העברת רטרוגרדית חלבונים מהמשטח תא גולג’י הוא חיוני כדי לשמור על הומאוסטזיס ממברנה. כאן, אנו מתארים שיטה לנתח מבחינה ביוכימית תא השטח-כדי-גולג’י הובלה של חומרים באמצעות functionalized nanobodies בתאים הלה.
הובלה של חלבונים וממברנות מהמשטח תא גולג’י ומעבר חיוני הומאוסטזיס, זהות אברון, פיזיולוגיה. ללמוד תנועה רטרוגרדית חלבון, לאחרונה פיתחנו ערכת כלים מגוונים מבוססי nanobody לנתח תחבורה מהמשטח תא למתחם גולג’י, או על ידי תא קבוע ולחיות הדמיה, באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים, או מבחינה ביוכימית. אנחנו מהונדסים חלבון פלואורסצנטי ירוק אנטי functionalized (GFP) nanobodies — חלבון קטן, monomeric, גבוהה-זיקה קלסרים — כי ניתן להחיל על שורות תאים לבטא קרום חלבונים עניין עם moiety-GFP חוץ-תאית. Nanobodies derivatized קשור הכתבים GFP במיוחד הם הפנימו והועברו קמח לאורך נתיבי המיון של הכתבים. Nanobodies היו functionalized עם fluorophores בצע תחבורה רטרוגרדית על-ידי קרינה פלואורסצנטית מיקרוסקופ ולחיות הדמיה, עם ascorbate peroxidase 2 (APEX2) לחקור לוקליזציה ultrastructural של מתחמי כתב-nanobody על ידי אלקטרון מיקרוסקופ, ועם טירוזין מוטיבים sulfation (TS) כדי להעריך קינטיקה של טרנס-גולג’י רשת (TGN) הגעה. במאמר מתודולוגי, אנחנו חלוקה לרמות ההליך כללי bacterially אקספרס ולטהר functionalized nanobodies. אנו מדגימים את השימוש כלי שלנו באמצעות את nanobodies mCherry – ו TS-השתנה כדי לנתח ספיגת endocytic ואת ההגעה TGN של חלבונים מטען רב עוצמה.
תנועה רטרוגרדית של חלבונים ושומנים מפני השטח תא אל תאי תאיים שונים הוא קריטי עבור תחזוקה של הומאוסטזיס ממברנה לאזן את הפרשה, למחזר מרכיבי anterograde תחבורה machineries1 , 2. בעקבות הפנמה דרך אנדוציטוזה clathrin תלוית או – עצמאית, חלבונים, שומנים בדם מטען קודם לאכלס מוקדם endosomes מהיכן שהם נמצאים רחוק הופנה גם לאורך מערכת אנדו-lysosomal, ממוחזר כדי קרום פלזמה, . או יישוב לרשת הטרנס-גולג’י (TGN). מיחזור endosomes ו/או על פני התא כדי TGN זה חלק מהמחזוריות פונקציונלי של מספר anterograde מטען transmembrane רצפטורים, כגון הקטיון תלוית ועצמאי הקטיון מנוז-6-פוספט הקולטנים (CDMPR ו- CIMPR) אספקת לאחרונה מסונתז hydrolases lysosomal מ TGN endosomes מאחר lysosomes3,4,5, sortilin,6,SorLA7ושל Wntless (WLS) הובלת ונ ט ליגנדים השטח תא 8 , 9 , 10 , 11. לחלבונים אחרים לאחזר לחזור TGN TGN46 הינם שלו קשורים איזופורמים12,13,14, מלכודות (מסיס N– ethylmaleimide רגיש פיוז’ן גורם מצורף קולטנים) 15 , 16 , 17, קודמן עמילואיד חלבון (APP)18,19, ankylosis מתקדמת (תודה) חלבון20, מובילי מתכת כגון ATP7A/B או DMT121,22, ו transmembrane עיבוד אנזימים כולל קרבוקסיפפטידאז D, furin או BACE123,24,25. מלבד אלה חלבונים אנדוגני, רעלים בקטריאלי, צמח (למשל, טוקסין שיגה, כולרה, ריצין ו abrin) לחטוף machineries רטרוגרדית תחבורה כדי להגיע לחדר מיון לשם retrotranslocation לתוך ציטוזול26,27, 28,29.
על מנת לנתח ישירות רטרוגרדית התנועה, קודם לכן פיתחנו ערכת כלים מבוססי nanobody תווית ולעקוב אחר מטענים חלבונים מהמשטח תא תאיים תאים30. Nanobodies לייצג משפחה חדשה של קלסרים חלבון נגזר homodimeric כבד שרשרת-בלבד נוגדנים (hcAbs) המתרחשים באופן טבעי31,של גמליים ודגים סחוס-32. הם מהווים תחום שרשרת כבדה (VHH) משתנה של hcAbs ויש להם יתרונות רבים קונבנציונאלי נוגדנים (למשל, IgGs): הם monomeric, קטן (~ 15 kDa), מסיס מאוד, ללא, אגרות דיסולפידי יכול להיות מבוטא bacterially, ונבחר גבוהה-זיקה מחייבת33,34,35,36. כדי להפוך את כלי nanobody שלנו רב-תכליתי וישימים בקנה מידה נרחב, אנחנו מועסקים nanobodies נגד functionalized-GFP חלבונים פני תווית ולעקוב המתויגת GFP שלהם בתחום חוץ-תאית/lumenal. על ידי functionalization של nanobodies עם mCherry, ascorbate peroxidase 2 (APEX2) תחבורה רטרוגרדית37, או טירוזין sulfation (TS) רצפים, בוטרפליי מטען transmembrane חלבונים ניתן לנתח הכתיב קבוע ולחיות הדמיה תא, על-ידי מיקרוסקופ אלקטרונים, או מבחינה ביוכימית. מאז sulfation טירוזין מתווכת על-ידי sulfotransferases tyrosylprotein (TPST1 ו- TPST2) הוא שינוי posttranslational מוגבלת של הטרנס-גולג’י/TGN, ישירות שלומדים תחבורה, קינטיקה של חלבונים עניין מהמשטח התא הזה תאיים גולג’י תא38,39,40.
במאמר שיטות, נתאר את הקלות של ייצור של nanobodies functionalized (VHH-2xTS-APEX2, – mCherry נגזרים) מתאים עבור מספר יישומים כדי לנתח תחבורה רטרוגרדית תאים בתרבית של30. אנו מתמקדים בעיקר על השימוש של TS באתר-השתנה nanobody עבור ניתוח של התעבורה תאיים מהמשטח תא התא של sulfation.
Nanobodies מייצג את שיעור המתעוררים של חלבון פיגומים קלסר עם יתרונות רבים על פני נוגדנים קונבנציונלי: הם קטנים, יציבה, monomeric, ניתן לבחור עבור דיסולפידי זיקה וחוסר גבוהה אג ח33,35, 44 , 45. הם משמשים במספר יישומים, כגון מערכות התרבו?…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי גרנט 31003A-162643 על ידי קרן המדע הלאומית השוויצרית. אנו מודים ניקול Beuret, את Biozentrum הדמיה הליבה מתקן (IMCF) לקבלת תמיכה.
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 |