Tek hücreli miktar Protein yıkımı oranları hızlandırılmış Floresans mikroskobu yapisan hücre kültüründe tarafından
Summary
Bu iletişim kuralı protein yarı-tek yaşam yapisan hücrelerde, hayatını darbe etiketleme ve floresan hızlandırılmış görüntüleme ek-etiket füzyon proteinlerin kullanarak belirlemek için bir yöntem açıklanır.
Abstract
Protein sentezi dinamik bir durumda olduğundan ve bozulması ve yarı hayatlarını çeşitli şartlar altında ayarlanabilir. Ancak, en sık protein half-life ya olduğunu belirlemek için yaklaşımlar kullanılan lysed hücrelerden popülasyon ortalamaları için sınırlı veya protein sentez inhibitörleri kullanılmasını gerektirir. Bu iletişim kuralı protein yarı-hızlandırılmış Floresans mikroskobu ile birlikte ek-etiket füzyon protein kullanarak hayatımızda tek yaşam yapışık hücreleri, ölçmek için bir yöntem açıklanır. Bir ek etiketi için erimiş ilgi herhangi bir protein kovalent birleştiğinde bir Floresan, hücre geçirgen boya tarafından benzylguanine türev bağlanabilir ve etiketli protein nüfus çürüme kalan boya fiyasko sonra izlenebilir. Sonraki hücre izleme ve miktar bir üstel çürüme eğri eğri uydurma tarafından protein yıkımı oranları Tek Kişilik hücrelerde belirlemek için izin izlenen her hücre için zaman sonuçlar üzerinde tümleşik Floresans yoğunluğunu. Bu yöntem için yarı-hayat kolayca diğer yöntemlerle ölçülen olamaz kültürlü hücrelerinin bir popülasyondaki heterojen bir tahmin sağlar. Burada sunulan yaklaşım kültürlü yapışık hücreleri bir protein bir ek etiketi için erimiş ilgi ifade, her türlü için geçerlidir. Burada E-cadherin kaplı hücre kültür Tabaklarda yetiştirilen fare embriyonik kök (ES) hücre protein oranları geniş bir yarı-hayat ile belirlenebilir nasıl tek hücre yıkımı göstermek için kullanın.
Introduction
İyi hücresel protein sentezi ve yıkımı oranları belirli her protein ve fizyolojik düzenleme tabi olmak ile geniş ciro, tabi olduğu bilinmektedir. Geleneksel olarak, protein yıkımı oranları ölçülen radyoaktif darbe chase analizi gibi toplu yöntemleri kullanarak veya sikloheksimit1gibi protein sentez inhibitörleri içeren olmuştur. Daha yakın zamanlarda, kararlı izotop kütle spektrometresi ile birlikte (SILAC) hücre kültüründe amino asitler ile etiketleme bir küresel ölçekte2protein ciro ölçmek için kurulmuştur. Ancak, bu yöntemlerin nüfus sayı ortalaması alınarak sınırlıdır ve hücre-hücre değişkenlik hakkında bilgi bu nedenle kaybolur. Ayrıca, hücre nüfus arasında iseEşitlenmemiş protein yıkımı geçici değişimler tanımlanamıyor.
Alternatif olarak, protein yarı-hayat da hangi sık sık tek hücreli çözünürlük sağlama avantajına sahip floresan tabanlı yaklaşımlar tarafından belirlenebilir. Örneğin, bir photoactivatable yeşil flüoresan protein (paGFP) erken memeli embriyo3Oct4 half-life belirlemek için kullanılır. Canlı hücreler içinde protein çürüsün izlemek için başka bir yöntem bir ek etiketi Floresans hızlandırılmış görüntüleme ile birlikte kullanmaktır. EK-etiket DNA onarım enzim O6– alkylguanine DNA-alkyltransferase (AGT) özellikle moleküler probları4,5‘ e, birleştiğinde (BG) türevleri ile benzylguanine tepki verir, mutasyona uğramış bir sürümüdür 6. bu nedenle, herhangi bir ek-etiket füzyon proteini bir Floresan, hücre geçirgen boya ile geri dönüşümsüz olarak etiketlenmiş. Darbe bir protein ek etiketi artık boya fiyasko tarafından takip, erimiş ilgi etiketlerine göre etiketli protein nüfus düşüşü izleme ve dolayısıyla protein half-life belirlemek için izin verir. Nabız-chase proteinlerin etiketleme için ek-etiketleri başarıyla kullanılmaktadır ve protein belirlemek için yarı-yapışık hayatımızda hücre kültür ve in vivo5,7,8,9. Yaygın olarak kullanılan çeşitli kapsayan ek-etiket yüzeylerde floresan spectra her özel uygulama için en iyi boya seçimi etkinleştirmek ticari olarak kullanılabilir. Böylece, ek-etiketleri diğer floresan füzyon protein veya boya ile çok renkli görüntüleme için de kullanılabilir. Hücre geçirgen boyalar hücre içi hem de membran bağlı proteinler izlemek için geçerlidir, ancak hücre geçirimsiz boyalar proteinler membran hayvan zinciri, etiketleme için uygundur. Ayrıca, bazı Bu sondalar neredeyse hiçbir Bazal Floresans sergi ve sadece ek-etiket10bağlama üzerine güçlü bir floresan sinyal yayan başlar.
Bu iletişim kuralı tek hücrelere ek etiketini kullanarak ilgi farklı protein yıkımı oranları ölçmek nasıl açıklar. Burada E-cadherin kültür fare embriyonik kök (ES) hücrelere bu yöntemi uygulamak, ama herhangi bir yapisan kültürlü hücre türü ile kullanmak mümkün olmalıdır. Biz ek-etiket füzyon protein Floresans hızlandırılmış görüntüleme tarafından takip darbe etiketleme tek hücre yarı-hayat ilgi çeşitli proteinlerin belirlemek için izin verir ve yarı-hayatımızda hücre hücre çeşitliliği için bir tahmin sağlar gösterir bir nüfus kültürlü hücre.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protein çürüme izlemek için ek etiketi kullanan hiçbir kalıntı ilişkisiz boya orta veya hücreleri olarak aksi takdirde yıkama sonrası bu sol emin olmak için yeni bağlamak olduğunda en önemli adım ek-etiket molekülleri daha sonra sırasında deneme ve orada üretilen Münir uzlaşma bozunma eğrisi. Bir yandan dikkatle açıklanan çamaşır adımları uygulayarak elde bu. Öte yandan, boya konsantrasyon hala iyi bir sinyal-gürültü oranı elde etmek için izin verir bir aralıktaki olurken mümkün old…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Hızlandırılmış mikroskobu deneyler biyomoleküler eleme tesisi (BSF adlı), EPFL gerçekleştirilmiştir. Marc Delachaux (hizmet Audiovisuel, EPFL) videografisi ve film düzenleme için teşekkür ederiz.
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
- Zhou, P. Determining Protein Half-Lives. Signal Transduct Protoc. , 67-77 (2004).
- Schwanhäusser, B., et al. Global quantification of mammalian gene expression control. Nature. 473 (7347), 337-342 (2011).
- Plachta, N., Bollenbach, T., Pease, S., Fraser, S. E., Pantazis, P. Oct4 kinetics predict cell lineage patterning in the early mammalian embryo. Nature Cell Biol. 13 (2), 117-123 (2011).
- Keppler, A., Gendreizig, S., Gronemeyer, T., Pick, H., Vogel, H., Johnsson, K. A general method for the covalent labeling of fusion proteins with small molecules in vivo. Nature Biotechnol. 21 (1), 86-89 (2002).
- Keppler, A., Pick, H., Arrivoli, C., Vogel, H., Johnsson, K. Labeling of fusion proteins with synthetic fluorophores in live cells. Proc Nat Acad Sci U S A. 101 (27), 9955-9959 (2004).
- Gronemeyer, T., Chidley, C., Juillerat, A., Heinis, C., Johnsson, K. Directed evolution of O6-alkylguanine-DNA alkyltransferase for applications in protein labeling. Protein Eng Design Select. 19 (7), 309-316 (2006).
- Jansen, L. E. T., Black, B. E., Foltz, D. R., Cleveland, D. W. Propagation of centromeric chromatin requires exit from mitosis. J Cell Biol. 176 (6), 795-805 (2007).
- Bojkowska, K., et al. Measuring In Vivo Protein Half-Life. Chem Biol. 18 (6), 805-815 (2011).
- Mandic, A., Strebinger, D., Regali, C., Phillips, N. E., Suter, D. M. A novel method for quantitative measurements of gene expression in single living cells. Methods. 120, 65-75 (2017).
- Komatsu, T., et al. Real-Time Measurements of Protein Dynamics Using Fluorescence Activation-Coupled Protein Labeling Method. J Am Chem Soc. 133 (17), 6745 (2011).
- Deluz, C., et al. A role for mitotic bookmarking of SOX2 in pluripotency and differentiation. Genes Dev. 30 (22), 2538-2550 (2016).
- Varshavsky, A. The N-end rule pathway and regulation by proteolysis. Protein Sci. 20 (8), 1298-1345 (2011).
- Tamm, C., Pijuan Galitó, S., Annerén, C. A Comparative Study of Protocols for Mouse Embryonic Stem Cell Culturing. PLoS ONE. 8 (12), e81156 (2013).
- Nagaoka, M., et al. E-Cadherin-Coated Plates Maintain Pluripotent ES Cells without Colony Formation. PLoS ONE. 1 (1), e15 (2006).
- Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Meth. 9 (7), 676-682 (2012).
- Hilsenbeck, O., et al. Software tools for single-cell tracking and quantification of cellular and molecular properties. Nat Biotech. 34 (7), 703-706 (2016).
- Blanchoud, S., Nicolas, D., Zoller, B., Tidin, O., Naef, F. CAST: An automated segmentation and tracking tool for the analysis of transcriptional kinetics from single-cell time-lapse recordings. Methods. 85, 3-11 (2015).
- Peng, T., et al. A BaSiC tool for background and shading correction of optical microscopy images. Nature Comm. 8, (2017).
- Smith, K., et al. CIDRE: an illumination-correction method for optical microscopy. Nature Methods. 12 (5), 404-406 (2015).
- Chae, H. D., Lee, M. R., Broxmeyer, H. E. 5-Aminoimidazole-4-carboxyamide Ribonucleoside Induces G1/S Arrest and Nanog Downregulation via p53 and Enhances Erythroid Differentiation. Stem Cells. 30 (2), 140-149 (2012).
- Lin, Y., et al. Reciprocal Regulation of Akt and Oct4 Promotes the Self-Renewal and Survival of Embryonal Carcinoma Cells. Mol Cell. 48 (4), 627-640 (2012).
- Wei, F., Scholer, H. R., Atchison, M. L. Sumoylation of Oct4 Enhances Its Stability, DNA Binding, and Transactivation. J Biol Chem. 282 (29), 21551-21560 (2007).
- Gautier, A., et al. An Engineered Protein Tag for Multiprotein Labeling in Living Cells. Chem Biol. 15 (2), 128-136 (2008).
- Los, G. V., et al. HaloTag: A Novel Protein Labeling Technology for Cell Imaging and Protein Analysis. ACS Chem Biol. 3 (6), 373-382 (2008).
