囊泡运输事件的准确定量通常为特定蛋白质的作用和突变的影响提供关键见解。本文介绍了使用超黄道 pHluorin(一种 pH 敏感的 GFP 变体)作为使用定量荧光显微镜和流式细胞术定量活细胞中内吞事件的工具的方法。
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囊泡运输事件的准确定量通常为特定蛋白质的作用和突变的影响提供关键见解。本文介绍了使用超黄道 pHluorin(一种 pH 敏感的 GFP 变体)作为使用定量荧光显微镜和流式细胞术定量活细胞中内吞事件的工具的方法。
绿色荧光蛋白(GFP)及其变种被广泛使用的工具用于研究蛋白质的定位和事件,如细胞骨架重构和活细胞囊泡运输的动态。使用嵌合的GFP融合物的定量方法已经被开发用于许多应用;然而,绿色荧光蛋白是蛋白水解有所抗性,因而其荧光在溶酶体/液泡,从而可以在吞途径妨碍货物贩卖定量存在。用于定量的内吞作用和胞吞后贩卖事件的另一种方法是利用superecliptic pHluorin,GFP的pH敏感的变体是在酸性环境中骤冷的。 pHluorin的嵌合融合的跨膜蛋白的货物导致的荧光在货物进入多泡体(MVBs)和交付溶酶体/液泡流明掺入一个阻尼胞质尾。因此,液泡的荧光的猝灭便于quantifi内吞作用和在吞途径的早期事件的阳离子。本文介绍如何使用pHluorin标签的货物通过荧光显微镜内吞作用的量化使用流式细胞仪基于人群的检测方法,以及。
囊泡运输在维持在真核细胞的细胞器的身份和功能中起重要作用,并且是用于调节个体细胞区室的蛋白质和膜组合物的关键机制。在质膜,胞吐泡融合提供了新的蛋白质和膜的细胞的表面上,而通过内吞作用产生小泡从表面用于随后的回收或靶向溶酶体除去膜和蛋白质。因此,内吞作用是养分吸收和用于向细胞外环境的反应很重要。胞吐作用和胞吞作用被平衡以调节质膜表面积,并允许受损的蛋白质的周转。
已在酵母和哺乳动物细胞的研究确定了响应大量涉及内吞作用的蛋白,以及促进特定货物的内在多个内吞途径或该行为的各种连接的vironmental条件。该研究得最好的途径是网格蛋白介导的内吞作用(CME),其中网格蛋白和胞质辅助蛋白组装成一个涂层结构以稳定新生吞囊泡。在芽殖酵母实验已经取得了关键洞察动态和招聘的顺序许多内吞蛋白1-3。值得注意的是,在CME机械高度通过进化保守,使得大多数酵母CME相关蛋白具有人直系同源物;因而,芽殖酵母已经了解了在高等真核生物保守的细胞内吞作用的机制的一个重要工具。例如,使用出芽酵母研究确定CME结构即形成和成熟(在酵母中称为皮质肌动蛋白斑块)涉及许多蛋白质的顺序招募,与网格蛋白和货物结合衔接蛋白开始,接着附加内吞附件招募蛋白质,的Arp2 / 3介导的肌动蛋白聚合的活性,以及参与囊泡断裂1,2-蛋白的募集。 CME机械蛋白质招募到皮层肌动蛋白补丁程序是一个高度有序的和一成不变的过程中,和招聘的许多蛋白质的确切订单已经建立了关于CME机械等组成。重要的是,最近的研究已经证实招募在网格蛋白小窝的CME蛋白在哺乳动物细胞中4类似的顺序。
除了CME,许多细胞类型具有依赖于替代机制,以促进从质膜5-7囊泡形成和内化的一个或多个网格蛋白独立内吞(CIE)的途径。在酵母中,我们最近发现,利用小GTP酶RHO1其激活鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF),ROM1 8,9一CIE途径。 RHO1激活formin Bni1促进肌动蛋白聚合10,11,这是需要在酵母12这种形式的网格蛋白独立的内吞作用的。此外,蛋白质的α休止家族招募泛素连接酶Rsp5通过CME 13-17促进货物泛素化和随后的内化,并且还通过在CIE途径促进货物内化,可能通过直接相互作用与参与CIE 18的蛋白质。各种CIE途径也存在于哺乳动物细胞,包括依赖于RHO1直向同源物,RhoA蛋白9,19网格蛋白独立和吞噬途径。 RhoA蛋白在哺乳动物CIE的作用是知之甚少;因此,在芽殖酵母的研究可能提供额外的机械见解,适用于哺乳动物CIE。
内吞事件的精确量化可以提供关于特定蛋白在调节细胞内吞作用的重要信息,并且可以揭示突变对货物内化或progressio的影响通过内吞途径ñ。为了这个目的,生物化学方法可用于监测配位体的吸收或以测量内吞货物蛋白质的降解的速率。在活细胞中,绿色荧光蛋白(GFP)及其与感兴趣货物变体的融合允许货物运输的直接可视化。但是,GFP标记的货物是用于内吞作用的量化用途有限,因为GFP是耐(在酵母或液泡)在溶酶体降解。此外,GFP荧光只有在pH值的变化部分敏感,并保持液泡腔20,21内检测到。因此,绿色荧光蛋白标记的荧光在液泡持续长后的货物的剩余部分已经退化,以及货物的强度的全细胞为基础的定量可能是不准确的,由于在液泡长期GFP荧光。
为了克服液泡GFP荧光的缺点,我们先前提出的使用superecliptic pH值luorin,GFP的pH敏感的变体,在中性pH明亮荧光,但失去了在酸性环境中的荧光,如液泡/溶酶体20,22,23的内腔中。上内吞货物的胞质尾区放置为pHluorin标签允许在质膜和早期内涵体,其中,pHluorin标签保持暴露到细胞质( 图1A)的货物的可视化。由于早期内涵体成熟,胞内排序复杂所需的运输(ESCRT)机械封装表面本地化货物成芽进入核内体腔内囊泡,产生多泡体(MVBs)24。对于已纳入内部MVB泡货物时,pHluorin标记朝向囊泡流明。内部MVB囊泡酸化;因此,pHluorin标签的货物失去早期内涵体荧光,因为它们成熟为MVBs 20。与液泡的MVB的后续融合提供了MVB肠腔内容物用于降解和pHluorin标签保持在液泡腔的酸性环境骤冷。
本文提供了使用与酵母细胞质pHluorin标签货物的定量测定内吞的详细说明。表达pHluorin标签的货物的菌株可以在动力学和/或终点测定法中使用,这取决于具体的货物的性质和贩卖行为。此外,一些pHluorin标签的货物是适合于高通量的分析方法,包括流式细胞仪。重要的是,pHluorin标签是研究在活细胞内吞的事件,从而使内吞作用和在野生型和突变株的内吞作用的比较的量化的多功能工具。
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1.解决方案和媒体
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3.动力学检定为货物的内吞作用的定量离岗管制吞
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5.收购后分析
通过流式细胞仪Mup1-pHluorin内吞6.人口分析
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稳态定位,定量的内在组成货物内吞蛋白质STE3的
为了演示在活细胞中,嵌合GFP和pHluorin融合与STE3,在酵母α-因子信息素受体的胞质C-末端尾部的本地化该pHluorin标签的货物可用于细胞内吞作用的定量,进行了比较。 STE3是一个G蛋白偶联受体(GPCR),其组成型转运到质膜,内化,并靶向液泡降解28。因此,稳态条件下,大多数STE3的定位于液泡腔,如在表达STE3-GFP( 图2A)的野生型(WT)细胞可见。相反,缺乏编码四个网格蛋白结合接头蛋白ENT1,ENT2,Yap1801和Yap1802(该基因的细胞ENT1ΔENT2Δyap1801Δyap1802Δ,以下简称为4Δ)失败在胞吞作用29的部位,以稳定网格蛋白,并且是在CME 30严重故障。...
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pHluorin的用于在酵母细胞内吞事件量化应用利用,其中所述荧光标签融合到蛋白质( 图1A)的胞质尾跨膜货物的。对于此处所描述的测定法中,当pHluorin标签暴露于中性的环境中,但是成为当pHluorin标签遇到酸性条件猝灭货物是明亮的荧光。因此,为pHluorin标签的内吞货物容易在质膜的胞质面和早期内涵体检测,但是当掺入管腔MVB囊泡或在递送到液泡腔变成"暗"。在一般情况下,新合成的内吞货物可能离开内质网(ER)和GFP和它的许多变体已经完全成熟之前到达质膜;由此,pHluorin标签的尚未达到在细胞表面被预测货物保持检测不到的,除非从ER或高尔基体出口为impaired。
pHluorin标记的内吞货物如STE3和Mup1使用提供了便利一些参与酵母CIE途径( 图1B)8,18蛋白质的表征。具体地,在本文所描述的方法已被用于证明产量增加的肌动蛋白-调节GTP酶RHO1及其GEF ROM1促进内吞作用在各种酵母突变体在CME 8缺陷。此外,pHluorin标签...
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作者声明没有利益冲突。
我们要感谢 Gero Miesenböck 和 Tim Ryan 分享本研究中用于生成试剂的 pHluorin cDNA,感谢 Nathan Wright、Joanna Poprawski 和 Lydia Nyasae 提供出色的技术帮助,感谢 Wendland 实验室的成员提供有益的讨论,感谢集成成像中心(约翰霍普金斯大学)的 Michael McCaffery 和 Erin Pryce 在显微镜检查和流式细胞术方面的建议和帮助。这项工作得到了美国国立卫生研究院 (BW, GM60979) 和美国国家科学基金会 (BW, MCB 1024818) 的资助。KW 部分得到了美国国立卫生研究院 (T32-GM007231) 的培训资助。AFO 得到了杜肯大学生物科学系和美国国家科学基金会 CAREER 赠款553143的发展资金的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 腺嘌 | 呤 Sigma | A8626-25G | 用于制备氨基酸混合物和储备溶液 |
| Bacto-agar | Fisher | BP1423-2 | 用于制备平板培养基 |
| BD Difco 酵母氮碱(不含氨基酸) | BD | 291920 | 用于制备液体和平板培养基 |
| 伴刀豆球蛋白 A | Sigma | C5275-5MG | 用于腔室涂层玻片 |
| 葡萄糖 | Fisher | BP350-1 | 用于制备液体和平板培养基 |
| L-组氨酸 | Fisher | BP382-100 | 用于制备氨基酸混合物和储备液 |
| L-亮氨酸 | Acros | 125121000 | 用于制备氨基酸混合物和储备液 |
| L-赖氨酸 | Fisher | BP386-100 | 用于制备氨基酸混合物和储备液 |
| L-蛋氨酸 | Fisher | BP388-100 | 用于制备氨基酸混合物和储备液 |
| L-色氨酸 | Fisher | BP395-100 | 用于制备氨基酸混合物和储备液 |
| L-酪氨酸 | Acros | 140641000 | 用于制备氨基酸混合物 |
| Nunc Lab-Tek 腔室盖玻片 (8 孔) | Thermo Scientific | 155411 | 用于 Mup1-pHluorin 内化的动力学和终点测定 |
| 尿嘧啶 | Sigma | U0750-100G | 用于制备氨基酸混合物和储备溶液 |
| Axiovert 200 倒置显微镜 | 卡尔蔡司 | 定制 | |
| 100X/1.4 平场复消色差油浸物镜 | 卡尔蔡司 | 物镜应为 100X、1.4NA 或更高 | |
| Sensicam | Cooke Corporation | 相机应具有 12 位或更高的动态范围 | |
| X-Cite 120PC Q 照明源 | Excelitas Technologies | ||
| Slidebook 5 软件 | 智能成像创新 | ||
| ImageJ 软件 | 美国国立卫生 | http://imagej.nih.gov/ij/ |
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