Einzellige Quantifizierung der Protein-Abbauraten von Time-Lapse Fluoreszenzmikroskopie in adhärente Zellkultur
Summary
Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zum Bestimmen von Protein in einzelne lebende adhärente Zellen, Halbwertszeiten mit Puls Kennzeichnung und Zeitraffer Fluoreszenz-Bildgebung von Fusionsproteinen SNAP-Tag.
Abstract
Proteine sind in einem dynamischen Zustand der Synthese und Degradation und ihre Halbwertszeiten können unter verschiedenen Umständen angepasst werden. Jedoch am häufigsten verwendeten Ansätze um zu ermitteln Protein Halbwertszeit sind entweder beschränkt auf Bevölkerung Durchschnitte aus lysierten Zellen oder erfordern den Einsatz von Protein-Synthese-Hemmer. Dieses Protokoll beschreibt ein Verfahren zur Messung von Protein-Halbwertszeiten in einzelne lebende adhärente Zellen mit SNAP-Tag Fusionsproteine in Kombination mit Zeitraffer-Fluoreszenzmikroskopie. Jedes Protein des Interesses verschmolzen zu einem Kinderspiel-Tag kann kovalent an ein, Zelle durchlässig Fluoreszenzfarbstoff, der gekoppelt ist ein Benzylguanine Derivat gebunden, und der Zerfall der beschrifteten Protein Bevölkerung nach Auswaschung der restliche Farbstoff überwacht werden kann. Nachfolgende Zelle tracking und Quantifizierung der integrierten Fluoreszenzintensität über Zeit Ergebnisse in einer exponentiellen Zerfall Kurve für jede überwachte Zelle, so dass für die Bestimmung von Protein Abbauraten in Einzelzellen durch Kurvenanpassung. Diese Methode liefert eine Schätzung für die Heterogenität der Halbwertszeiten in einer Population von kultivierten Zellen, die leicht durch andere Methoden bewertet werden kann. Der hier vorgestellte Ansatz gilt für jede Art von kultivierten adhärente Zellen ein Protein des Interesses verschmolzen zu einem Kinderspiel-Tag zum Ausdruck zu bringen. Hier verwenden wir Mauszellen embryonaler Stammzellen (ES) auf E-Cadherin-beschichtete Kultur Zellplatten angebaut, wie einzelne Zelle Abbau illustrieren Preise von Proteinen mit einer breiten Palette von Halbwertszeiten ermittelt werden können.
Introduction
Es ist bekannt, dass zelluläre Proteine umfangreiche Umsatz mit Synthese und Abbau spezifisch für jedes Protein und einer physiologischen Regulierung zu unterziehen. Traditionell wurden Protein Abbauraten mit Bulk-Methoden wie radioaktive Puls Chase Analyse, oder an denen Protein-Synthese-Hemmer wie Cycloheximide1gemessen. Vor kurzem wurde stabiler Isotope Etikettierung mit Aminosäuren in der Zellkultur (SILAC) in Kombination mit der Massenspektrometrie gegründet, um Protein-Umsatz auf einer globalen Skala2zu quantifizieren. Aber diese Methoden sind begrenzt, indem der Durchschnitt der Bevölkerung, und Informationen über Zell-Zell-Variabilität geht also verloren. Darüber hinaus können vorübergehende Änderungen im Proteinabbau, die in der Zellenbevölkerung unsynchronized sind identifiziert werden.
Protein-Halbwertszeiten können alternativ auch durch Fluoreszenz-basierte Ansätze, die haben oft den Vorteil, dass einzellige Auflösung ermittelt werden. Zum Beispiel wurde ein Photoactivatable grün fluoreszierendes Protein (PaGFP) zur Oct4 Halbwertszeit in den frühen Säugetieren Embryo3zu bestimmen. Eine weitere Methode zur Protein-Zerfall in lebenden Zellen zu überwachen ist die Verwendung eines SNAP-Tags in Kombination mit Zeitraffer-Fluoreszenz-Bildgebung. Der SNAP-Tag ist eine mutierte Version von der DNA-Reparatur Enzym O6– Alkylguanine DNA-Alkyltransferase (AGT), die speziell mit Benzylguanine (BG) Derivate, reagiert die molekularen Sonden4,5, gekoppelt werden können 6. daher SNAP-Tag-Fusionsprotein kann irreversibel mit einer, Zelle durchlässig Leuchtstofffärbung beschriftet werden. Puls Kennzeichnung eines Proteins des Interesses mit der SNAP-Tag, gefolgt von Auswaschung der restliche Farbstoff verschmolzen ermöglicht für die Überwachung des Abbaus der beschrifteten Protein Bevölkerung und damit für die Bestimmung von Protein-Halbwertszeit. SNAP-Tags haben erfolgreich eingesetzt für Puls-Jagd Kennzeichnung von Proteinen und für die Bestimmung von Protein Halbwertszeiten im Anhänger Zell-Kultur und in Vivo5,7,8,9. Eine Vielzahl von SNAP-Tag Substrate für gebräuchliche fluoreszierende Spektren sind im Handel erhältlich, so dass die Auswahl der optimalen Farbstoff für jede spezifische Anwendung. SNAP-Tags können somit auch für mehrfarbige Bildgebung in Kombination mit anderen fluoreszierende Fusionsproteine oder Farbstoffe verwendet werden. Zelle-undurchlässig Farbstoffe eignen sich für die Kennzeichnung von Membran-angebunden Proteine während Zelle durchlässig Farbstoffe für die Überwachung der intrazellulären und Membrane-springen Proteine anwendbar sind. Darüber hinaus einige der diese Sonden fast keine basale Fluoreszenz ausstellen und erst emittierende eine starke Fluoreszenzsignal nach Bindung an ein SNAP-Tag10.
Dieses Protokoll beschreibt, wie die Abbauraten verschiedener Proteine des Interesses an einzelne Zellen mit einem SNAP-Tag zu messen. Hier wenden wir diese Methode auf embryonale Stammzellen (ES) Mauszellen kultivierten auf E-Cadherin, aber es sollte möglich sein, es mit jeden anhaftende kultivierte Zelltyp verwenden. Wir zeigen, dass Puls Kennzeichnung von Fusionsproteinen SNAP-Tag gefolgt von Time-Lapse Fluoreszenz-Bildgebung ermöglicht die Bestimmung der Einzelzelle Halbwertszeiten von Interesse verschiedener Proteine und eine Schätzung für die Zell-Zell-Variabilität der Halbwertszeiten in liefert eine Bevölkerung von kultivierten Zellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der wichtigste Schritt bei der Verwendung eines SNAP-Tags Protein Verfall zu überwachen ist, um sicherzustellen, dass kein passives ungebundenen Farbstoff im Medium oder in den Zellen nach dem Waschen, da sonst es links neu binden könnte produziert SNAP-Tag Moleküle später im Verlauf des Experiments und ther Eby Kompromiss der Verfall-Kurve. Dies ist einerseits durch sorgfältig ausführen der beschriebenen Waschschritte erreicht. Auf der anderen Seite sollte die Farbstoff-Konzentration werden so gering wie möglich,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Time-Lapse Mikroskopie Experimente wurden an der biomolekularen Screening Facility (BSF), EPFL durchgeführt. Wir danken Marc Delachaux (Service Audiovisuel, EPFL) für die Videografie und Bearbeitung des Films.
Materials
| Equipment | |||
| ES cell line expressing a SNAP-tag fusion protein of interest | – | – | |
| Falcon 100 mm TC-Treated Cell Culture Dish | Corning | 353003 | |
| 96 Well, Black/Clear, Tissue Culture Treated Plate | Corning | 353219 | |
| Neubauer-improved counting chamber, 0.1 mm | Marienfeld-superior | 640030 | |
| CO2 Incubator | Panasonic | MCO-170AICUV-PE | |
| Centrifuge 5804 R | Eppendorf | 5804000528 | |
| InCell Analyzer 2200 Cell Imaging System | GE Healthcare Life Sciences | 29027886 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagents | |||
| Glasgow Minimum Essential Medium | Sigma-Aldrich | G5154 | |
| Fetal Bovine Serum, embyonic stem cell-qualified | ThermoFisher | 16141-079 | |
| Sodium pyruvate solution | Sigma-Aldrich | 113-24-6 | |
| Minimum Essential Medium Non-Essential Amino Acids | ThermoFisher | 11140-035 | |
| Penicillin-Streptomycin | BioConcept | 4-01F00H | |
| L-Glutamine 200mM | ThermoFisher | 25030-024 | |
| 2-Mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | 63689-25ML-F | |
| Leukemia Inhibitory factor | – | – | Produced in the lab by transient transfection of HEK-293T cells, followed by collection and filtering of the supernatant. |
| CHIR99021 (GSK-3 Inhibitor XVI) | Merck Millipore | 361559 | |
| PD 0325901 | Sigma-Aldrich | 391210-10-9 | |
| Gelatin from bovine skin | Sigma-Aldrich | 9000-70-8 | |
| Dulbecco's PBS 10x concentrated | BioConcept | 3-05K00-I | |
| Dulbecco's PBS Without Ca++/Mg++ | BioConcept | 3-05F29-I | |
| Trypsin-EDTA-Solution 0.25% | Sigma-Aldrich | T4049 | |
| Recombinant Mouse E-Cadherin Fc Chimera protein | R&D systems | 748-EC-050 | |
| Doxycycline hyclate | Sigma-Aldrich | D9891 | |
| SNAP-Cell 647-SiR | New England BioLabs | S9102S | |
| FluoroBrite DMEM | ThermoFisher | A18967-01 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| FIJI | – | – | Open-source image analysis software |
| MATLAB R2014a | Mathworks | – | |
| Microsoft Excel | Microsoft | – |
References
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