פרוטוקול זה מתאר טיהור טובולין ממקורות קטנים/בינוניים כגון תאים תרבותיים או מוחות של עכבר יחיד, באמצעות מחזורי פולמור והדפולימוריזציה. טובולין מטוהר מועשר איזוטיפים ספציפיים או יש שינויים פוסט-טרנסלציה ספציפיים והוא יכול לשמש במבחנה reconsays ללמוד דינמיקה microtubule ואינטראקציות.
היבט חשוב אחד של מחקרים של ציטוסקלטון microtubule הוא חקירת התנהגות microtubule בניסויים השבת במבחנה. הם מאפשרים ניתוח של המאפיינים המהותיים של microtubules, כגון דינמיקה, ואת האינטראקציות שלהם עם חלבונים הקשורים microtubule (MAPs). “קוד tubulin” הוא מושג המתעוררים המצביע על isotypes טובולין שונים ושינויים פוסט-טרנזיוניים שונים (PTMs) כמו הרגולטורים של תכונות ופונקציות microtubule. כדי לחקור את המנגנונים המולקולריים של קוד tubulin, זה חיוני לבצע ניסויים reconstitution במבחנה באמצעות tubulin מטוהרים עם isotypes ספציפיים PTMs.
עד כה, זה היה מאתגר מבחינה טכנית כמו tubulin המוח, אשר נעשה שימוש נרחב בניסויים במבחנה, מחסה PTMs רבים ויש לו הרכב איזוטיפ מוגדר. לפיכך, פיתחנו פרוטוקול זה כדי לטהר טובולין ממקורות שונים עם קומפוזיציות איזוטיפ שונות PTMs מבוקר, באמצעות הגישה הקלאסית של מחזורי פולמור והתפרקות. בהשוואה לשיטות קיימות המבוססות על טיהור זיקה, גישה זו מניבה טובולין טהור, בעל יכולת פולמוריזציה, שכן טובולין עמיד בפני פולמור או דפולימריזציה מושלך במהלך שלבי הטיהור העוקבים.
אנו מתארים את הטיהור של טובולין מקווי תאים, גדל או בהשעיה או כמו תרבויות חסידיות, וממוחות עכבר יחיד. השיטה מתארת תחילה את הדור של מסת התא הן בהגדרות ההשעיה והן בהגדרות החסידות, שלב התזה, ואחריו השלבים העוקבים של טיהור טובולין על ידי מחזורי פולמוריזציה-דפולימריזציה. השיטה שלנו מניבה טובולין שניתן להשתמש בו בניסויים העוסקים בהשפעה של קוד טובולין על המאפיינים המהותיים של מיקרוטובולים ואינטראקציות מיקרוטובולה עם חלבונים נלווים.
מיקרוטובולות ממלאות תפקידים קריטיים בתהליכים תאיים רבים. הם נותנים לתאים את צורתם, בונים צירים מיוטיים ומיטוטיים להפרדת כרומוזום, ומשמשים מסלולים להובלה תאית. כדי לבצע פונקציות מגוונות אלה, microtubules לארגן את עצמם בדרכים שונות. אחת השאלות המסקרנות בתחום היא להבין את המנגנונים המולקולריים המאפשרים למיקרוטובולים השמורים מבחינה מבנית ואבולוציונית להסתגל לשפע זה של ארגונים ותפקודים. מנגנון פוטנציאלי אחד הוא גיוון של microtubules, אשר מוגדר על ידי המושג המכונה “קוד tubulin”1,2,3. קוד טובולין כולל שני מרכיבים עיקריים: שילוב דיפרנציאלי של מוצרי גנים α ו- β-טובולין (isotypes טובולין) לתוך microtubules ו tubulin שינויים פוסט טראנסלציה (PTMs).
מאז שנות השבעים, ניסויי שחזור במבחנה, בשילוב עם טכניקות מיקרוסקופיות אור מתפתחות, סללו את הדרך לתגליות חשובות על תכונות של מיקרוטובולים: חוסר יציבותדינמית 4 והליכון5, ומנגנונים אחרים שלהם פונקציות6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. כמעט כל הניסויים במבחנה שבוצעו עד כה התבססו על טובולין מטוהר מרקמת המוח באמצעות מחזורים חוזרים ונשנים של פולמור והתפרקות16,17. למרות טיהור מרקמת המוח מעניק את היתרון של קבלת טובולין באיכות גבוהה בכמויות גדולות (בדרך כלל כמויות גרם), חיסרון חשוב אחד הוא הטרוגניות כמו tubulin מטוהרים מרקמת המוח היא תערובת של isotypes טובולין שונים מועשר PTMs טובולין רבים. הטרוגניות זו אינה מאפשרת לציין את תפקידו של טובולין PTM מסוים או איזוטיפ בשליטה על תכונות ופונקציות microtubule. לכן, ייצור tubulin הרכבה מוסמך עם PTMs טובולין מבוקר הרכב isotype הומוגני הוא חיוני כדי לטפל במנגנונים המולקולריים של קוד tubulin.
לאחרונה, גישה לטהר טובולין על ידי כרומטוגרפיה זיקה באמצעות TOG מחייב microtubule (הגן overexpressed הגידול) של שמרים Stu2p פותחה18. בשיטה זו, טובולין ב lysates גס של תאים או רקמה מועבר דרך עמודה שבה הוא נקשר לתחום TOG משותק מטריצה, המאפשר ניתוח של כל מאגר טובולין של נתון, אפילו קטן מאוד, מדגם. גישה המיוחלת לטהר טובולין רקומביננטי תוארה גם בשנים האחרונות. הוא מבוסס על מערכת baculovirus, שבה וקטור דו-סיסטרוני המכיל גנים α ו- β-טובולין מתבטא בתאי חרקים19. עם זאת, שיטה זו היא מסורבלת מאוד זמן רב ולכן משמש בעיקר לחקר ההשפעה של מוטציות tubulin20 ו tubulin isotypes21,22,23 במבחנה.
בפרוטוקול הנוכחי, אנו מתארים שיטה המשתמשת בגישה מבוססת היטב בשימוש נרחב פולימריזציה-depolymerization כשרטוט כדי ליצור tubulin עם רמות שונות של שינוי או מקווי התא או מרקמת המוח העכבר24. בהליך זה, טובולין הוא רכב על אופניים בין מסיס (טובולין דימר ב 4 מעלות צלזיוס) וצורה פולימרית (microtubule ב 30 מעלות צלזיוס בנוכחות guanosine 5′-triphosphate [GTP]). כל צורה מופרדת באמצעות צעדים רצופים של צנטריפוגה: dimers tubulin יישארו supernatant לאחר ספין קר (4 מעלות צלזיוס), ואילו microtubules יהיה גלולות ב 30 מעלות צלזיוס. יתר על כן, צעד אחד של פולמריזציה מתבצע ב piperazine גבוהה-N, N′-bis(2-אתנסולפונית חומצה) (PIPES) ריכוז, המאפשר הסרת חלבונים הקשורים microtubule מן microtubules ובכך, מן טובולין מטוהרים סוף סוף. Tubulin מטוהרים מתאי HeLa S3 גדל כמו השעיה או תרבויות חסידים הוא כמעט ללא כל tubulin PTM והוא שימש לאחרונה בניסויים reconstitution במבחנה25,26,27,28. התאמנו עוד יותר את השיטה לטיהור טובולין ממוחות עכבר יחיד, אשר ניתן להשתמש בהם עבור מספר רב של דגמי עכבר עם שינויים איזוטיפים טובולין ו PTMs.
בפרוטוקול, אנו מתארים תחילה את הדור של חומר המקור (מסת תא או רקמת מוח), את התמוגה שלו (איור 1A), ואחריו את השלבים העוקבים של פולמריזציה של טובולין והתפרקות כדי לטהר את הצינורית(איור 1B). בנוסף, אנו מתארים את התהליך להערכת הטוהר (איור 2א’,ב)ואת הכמות (איור 3א’,ב)של הצינור המטוהר. ניתן להתאים את השיטה לייצור טובולין מועשר ב-PTM נבחר על ידי דיכוי יתר של אנזים משתנה בתאים לפני טיהור הצינורית(איור 4B). לחלופין, ניתן להוסיף אנזימים לשינוי טובולין ל Tubulin במהלך תהליך הטיהור. לבסוף, אנו יכולים לטהר טובולין חסר isotypes ספציפיים או PTMs ממוחם של עכברים לקוי באנזימים המתאימים לשינוי טובולין (איור 4B)29.
לשיטה שאנו מתארים כאן יש שני יתרונות עיקריים: (i) היא מאפשרת ייצור של כמויות גדולות מספיק של טובולין בזמן קצר יחסית, ו-(ii) היא מייצרת טובולין טהור באיכות גבוהה, עם הרכב איזוטיפ צינורי ספציפי או PTMs. בסרטון המשויך לכתב יד זה, אנו מדגישים כמה מהשלבים הקריטיים הכרוכים בהליך זה.
השיטה המתוארת כאן מספקת פלטפורמה ליצירת טובולין איכותי ומוכשר להרכבה בכמויות בינוניות-גדולות מקווי תאים וממוחות של עכבר יחיד. הוא מבוסס על פרוטוקול תקן זהב של טיהור tubulin ממוחות שור המשמשים בתחום במשך שנים רבות16,17. אחד היתרונות הספציפיים של הגישה הוא השימוש…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי ANR-10-IDEX-0001-02, תא LabEx’n’Scale ANR-11-LBX-0038 ומכון דה התכנסות Q-life ANR-17-CONV-0005. סי.ג’יי נתמך על ידי המכון קירי, סוכנות המחקר הלאומית הצרפתית (ANR) מעניקה ANR-12-BSV2-0007 ו ANR-17-CE13-0021, המכון הלאומי לסרטן (INCA) מענק 2014-PL BIO-11-ICR-1, ואת פונדציה לשפוך la Recherche רפואי (FRM) מענק DEQ2017033676. MMM נתמך על ידי מענק אלצהיימר לשווא פונדציה FR-16055p, ועל ידי צרפת אלצהיימר מענק AAP SM 2019 n ° 2023. JAS נתמכה על ידי תוכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי במסגרת הסכם המענק מארי סקלודובסקי-קירי מס’ 675737, ומענק FRM FDT201904008210. SB נתמך על ידי מענק FRM FDT201805005465.
אנו מודים לכל חברי מעבדת ינקה, ובמיוחד לג’יי מרקהרון, כמו גם לג’י לאקיסיק (מכון MICALIS, AgroParisTech) וא. גאוטרו (אקול פוליטכניק) על העזרה במהלך הקמת הפרוטוקול. ברצוננו להודות למתקן החיות של המכון קירי על העזרה בגידול וטיפול בעכבר.
הנוגדן 12G10, שפותח על ידי ג’יי פרנקל ו מ ‘ נלסון, התקבל מבנק Hybridoma מחקרים התפתחותיים שפותח בחסות NICHD ומתוחזק על ידי אוניברסיטת איווה.
1 M MgCl2 | Sigma | #M1028 | |
1-L cell culture vessels | Techne F7610 | Used for spinner cultures. Never stir the empty spinner bottles. When spinner bottles are in the cell culture incubator, always keep the lateral valves of spinner bottles slightly open to facilitate the equilibration of media with incubator’s atmosphere. After use, fill the spinner bottles immediately with tap water to avoid drying of remaining cells on the bottle walls. Wash the bottles with deionised water, add app 200 ml of deionised water and autoclave. Under a sterile cell culture hood remove the water and allow the bottles to dry completely, still under the hood, for several hours. Never use detergents for cleaning the spinner bottles because any trace amounts of the detergent can be deleterious to the cells. | |
1.5- and 2-ml tubes | |||
14-ml round-bottom tubes | |||
15-cm-diameter sterile culture dishes | |||
15-ml screw-cap tubes | |||
2-mercaptoethanol | Sigma | #M3148 | 2-mercaptoethanol is toxic and should be used under the hood. |
4-(2-aminoethyl)-benzenesulfonyl fluoride | Sigma | #A8456 | |
40% Acrylamide | Bio-Rad | #161-0140 | |
5-, 10- 20-ml syringes | |||
5-ml, 10-ml, 25-ml sterile pipettes | |||
50-ml screw-cap tubes | |||
Ammonium persulfate (APS) | Sigma | #A3678 | |
Anti-alpha-tubulin antibody, 12G10 | Developed by J. Frankel and M. Nelson, obtained from the Developmental Studies Hybridoma Bank, developed under the auspices of the NICHD, and maintained by the University of Iowa | dilution: 1/500 | |
Anti-glutamylated tubulin antibody, GT335 | AdipoGen | #AG-20B-0020 | dilution: 1/20,000 |
Aprotinin | Sigma | #A1153 | |
Balance (0.1 – 10 g) | |||
Beckman 1-l polypropylene bottles | For collecting spinner cultures | ||
Beckman Avanti J-26 XP centrifuge | For collecting spinner cultures | ||
Biological stirrer | Techne MCS-104L | Installed in the cell culture incubator (for spinner cultures), 25 rpm for Hela S3 and HEK 293 cells | |
Bis N,N’-Methylene-Bis-Acrylamide | Bio-Rad | #161-0201 | |
Blender IKA Ultra-Turrax® | For lysing brain tissue, use 5-mm probe, with the machine set at power 6 or 7. Blend the brain tissue 2-3 times for 15 s on ice. | ||
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | #A7906 | |
Bromophenol blue | Sigma | #1.08122 | |
Carboxypeptidase A (CPA) | Sigma | #C9268 | Concentration: 1.7 U/µl |
Cell culture hood | |||
Cell culture incubator set at 37°C, 5% CO2 | |||
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma | #D8418 | DMSO can enhance cell and skin permeability of other compounds. Avoid contact and use skin and eye protection. |
DMEM medium | Life Technologies | #41965062 | |
DTT, DL-Dithiothreitol | Sigma | #D9779 | |
EDTA | Euromedex | #EU0007-C | |
EGTA | Sigma | #E3889 | |
Ethanol absolute | Fisher Chemical | #E/0650DF/15 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Sigma | #F7524 | |
French pressure cell press | Thermo electron corporation | #FA-078A | with a #FA-032 cell; for lysing big amounts of cells. Set at medium ratio, and the gauge pressure of 1,000 psi (corresponds to 3,000 psi inside the disruption chamber). |
Glycerol | VWR Chemicals | #24388.295 | |
Glycine | Sigma | #G8898 | |
GTP | Sigma | #G8877 | |
Heating block | Stuart | #SBH130D | |
Hela cells | ATCC® CCL-2™ | ||
Hela S3 cells | ATCC | ATCC® CCL-2.2™ | |
Hydrochloric acid (HCl ) | VWR | #20252.290 | |
Inverted microscope | With fluorescence if cell transfection is to be verified | ||
Isopropanol | VWR | #20842.298 | |
jetPEI | Polyplus | #101 | |
JLA-8.1000 rotor | For collecting spinner cultures | ||
KOH | Sigma | #P1767 | KOH is corrosive and causes burns; use eye and skin protection. |
L-Glutamine | Life Technologies | #25030123 | |
Laboratory centrifuge for 50-ml tubes | Sigma | 4-16 K | |
Leupeptin | Sigma | #L2884 | |
Liquid nitrogen | |||
Micro-pipettes p2.5, p10, p20, p100, p200 and p1000 and corresponding tips | |||
Micropestles | Eppendorf | #0030 120.973 | |
Mouse brain tissue | Animal care and use for this study were performed in accordance with the recommendations of the European Community (2010/63/UE). Experimental procedures were specifically approved by the ethics committee of the Institut Curie CEEA-IC #118 (authorization no. 04395.03 given by National Authority) in compliance with the international guidelines. | ||
Needles 18G X 1 ½” (1.2 X 38 mm | Terumo | #18G | |
Needles 20G X 1 ½” (0.9 X 38 mm | Terumo | #20G | |
Needles 21G X 4 ¾” (0.8 X 120 mm | B.Braun | #466 5643 | |
Parafilm | |||
PBS | Life Technologies | #14190169 | |
Penicillin-Streptomycin | Life Technologies | #15140130 | |
pH-meter | |||
Phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) | Sigma | #P7626 | PMSF powder is hazardous. Use skin and eye protection when preparing PMSF solutions. |
PIPES | Sigma | #P6757 | |
Pipette-boy | |||
Rotors | Beckman 70.1 Ti; TLA-100.3; and TLA 55 | ||
SDS-PAGE electrophoresis equipment | Bio-Rad | #1658001FC | |
SDS, Sodium dodecyl sulphate | VWR | #442444H | For preparing Laemmeli buffer |
SDS, Sodium dodecyl sulphate | Sigma | #L5750 | For preparing 'TUB' SDS-PAGE gels |
Sonicator | Branson | #101-148-070 | Used for lysing cells grown as adherent cultures. Use 6.5 mm diameter probe, set the sonicator at “Output control” 1, “Duty cycle” 10% and time depending on the cell type used. |
Tabletop centrifuge for 1.5 ml tubes | Eppendorf | 5417R | |
TEMED, N, N, N′, N′-Tetramethylethylenediamine | Sigma | #9281 | |
Trichostatin A (TSA) | Sigma | #T8552 | |
Triton X-100 | Sigma | #T9284 | |
Trizma base (Tris) | Sigma | #T1503 | |
Trypsin | Life Technologies | #15090046 | |
Ultracentrifuge rotors | TLA-55, TLA-100.3 and 70.1 Ti rotors | Set at 4°C or 30°C based on the need of the experiment | |
Ultracentrifuge tubes | Beckman | #357448 | for using with TLA-55 rotor |
Ultracentrifuge tubes | Beckman | #349622 | for using with TLA-100.3 rotor |
Ultracentrifuge tubes | Beckman | #355631 | for using with 70.1 Ti rotor |
Ultracentrifuges | Beckman | Optima L80-XP (or equivalent) and Optima MAX-XP (or equivalent) | Set at 4°C or 30°C based on the need of the experiment |
Vortex mixer | |||
Water bath equipped with floaters or tube holders | Set at 30°C |