介绍了两种分离细胞脂滴的方法,分别来自1)酵母细胞和2)人胎盘。这两种方法的核心步骤均为密度梯度离心,其中含有脂滴的上浮层可通过肉眼清晰观察,随后可被提取,并通过蛋白质印迹分析检测其纯度。
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介绍了两种分离细胞脂滴的方法,分别来自1)酵母细胞和2)人胎盘。这两种方法的核心步骤均为密度梯度离心,其中含有脂滴的上浮层可通过肉眼清晰观察,随后可被提取,并通过蛋白质印迹分析检测其纯度。
脂滴是存在于大多数真核细胞及某些原核细胞中的动态细胞器。从结构上看,脂滴由中性脂质核心构成,外周包裹一层磷脂单分子层。在研究脂滴细胞功能的过程中,蛋白质组学鉴定其结合蛋白是一项极为有用的技术,这些结合蛋白可随脂滴一同被分离出来。本文介绍了两种用于分离脂滴及其结合蛋白的方法,分别适用于两类差异较大的真核细胞:裂殖酵母和人胎盘绒毛细胞。尽管这两种方法存在差异,其主要步骤均基于密度梯度离心法。 两种制备方法均具备这一特点,表明所介绍的液滴分离技术具有广泛的适用性。
在第一个实验方案中,通过酶解消化酵母细胞的细胞壁,将其转化为原生质球。随后,使用间隙较松的匀浆器轻柔裂解所得的原生质球。向裂解液中加入蔗糖密度梯度介质Ficoll,混合物共进行三次离心。第一次离心后,脂滴与内质网(ER)、质膜以及液泡共同位于离心管中呈白色浮层的部分。接下来的两次离心用于去除其余这三种细胞器。最终获得仅含有脂滴及其结合蛋白的组分层。
在第二个实验方案中,通过胰蛋白酶和DNase I酶消化法从人足月胎盘中分离出胎盘绒毛细胞。使用松配合的匀浆器对细胞进行匀浆。采用低速和中速离心步骤去除未破碎的细胞、细胞碎片、细胞核和线粒体。向匀浆液中加入蔗糖以形成密度梯度,然后通过离心将脂滴与其他细胞组分分离。
通过蛋白质印迹分析证实了两种方案中脂滴的纯度。两种制备方法所得的脂滴组分均适用于后续的蛋白质组学和脂质组学分析。
细胞脂滴是细胞中具有多种功能的动态细胞器。它们是中性脂质的储存中心,这些脂质可被转化为能量或用于磷脂合成。脂滴在包括动脉粥样硬化、肥胖及相关代谢性疾病以及感染性疾病在内的生理和病理过程中发挥核心作用1,2。此外,它们也是生物柴油燃料的潜在来源。
关于脂滴在细胞中功能的大量信息,均来自对从多种生物体中分离纯化的脂滴进行的蛋白质组学和脂质组学分析3。这些生物体包括细菌4,5、酵母6-11、植物12,13、线虫14以及果蝇15,16。鉴于人们对脂滴在人类代谢性疾病中作用的兴趣,研究人员也已从培养的动物细胞和动物组织中分离出脂滴。所使用的培养细胞系包括3T3-L1脂肪细胞17、中国仓鼠卵巢(CHO)K2细胞18、人肝细胞19,20以及上皮细胞系21。已成功分离脂滴的动物组织包括小鼠骨骼肌22、肝脏23和乳腺组织23。如上所述,大多数脂滴分离研究的目标是对结合在脂滴上的蛋白质进行蛋白质组学分析,以及对中性脂质和磷脂进行脂质组学分析。
由于中性脂质——脂滴中最丰富的组分——的密度低于大多数其他细胞物质,因此传统上采用密度梯度离心法来分离脂滴。该技术是本文所介绍的两种制备方法的核心。本文将先前的技术6,24 进行了整合与改进,并以可视化方式展示从培养的裂殖酵母细胞以及从胎盘组织获取的非培养人源细胞中分离脂滴的过程。本方法旨在通过选用两种截然不同的细胞类型作为脂滴分离的起始材料,展示该技术的广泛适用性。该技术应适用于希望从大多数生物体中分离脂滴的研究人员。
方案1描述了从裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe中分离脂滴的方法,该酵母已被用作观察真核细胞分裂过程中脂滴形成的模型25。出芽酵母Saccharomyces cerevisiae则被广泛用作研究脂滴生物学的模式生物。方案1适用于这两种生物,文中同时指出了样品制备过程中的差异。
方案2描述了从胎盘绒毛细胞中分离脂滴的方法,这些绒毛细胞来源于人类足月胎盘。收集足月胎盘为安全且符合伦理地获取200-250 g 易于获得的人体组织26提供了独特的机会,该组织中含有大量脂滴。这与大多数高等真核生物中脂滴分离的研究不同,后者通常使用培养细胞作为脂滴来源。在那些研究中,常向培养体系中添加脂肪酸以促进中性脂质的合成,从而促进脂滴的生长。而本研究中的脂滴是在胎盘组织的天然条件下形成的。
通过使用细胞器标志物抗体进行蛋白质印迹分析,确定脂滴组分的纯度。这两种方案所获得的脂滴组分适用于后续的蛋白质组学和脂质组学分析。
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1. 从(裂殖)酵母细胞中分离脂滴
从模式生物酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae中分离液滴的步骤与以下方案几乎完全相同6。制备过程中的差异已予以注明。
1. 培养酵母细胞
2. 将裂殖酵母细胞转化为原生质球并进行后续裂解
3. 密度梯度离心
2. 从人胎盘绒毛细胞中分离脂滴
胎盘采集自足月单胎妊娠、在自然临产前接受择期剖宫产的健康女性。受试者均已签署书面知情同意书,同意其胎盘用于采集。胎盘的采集及后续使用均获得田纳西大学和田纳西大学医学研究生院诺克斯维尔分校机构审查委员会的批准(批准编号分别为#8757B和#3338)。
1. 分离人胎盘绒毛细胞
本方案的第1部分是对Petroff等人et al.26早前发表方案的修改
准备以下溶液:
2. 匀浆化胎盘绒毛细胞
3. 通过超速离心分离脂滴
脂滴组分的表征(方案1和方案2)
脂滴组分的回收率和纯度可通过蛋白质印迹法结合光学显微镜或电子显微镜进行验证。此外,可在不同离心步骤后收集并保留等分试样,用于测定纯化效率。在蛋白质印迹分析中,将代表全细胞裂解液等量样品的脂滴组分体积进行比较,比基于总蛋白含量将脂滴与其他膜组分进行比较更为合适24。
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如果密度梯度离心按预期进行,浮起的层应含有脂滴,并在整个高速离心过程中基本不含其他细胞器。
对于方案1,使用脂滴标志物抗体(Erg6p)以及已发现与酵母中脂滴相互作用的细胞器标志物抗体进行Western印迹分析,包括内质网(Dpm1p)、线粒体(Por1p)、质膜(Pma1p)和液泡(Vma1p)。
分别收集三次离心(步骤 3.7、3.10 和 3.13)后各样品上清层的等体积部分,用三氯乙酸(终浓度 15%)沉淀,并溶于水中。取 13 µL 细胞裂解液(图 3A,“Lys”)以及三次离心所得的蛋白质样品(图 3A,“Spin1”、“Spin2”和“Spin3”),在 12% SDS-PAGE 凝胶上进行分离,随后转至硝酸纤维素膜,并用细胞器特异性抗体进行免疫印迹分析。结果符合预期:脂滴标志蛋白 Erg6p 在三次离心后的上清层中均存在(图 3A);Por1p 在第一次离心(Spin1)后的上清层中不存在(图 ...
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本方案中的关键步骤
培养细胞时,务必保持培养基和细胞密度的一致性。 细胞内的脂滴具有独特性,其相关蛋白高度依赖于细胞培养的环境17。因此,在细胞裂解前应严格监控细胞培养所用的培养基及细胞密度。
脂滴的蛋白质组成与酵母细胞的生长阶段有关。与静止期相比,对数生长期的细胞中结合到脂滴上的蛋白质较少。此外,原生质球制备效率也取决于酵母细胞的生长阶段。处于对数生长期的细胞比处于静止期的细胞能产生更高的原生质球得率,因为后者对酶处理更具抗性。
务必使用温和的方法破碎细胞。 优先选择通过酶消化降解酵母细胞壁的方法,而非通过外力破坏细胞壁的技术。后者可能破坏脂滴的结构完整性,导致结合的蛋白质或脂质丢失。
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作者声明不存在竞争性财务利益。
本工作由美国心脏协会资助项目(P.D.,编号13SDG14500046)及可持续能源教育项目支持 & 研究中心奖(田纳西大学)授予 P.D.,以及医师医学教育与研究基金会(田纳西大学)奖项授予 J.M。作者感谢 Caroline Leplante(耶鲁大学)提供裂殖酵母转化为原生质球的实验方案;感谢 Eric T. Boder(田纳西大学)提供摇床培养箱、台式离心机和 Western Blot 分析设备的使用;感谢田纳西大学环境生物技术中心提供超速离心机的使用;感谢 Günther Daum(奥地利格拉茨工业大学)提供酵母抗体;感谢田纳西大学医学中心妇产科部门工作人员提供的技术协助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 方案 1 | |||
| 1. 酵母细胞培养及原生质体制备 | |||
| 爱丁堡最小培养基(EMM) | Sunrise Science Products | 2005 | |
| 含5种补充物的酵母提取物培养基(YE5S) | Sunrise Science Products | 2011 | YE5S 培养基含每种补充物 225 mg/ml:腺嘌呤、组氨酸、亮氨酸、赖氨酸、尿嘧啶。对应芽殖酵母的等效培养基为 YPD。 |
| YPD 粉末 | Sunrise Science Products | 1875 | 用于 S. cerevisiae |
| 山梨醇 | Fisher Scientific | BP439 | |
| 酵母裂解酶 | MP Biomedicals | 215352610 | |
| 来自哈茨木霉的溶壁酶 | Sigma-Aldrich | L1412 | |
| Zymolase-20T | Sunrise Science Products | N0766391 | 用于 S. cerevisiae |
| BODIPY 493/503 | Invitrogen | D-3922 | |
| 显微镜载玻片 | Fisher Scientific | 12-544-7 | |
| 显微镜盖玻片 | Fisher Scientific | 12-542-B | |
| 塑料移液管 | Fisher Scientific | 137115AM | |
| 1 L 玻璃瓶 | |||
| 250 ml 锥形瓶 | |||
| 2.8 L 锥形瓶 | |||
| 2. 酵母脂滴分离 | |||
| Tris-HCl | Fisher Scientific | BP153 | |
| EDTA | Fisher Scientific | BP120 | |
| Ficoll 400 | Fisher Scientific | BP525 | |
| 12-14k Spectra/Por 透析膜 | SpectrumLabs | 132680 | |
| 无 EDTA 蛋白酶抑制剂混合片剂 | Roche Diagnostics | 11873580001 | 刺激性 |
| Dounce 匀浆器 | Sigma-Aldrich | D9938 | |
| 超速离心管 25 mm × 89 mm(用于 SW28) | Beckman-Coulter | 355642 | |
| 12-14k Spectra/Por 透析膜 | SpectrumLabs | 132680 | |
| 温控摇床 | New Brunswick Scientific | C25KC | |
| Thermo Sorvall Legend XTR 离心机 | Thermo-Scientific | 75004521 | |
| 摆动桶式离心转子 | Thermo-Scientific | 75003607 | |
| Fiberlite* F15-6x100y 固定角转子 | Thermo-Scientific | 75003698 | |
| 超速离心机 LB-M | Beckman-Coulter | ||
| SW28 超速离心转子 | Beckman-Coulter | 342204 | |
| 方案 2 | |||
| 1. 胎盘绒毛细胞分离 | |||
| 一次性垫巾 | Fisher Scientific | 23666062 | |
| 可高压灭菌盆(容器),3 L | Fisher Scientific | 1336110 | |
| 精细剪刀,尖头,直刃 | Fine Science Tools | 1406011 | |
| 伦敦镊子 | Fine Science Tools | 1108002 | |
| Dumont #7b 镊子 | Fine Science Tools | 1127020 | |
| 剃须刀片 | Fisher Scientific | S65921 | |
| CD-1 筛杯 | Fisher Scientific | S1145 | |
| 40 目筛网 | Fisher Scientific | S0770 | |
| Fisherbrand 细胞过滤器 100 μm | Fisher Scientific | 22363549 | |
| 150 mm 培养皿 | Fisher Scientific | NC9054771 | |
| NaCl | Fisher Scientific | S642 | |
| KCl | Fisher Scientific | P333 | |
| KH2PO4 | Fisher Scientific | P386 | |
| Na2HPO4 | Fisher Scientific | S374 | |
| D-葡萄糖 | Fisher Scientific | D16 | |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310 | |
| 2.5% 胰蛋白酶 10x | Invitrogen | 15090046 | |
| DNase I,II 型,来自牛胰腺 | Roche Applied Science | 10104159001 | |
| 碳酸氢钠溶液 | Sigma-Aldrich | S8761 | |
| 500 ml 锥形瓶 | |||
| 250 ml 烧杯 | |||
| 15 ml 离心管 | |||
| 10 ml 血清移液管 | |||
| 50 ml 离心管 | |||
| DMEM | Invitrogen | 11965084 | |
| 2. 从绒毛胎盘细胞中分离脂滴 | |||
| Tris-HCl | Fisher Scientific | BP153 | |
| EDTA | Fisher Scientific | BP120 | |
| D-蔗糖 | Fisher Scientific | BP220 | |
| 碳酸钠 | Fisher Scientific | BP357 | |
| 无 EDTA 蛋白酶抑制剂混合片剂 | Roche Diagnostics | 11873580001 | 刺激性 |
| Dounce 匀浆器 | Sigma-Aldrich | D9938 | |
| 超速离心管 25 mm × 89 mm(用于 SW28) | Beckman-Coulter | 355642 | |
| 超透明离心管 14 mm × 89 mm(用于 SW41) | Beckman-Coulter | 344059 | |
| 一次性硼硅酸盐玻璃巴斯德移液管 | Fisher Scientific | 1367820C | |
| 生物安全柜 | Thermo-Scientific | ||
| 水浴锅 | Fisher Scientific | ||
| 温控摇床 | New Brunswick Scientific | C25KC | |
| Thermo Sorvall Legend XTR 离心机 | Thermo-Scientific | 75004521 | |
| 摆动桶式离心转子 | Thermo-Scientific | 75003607 | |
| 超速离心机 LB-M | Beckman-Coulter | ||
| SW28 超速离心转子 | Beckman-Coulter | 342204 | |
| SW41 Ti 超速离心转子 | Beckman-Coulter | 331336 | |
| Western blot | |||
| IRDye 680 山羊抗兔 IgG | LI-COR | 926-68071 | 稀释比例 1:15,000 |
| IRDye 800CW 山羊抗小鼠 IgG | LI-COR | 926-32210 | 稀释比例 1:5,000 |
| NuPAGE Novex 12% Bis-Tris 凝胶 | Invitrogen | NP0341 | |
| 方案 1 所用一抗 | |||
| Erg6p | 由 G. Daum 博士惠赠 | 奥地利格拉茨工业大学 | 稀释比例 1:5,000 |
| Dpm1p | Abcam | ab113686 | 4 μg/ml |
| Por1p | 由 G. Daum 博士惠赠 | 奥地利格拉茨工业大学 | 稀释比例 1:5,000 |
| Pma1p | 由 G. Daum 博士惠赠 | 奥地利格拉茨工业大学 | 稀释比例 1:10,000 |
| Vma1p(抗 ATP6V1A) | Abcam | ab113745 | 0.5 μg/ml |
| 方案 2 所用一抗 | |||
| Perilipin 2(抗 ADFP) | Abcam | ab52355 | 2 μg/ml |
| Calnexin | Cell Signaling Technology | 2679 | 稀释比例 1:1,000 |
| GM130 | Biorbyt | orb40533 | 稀释比例 1:25 |
| COX IV | Cell Signaling Technology | 4850 | 稀释比例 1:1,000 |
| MEK1 | Biorbyt | orb38775 | 稀释比例 1:50 |
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