitten en membranen van het celoppervlak naar het Golgi en daarbuiten is essentieel voor de homeostase, organel identiteit en fysiologie. Studeren retrograde eiwit verkeer, hebben we onlangs een veelzijdig nanobody gebaseerde toolkit voor het analyseren van vervoer van het celoppervlak naar het Golgi-complex, hetzij door vaste en levende cel imaging, door elektronenmicroscopie of biochemically ontwikkeld. We ontworpen matiemaatschappij anti-groen fluorescente proteïne (GFP) nanobodies — kleine monomeer, hoge-affiniteit eiwit bindmiddelen — dat kan worden toegepast op cellijnen uiting van membraaneiwitten van belang met een extracellulaire GFP-groep. Derivatized nanobodies gebonden aan het GFP-verslaggevers specifiek zijn geïnternaliseerd en piggyback op de reporters sorteren traject vervoerd. Nanobodies waren matiemaatschappij met fluorophores te volgen retrograde vervoer door fluorescentie microscopie en beeldbewerking, met ascorbaat peroxidase 2 (APEX2) om te onderzoeken de ultrastructurele lokalisatie van verslaggever-nanobody complexen door elektron live microscopie, en met tyrosine sulfation (TS) motieven om te beoordelen van de kinetiek van trans-Golgi network (TGN) aankomst. In deze methodologische artikel duidelijk naar voren komt de algemene procedure bacterially express en zuiveren matiemaatschappij nanobodies. We illustreren de krachtige gebruik van onze tool met behulp van de mCherry – en TS-gemodificeerde nanobodies endocytotische opname en TGN komst van lading eiwitten te analyseren.
Retrograde verkeer van eiwitten en lipiden van het celoppervlak aan verschillende intracellulaire compartimenten is van cruciaal belang voor handhaving van de membraan homeostase tegenwicht secretie en recycleren van onderdelen van anterograde vervoer machineries1 , 2. na de internalisering via clathrin-afhankelijke of -onafhankelijke endocytose, eiwit en lipide-vracht vullen eerst vroeg Endosomen uit waar ze verdere zijn doorverwezen hetzij langs de endo-lysosomale systeem, gerecycleerd aan het plasma-membraan, of gericht aan de trans-Golgi network (TGN). Recycling van Endosomen en/of het celoppervlak naar de TGN maakt deel uit van de functionele cyclus van een aantal anterograde transmembraan lading receptoren, zoals de catie-afhankelijke en catie-onafhankelijke mannose-6-fosfaat receptoren (CDMPR en CIMPR) leveren nieuw gesynthetiseerd lysosomale hydrolases uit de TGN te laat Endosomen en lysosomen3,4,5, sortilin en SorLA6,7, Wntless (WLS) vervoer van Wnt liganden aan het celoppervlak 8 , 9 , 10 , 11. andere eiwitten ontvangen terug naar de TGN zijn TGN46 en haar aanverwante isoforms12,13,14, SNAREs (oplosbare N– ethylmaleimide-gevoelige fusion factor bijlage receptoren) 15 , 16 , amyloïde precursor eiwit (APP)18,19, progressieve ankylose (ANK) eiwit20, 17, metalen vervoerders zoals ATP7A/B of DMT121,22, en transmembraan verwerking van enzymen waaronder carboxypeptidase D, furin of BACE123,24,25. Afgezien van deze endogene proteïnen kapen bacteriële en plant toxines (bv, Shiga en cholera-toxine, ricine en Abrine) retrograde vervoer machines om te bereiken van de ER voor retrotranslocation in het cytosol26,27, 28,29.
Om direct retrograde verkeer analyseren, hebben we eerder een nanobody gebaseerde toolkit om te etiketteren en volg lading eiwitten van het celoppervlak naar intracellulaire compartimenten30ontwikkeld. Nanobodies vertegenwoordigen een nieuwe familie van eiwit bindmiddelen afgeleid van homodimeric zware-keten-alleen antilichamen (hcAbs) die van nature in kameelachtigen en cartilaginous vissen31,–32 voorkomen. Zij vormen het veranderlijke domein voor zware-keten (VHH) van hcAbs en hebben veel voordelen boven conventionele antilichamen (bijvoorbeeld IgGs): ze zijn monomeer, kleine (~ 15 kDa), zeer goed oplosbaar, verstoken van disulfide bindingen, kan worden bacterially uitgedrukt, en geselecteerd voor hoge-affiniteit bindende33,34,35,,36. Om onze tool nanobody veelzijdig en breed toepasbare, we matiemaatschappij anti-GFP nanobodies aan oppervlak-label en track eiwitten gelabeld met GFP op hun extracellulaire/lumenal domein gebruikt. Door functionalization van nanobodies met mCherry, ascorbaat peroxidase 2 (APEX2)37, of tyrosine sulfation (TS) sequenties, retrograde vervoer van bonafide transmembraan lading eiwitten kan worden geanalyseerd door een vaste en live cel imaging, door elektronenmicroscopie, of biochemically. Aangezien tyrosine sulfation gemedieerd door tyrosylprotein sulfotransferases (TPST1 en TPST2) een posttranslationele wijziging beperkt tot de trans-Golgi is/TGN, we kan rechtstreeks studie vervoer en kinetiek van proteïnen van belang uit het celoppervlak daartoe intracellulaire Golgi compartiment38,39,40.
In dit artikel methoden beschrijven we het gemak van de productie van matiemaatschappij nanobodies (VHH-2xTS – APEX2, – mCherry en derivaten) geschikt voor een aantal toepassingen voor het analyseren van retrograde vervoer in zoogdiercellen30. We vooral gericht op het gebruik van TS site-gewijzigd nanobody voor analyse van het intracellulair verkeer van het celoppervlak tot het compartiment van de sulfation.
Nanobodies vertegenwoordigen een opkomende klasse van eiwitten binder steigers met vele voordelen ten opzichte van conventionele antilichamen: ze zijn kleine, stabiele, monomeer, kunnen worden geselecteerd voor hoge affiniteit en ontbreken bisulfide obligaties33,35, 44 , 45. ze worden gebruikt in een aantal toepassingen, zoals in cel cultuur systemen en organismen in Ontwikkelingsbiologie<sup c…
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gesteund door Grant 31003A-162643 door de Zwitserse National Science Foundation. Wij danken Nicole Beuret en de Biozentrum Imaging Core Facility (IMCF) voor steun.
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 |