Primer Astrosit Kültürlerinde Proteinlerin Hücre-Yüzey İfadesi ve Endosit Oranının Biyotinleme Yöntemiyle Belirlenmesi
Summary
Bu raporda, plazma membranında eksprese edilen proteinlerin hücre yüzeyi ekspresyonunu ve endositik hızını belirlemek için tasarlanan iki biyotinilasyona dayalı yöntemler sunulmuştur.
Abstract
Hücre yüzey proteinleri çok çeşitli fonksiyonlara aracılık eder. Çoğu durumda, faaliyetleri plazma membranındaki seviyelerini modüle eden endositik işlemlerle düzenlenir. Burada, bu süreçlerin çalışmasını kolaylaştıran 2 yöntem için ayrıntılı protokoller sunuyoruz, her ikisi de hücre yüzeyi proteinlerinin biyotinleştirilmesi ilkesine dayanmaktadır. İlki hücre yüzeyinde belirli bir proteinin göreli düzeylerinin yarı niceliksel olarak belirlenmesine izin vermek için tasarlanmıştır. İçinde hücrelerin plazma membran proteinlerinin lisin artıkları önce bir biotin kısmı ile etiketlenir. Hücreler ayrıldıktan sonra, bu proteinler daha sonra agarozla hareketsiz hale getirilen streptavidin kullanımı ile biyotin için ikinci afinitenin doğal afinitesini istifade ederek spesifik olarak çöktürülebilir. Böyle bir şekilde izole edilen proteinler daha sonra standart bir western blotlama yaklaşımı ile analiz edilebilir. İkinci yöntem, bir partikülün endositik hızını belirleme aracı sağlarAr hücre yüzeyi hedefinin belirli bir zaman süresi boyunca. Hücre yüzey proteinleri, ilk olarak, bölünebilir bir disülfid bağı içeren bir biyotin türevi ile modifiye edilir. Hücreler daha sonra biyotinlenmiş proteinlerin bir kısmının endositik alımına neden olan normal kültür koşullarına geri kaydırılır. Daha sonra, içe geçmemiş biyotin gruplarının disülfür bağları, membrana geçirimsiz redüksiyon maddesi glutatyon kullanılarak indirgenir. Bu yaklaşım vasıtasıyla, endositize proteinler izole edilebilir ve yüksek bir özgüllük derecesi ile nicelleştirilebilir.
Introduction
Hücrenin yüzeyindeki proteinler, hücre işlevini sürdürmek için merkezi rol oynarlar. Birçok durumda, bunların aktiviteleri, onları geçici olarak hücre içi bölgede tutan ya da bozunma yolları 1 , 2 , 3 , 4 , 5'e yönlendiren endositik süreçlere bağlıdır veya modüle edilir. Burada, kullanıcıya, plazma zarında eksprese edilen proteinleri ve yeni içselleştirilen proteinleri özel olarak etiketlemek ve izole etmek için tasarlanmış 2 biyotinilasyon temelli yaklaşımları vurguluyoruz. Bu yöntemlerle, ilgili herhangi bir proteinin hücre yüzeyi ekspresyonu ve endositik oranı nicelleştirilebilir, böylece düzenlenmesinin daha net bir şekilde değerlendirilmesi mümkün olur.
Bağıl hücre yüzeyi protein ekspresyonunun biyotinleme ile belirlenmesi
Eskiden H6 vitamini olarak bilinen biyotin veya vitamin B7, biyolojik moleküllerin reaktif amin, sülfhidril ve karboksil gruplarını kimyasal olarak değiştirmek için kullanılabilen küçük bir suda çözünür moleküldür. Şu anki hücre yüzey biyotinilasyon reaktiflerinin mahsulü, esas itibariyle, eksprese edilen proteinlerin lisin tortularının yan zincirlerinde bulunan aminlerle reaksiyona girmek üzere tasarlanmış biyotinin veya türevlerinin membran geçirmeyen sülfonatlanmış N-hidroksisuksinimid (sülfo-NHS) esterlerini içerir. Bunlar, bazik koşullar altında protonsuz hale geldiğinde, hücre yüzeyi, ikinci durumda, biyotin kısmı 7 ile bir amid bağı oluştururlar. Böylece, modifiye edilmiş hücre yüzeyi proteinleri, daha sonra yaklaşık olarak 10-15'lik bir ayrışma sabitiyle biyoinine bağlanan 66-69 kDa tetramerik bir protein olan avidin'i kullanarak izole edilerek Bilinen en güçlü kovalent olmayan etkileşimler </suP> , 9 .
Önceki çalışmalarda, hücre yüzeyinde protein ekspresyonunu nicelendiren bir dizi alternatif yöntem kullanılmıştır. Örneğin, ilgi konusu protein için spesifik olan floresan etiketli antikorları, ardından flüoresan mikroskopisi ile görselleştirmeyi kullanarak, geçirimsiz hale getirilmiş hücrelerin etiketlenmesi yaygın olarak kullanılan bir yaklaşım olmakla birlikte, hücre dışı epitoplara bağlanabilen antikorların bulunabilirliğine büyük ölçüde bağımlıdır. Daha yakın zamanlarda, asidik ortamlara maruz bırakılmaya tepkiyen pH duyarlı florofor taşıyan kimerik proteinlerin kullanılmasını içeren yöntemler de başarılı bir şekilde kullanıldı. Bununla birlikte, bu tür tahliller, genellikle, bu yapıların, ilgi proteininin doğal olarak bulunmadığı hücre çizgilerinde eksojen ifadesini içerir. Bu yaklaşımlar yine de, subselüler lokalizasyon ve ekzositik güzergah ile ilgili değerli bilgiler sağlayabilmektedirHedef protein içerir ve bu nedenle burada açıklanan biyotinilasyon temelli yaklaşımlarla bağlantılı olarak kullanılmalıdır.
Tipik bir biyotinilasyon tahlilinde hücreler ilk olarak 4 ° C PBS'de iyice yıkanır. Bu, kültür ortamı tarafından eklenen serum proteinlerinin izlerini kaldırır ve böylece bir sonraki aşamada bu miktarların fazla miktarda biyotini tüketmesini önler. Daha da önemlisi, sıcaklıktaki düşüş, endositozun önemli ölçüde yavaşlamasına neden olur. Daha sonra biyotinleme reaktifi eklenir. Daha sonra, hücreler yeniden yıkanır ve daha sonra geri kalan tüm biyotin izlerini inaktive etmek amacı olan ya glisin ya da NH4Cl içeren bir söndürme tamponu ile inkübe edilir. Daha sonra hücreler ayrıştırılır ve ardından biyotinlenmiş proteinlerin çökeltilmesi için agaroz-hareketsiz streptavidin ilave edilir. Analiz, yaygın olarak çeşitli prin bağıl hücre yüzeyi ekspresyonuna izin vererek, western blotting yoluyla gerçekleştirilirSayısallaştırılacak oteinler.
Bu tahlilin temeli nedeniyle, sadece hücre dışı çevreye maruz kalan kısımlara sahip olan proteinler ile kullanım için uygundur. Muhtemelen döngü bölgelerinde bir takım reaktif lizinlere sahip olan çok katlı transmembran proteinleri, bu yöntem için en uygun yöntemdir; tek geçişli proteinler ise biyotinilasyona daha az duyarlı olma eğilimindedir. Bu durumlarda dahi, yapısal değişiklikler veya moleküller arası etkileşimlerin belirli reaktif bölgeleri tıkayarak beklenenden düşük bir biyotinilasyon verimi oluşturması olasılığı söz konusudur.
Biyotinleme ile hücre yüzey proteinlerinin içselleştirme oranının belirlenmesi
Bu tahlilin prensipleri, bir takım istisna dışında, hücre yüzeyinde biyotinilasyon ile büyük oranda benzerdir; bunların en önemlisi, tersinir biyotinilasyon reaktiflerinin kullanılmasıdır. Biyotin grupları (bunların) disuYapılarında, indirgeyici ajanlara duyarlı bağlar bağlanır; Bu, tahlil süresi boyunca hücre içi sitelere alınan sadece hücre yüzeyi proteinlerinin biyotinile bırakılmasını sağlamak için kullanılır. Bir analiz genel olarak aşağıdaki şekilde gerçekleşir. Hücreler önce yıkanır ve soğuk reaktiflerle biyotinlenir, daha sonra 37 ° C'de hücre kültürü ortamı yeniden verilir ve hücreler kuluçka makinesine geri gönderilir; Bu etiketli hücre yüzeyi proteinlerinin endositozuna uğramasına neden olur. Zara nüfuz etmeyen indirgeyici madde glutatyon daha sonra hücre yüzeyi üzerinde kalan proteinlere bağlı olan biyotin parçalarının disülfid bağlarını kırmak için eklenir. Sonunda, bozulmuş disülfür bağları, iyodoasetamid ile reaksiyona girerek, labil tiol gruplarını tüketir ve bağların reformasyonunu önler. Daha önce olduğu gibi, hücreler daha sonra lizlenir ve etiketli proteinler streptavidin-agaroz kullanılarak çöktürülür.
Disk sınırlamalarıYöntemler arasında paylaşılan benzerlikler nedeniyle burada da geçerlidir. Buna ek olarak, bu tahlilde yer alan sıcaklık değişimlerinin, özellikle hızlı içselleştirilen veya hızla geri dönüşümlü proteinlerin olması durumunda, her zaman artışı için ne kadar proteinin sitoplazma edildiğinin tam olarak belirlenmesini engellemesi akılda tutulmalıdır. Bu nedenle tahlil, sadece endositik hızların semikantitatif bir kestirimini sağlar. Toplam iç yansıma flüoresan mikroskopisi, yüklü veziküllerin alımını izlemek ve endositoz kinetiğini daha kesin bir şekilde ölçmek için kullanılabilir. Bu nedenle, ilgilenilen proteinin floresan etiketli kimerik yapısı bulunduğunu farz ederek, bu tahlil için çok faydalı bir tamamlayıcı madde sağlayabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Değişiklikler:
Bu yöntemler yapışık hücrelerle birlikte kullanılmak üzere tasarlandığından, 100 mg / L MgCl2 · 6H20 ve
Yıkama basamakları için ve hücrelerin kültür yüzeyine yapışmış olmasını ve hücre-hücresi bağlantılarının bozulmamasını sağlamak için belirli tamponların tabanı olarak, 100 mg / L CaCI2 (CM-PBS). Bununla birlikte, protokoller, hücreler prosedürünün her bir adımı arasında pelet yapılıyorsa, yapışkan olmay…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu proje, Kanada Sağlık Araştırma Enstitüsü PG # 20R47867 tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Ammonium chloride (NH4Cl) | Fisher Scientific | A661-500 | |
| Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A9647-50 | |
| Bromophenol blue | Bio-Rad | #1610404 | |
| cOmplete protease inhibitor cocktail | Sigma-Aldrich | 11697498001 | |
| Disodium ethylenediaminetetraacetate dihydrate (EDTA) | Bio-Rad | #1610729 | |
| Dithiothreitol (DTT) | Bio-Rad | #1610611 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco/Thermo Fisher Scientific | 11960-044 | |
| EZ-Link Sulfo-NHS-LC-Biotin | Thermo Fisher Scientific | #21335 | |
| EZ-Link Sulfo-NHS-SS-Biotin | Thermo Fisher Scientific | #21331 | |
| Fetal bovine serum | Gibco/Thermo Fisher Scientific | 16000-044 | |
| Glycerol | Fisher Scientific | BP229-1 | |
| Glycine | Sigma-Aldrich | G8898 | |
| Iodoacetamide | Bio-Rad | #163-2109 | |
| Laminin from Engelbreth-Holm-Swarm murine sarcoma basement membrane | Sigma-Aldrich | L2020 | Thaw on ice. |
| L-glutamine | Gibco/Thermo Fisher Scientific | 25030-081 | |
| Mouse monoclonal anti-β-actin antibody (AC-15) | Sigma-Aldrich | A5441 | |
| Mouse monoclonal anti-β-dystroglycan antibody (43DAG1/8D5) | Leica Biosystems | B-DG-CE | |
| Penicillin/streptomycin | Gibco/Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
| Peroxidase AffiniPure Donkey Anti-Mouse IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 715-035-150 | |
| Peroxidase AffiniPure Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 111-035-045 | |
| Phosphate buffer saline | Gibco/Thermo Fisher Scientific | 10010-023 | |
| Reduced glutathione | Sigma-Aldrich | G6529 | |
| Sodium chloride (NaCl) | Fisher Scientific | S271-500 | |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Sigma-Aldrich | 862010 | |
| Sodium hydroxide (NaOH) | Fisher Scientific | S318-100 | |
| Streptavidin agarose resin | Thermo Fisher Scientific | #20347 | |
| Rabbit polyclonal anti-AQP4 antibody | Alomone | AQP-004 | |
| Tris base (Trizma base) | Fisher Scientific | BP152-1 | |
| Tris-HCl | Fisher Scientific | BP153-1 | |
| Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151-500 |
References
- Baskin, G., Schenker, S., Frosto, T., Henderson, G. Transforming growth factor beta 1 inhibits epidermal growth factor receptor endocytosis and down-regulation in cultured fetal rat hepatocytes. J Biol Chem. 266 (20), 13238-13242 (1991).
- Hazum, E., Cuatrecasas, P., Marian, J., Conn, P. M. Receptor-mediated internalization of fluorescent gonadotropin-releasing hormone by pituitary gonadotropes. Proc Natl Acad Sci U S A. 77 (11), 6692-6695 (1980).
- Hemmaplardh, D., Morgan, E. H. Transferrin uptake and release by reticulocytes treated with proteolytic enzymes and neuraminidase. Biochim Biophys Acta. 426 (3), 385-398 (1976).
- Katsura, T., et al. Constitutive and regulated membrane expression of aquaporin 1 and aquaporin 2 water channels in stably transfected LLC-PK1 epithelial cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 92 (16), 7212-7216 (1995).
- Li, Y., Cam, J., Bu, G. Low-density lipoprotein receptor family: endocytosis and signal transduction. Mol Neurobiol. 23 (1), 53-67 (2001).
- Gyorgy, P., Melville, D. B., Burk, D., Du Vigneaud, V. The possible identity of vitamin H with biotin and coenzyme R. Science. 91 (2358), 243-245 (1940).
- Cole, S. R., Ashman, L. K., Ey, P. L. Biotinylation: an alternative to radioiodination for the identification of cell surface antigens in immunoprecipitates. Mol Immunol. 24 (7), 699-705 (1987).
- Green, N. M. Avidin 1. the use of [14-C]biotin for kinetic studies and for assay. Biochem J. 89 (3), 585-591 (1963).
- Korpela, J. Avidin, a high affinity biotin-binding protein, as a tool and subject of biological research. Med Biol. 62 (1), 5-26 (1984).
- Li, Y., et al. Imaging pHluorin-tagged receptor insertion to the plasma membrane in primary cultured mouse neurons. J Vis Exp. (69), e4450 (2012).
- Soohoo, A. L., Bowersox, S. L., Puthenveedu, M. A. Visualizing clathrin-mediated endocytosis of G protein-coupled receptors at single-event resolution via TIRF microscopy. J Vis Exp. (92), e51805 (2014).
- Noel, G., Tham, D. K., Moukhles, H. Interdependence of laminin-mediated clustering of lipid rafts and the dystrophin complex in astrocytes. J Biol Chem. 284 (29), 19694-19704 (2009).
- Laemmli, U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 227 (5259), 680-685 (1970).
- Towbin, H., Staehelin, T., Gordon, J. Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications. Proc Natl Acad Sci U S A. 76 (9), 4350-4354 (1979).
- Madrid, R., et al. Polarized trafficking and surface expression of the AQP4 water channel are coordinated by serial and regulated interactions with different clathrin-adaptor complexes. EMBO J. 20 (24), 7008-7021 (2001).
- Tham, D. K., Joshi, B., Moukhles, H. Aquaporin-4 Cell-Surface Expression and Turnover Are Regulated by Dystroglycan, Dynamin, and the Extracellular Matrix in Astrocytes. PLoS One. 11 (10), 0165439 (2016).
