本文描述了检测tau蛋白过度磷酸化、tau蛋白与微管结合能力以及药物处理后细胞内tau蛋白定位的标准实验方案。这些方案可重复用于筛选靶向tau蛋白过度磷酸化或微管结合的药物或其他化合物。
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本文描述了检测tau蛋白过度磷酸化、tau蛋白与微管结合能力以及药物处理后细胞内tau蛋白定位的标准实验方案。这些方案可重复用于筛选靶向tau蛋白过度磷酸化或微管结合的药物或其他化合物。
微管相关蛋白tau是一种主要定位于轴突的神经元蛋白。通常情况下,tau对神经元的正常功能至关重要,因为它参与微管的组装和稳定。除神经元外,tau还在人类乳腺癌、前列腺癌、胃癌、结直肠癌和胰腺癌中表达,且其结构与功能几乎与神经元中的tau相同。tau的表达量及其磷酸化状态可改变其作为微管稳定剂的功能,并导致多种神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)中成对螺旋纤维的形成。因此,确定tau的磷酸化状态及其与微管的结合特性具有重要意义。此外,在不同疾病中研究tau的细胞内定位也十分重要。本文详细描述了在有或无姜黄素和氯化锂处理的结直肠癌细胞中检测tau磷酸化水平及tau与微管结合能力的标准实验方案。这些处理可用于抑制癌细胞的增殖与发展。通过免疫组织化学和共聚焦显微镜技术,并使用少量抗体,可检测tau的细胞内定位。这些检测方法可重复用于筛选影响tau过度磷酸化或微管结合能力的化合物。这些方案有望用于表征针对不同tau蛋白病的新型治疗药物或相关抗癌剂。
Tau最初被鉴定为一种热稳定的微管相关蛋白,可与微管蛋白共纯化1。Tau仅在高等真核生物中表达2,3,4。Tau的主要功能是调控微管的组装1,5,6,同时也参与微管的聚合7、轴突运输8、轴突直径的变化9、神经元极性的形成以及神经退行性变10。Tau还作为蛋白支架,调控某些信号通路。大鼠脑部研究表明,Tau具有神经元特异性,主要定位于轴突中11。由于Tau对微管聚合和神经元发育至关重要,人们曾假设其在中枢神经系统轴突发育中发挥重要作用,该假设随后通过体外(in vitro)和体内(in vivo)实验得到证实。除神经元外,Tau也在多种非神经元细胞中表达,包括肝、肾和肌肉细胞12,13。Tau在人乳腺癌、前列腺癌、结直肠癌、胃癌和胰腺癌的细胞系及组织中也有表达14,15,16,17,18,19。在包涵体肌炎中,Tau也以包涵体内的扭曲管状细丝形式存在20。
Tau蛋白可能携带多种翻译后修饰。在所有翻译后修饰中,磷酸化是最常见的一种。Tau蛋白磷酸化程度的增加会降低其与微管的亲和力,最终导致细胞骨架不稳定。在从人类阿尔茨海默病脑组织中分离出的Tau蛋白中,已发现85个磷酸化位点。在这些位点中,53%为丝氨酸残基,41%为苏氨酸残基,仅6%为酪氨酸残基21,22,23。Tau蛋白的磷酸化影响其定位、功能、结合能力、溶解性以及对其他翻译后修饰的易感性。当Tau蛋白的磷酸化程度超过正常水平(或被磷酸基团完全饱和)时,称为过度磷酸化,这种状态可模拟阿尔茨海默病的结构与功能特征24。在生理条件下,Tau蛋白维持轴突微管的正常功能,确保神经元的正常运作。然而,过度磷酸化的Tau蛋白无法维持有序的微管结合,导致微管解聚,进而引起神经元丢失。正常的Tau磷酸化水平对其正常功能至关重要,但当其特征性磷酸化水平发生改变或出现过度磷酸化时,Tau蛋白将无法正常发挥作用25。在阿尔茨海默病及某些其他年龄相关的神经退行性疾病中,Tau蛋白发生过度磷酸化,并形成成对的螺旋纤维和神经原纤维缠结26,27。因此,检测Tau蛋白磷酸化状态及其与微管结合能力的方法具有重要意义。
结直肠癌是一种与衰老相关的癌症,为男性和女性中第三大常见诊断癌症,也是导致死亡的第三大癌症28结直肠癌是西方国家主要致死性癌症之一29由于结直肠癌和阿尔茨海默病均与衰老相关,且主要发生在饮食习惯相似的发达国家,这两种疾病之间可能存在某种关联。此外,tau蛋白阳性与tau蛋白阴性的癌细胞对化疗药物的反应不同。 例如,紫杉醇16.
姜黄素是印度香料姜黄(Curcuma longa)的主要衍生物之一30。数个世纪以来,南亚人群每日饮食中均摄入姜黄。姜黄素可用于治疗多种疾病,包括结直肠癌、阿尔茨海默病、糖尿病、囊性纤维化、炎症性肠病、关节炎、高脂血症、动脉粥样硬化和缺血性心脏病31,32,33,34,35,36,37,38。锂也可杀死结直肠癌细胞或抑制其增殖39。锂还可用于治疗阿尔茨海默病40,因为在转基因小鼠模型中观察到锂可减少tau蛋白聚集并防止其过度磷酸化41,42,43,44。
本手稿旨在:1)测定经处理细胞中总 tau 蛋白和磷酸化 tau 蛋白的表达水平;2)描述一种用于检测 tau 蛋白整体磷酸化水平的磷酸酶活性测定方法;3)检测 tau 蛋白与微管的结合能力;以及 4)通过共聚焦显微镜观察经姜黄素或氯化锂处理的结直肠癌细胞系中 tau 蛋白的定位。结果表明,使用姜黄素(一种被认为对结肠癌具有良好化疗潜力的化合物)或氯化锂处理细胞,均可降低结直肠癌细胞系中总 tau 蛋白和磷酸化 tau 蛋白的表达水平。这些处理还可导致 tau 蛋白发生核转位。然而,出乎意料的是,姜黄素未能改善 tau 蛋白与微管的结合能力。
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1. 试剂的准备
2. 细胞培养、姜黄素或氯化锂处理及蛋白表达检测
3. 磷酸酶检测
4. 微管结合实验
| 样品 | 名称 | 所需微管蛋白 | 主要所需蛋白 | PEM-GTP-PTX | ||||
| 1 | HCT 116-对照 (6.21 μg/μl) | 2 μl | 9.66 μl (60 μg) | 108.34 μl | ||||
| 2 | HCT 116-姜黄素 10 μM (4.81 μg/μl) | 2 μl | 16.63 μl (80 μg) | 101.37 μl | ||||
| 3 | HCT 116-姜黄素 20 μM (3.28 μg/μl) | 2 μl | 30.49 μl (100 μg) | 87.51 μl | ||||
| 4 | HCT 116-LiCl 25 mM (5.43 μg/μl) | 2 μl | 18.42 μl (100 μg) | 99.58 μl | ||||
| 5 | E. coli tau | 2 μl | 1 μl tau-352 | 117 μl | ||||
| 6 | 仅微管蛋白 | 2 μl | X | 118 μl | ||||
| 每份 120 μl | ||||||||
表1:微管结合实验的样品制备。
5. 姜黄素处理细胞后 Tau 蛋白的定位与表达
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在用不同浓度的姜黄素或LiCl处理细胞后,检测了总tau蛋白和磷酸化tau蛋白的表达水平(图1)。用三种不同浓度的姜黄素处理细胞后,tau蛋白的表达水平降低;然而,低浓度姜黄素处理使磷酸化tau蛋白表达升高,而高浓度姜黄素处理则导致磷酸化tau蛋白表达下降。使用抗磷酸化tau蛋白(Ser396)抗体检测磷酸化tau蛋白。用三种不同浓度的LiCl处理细胞后,总tau蛋白和磷酸化tau蛋白的水平均下降(图1)。既往研究表明,tau蛋白的表达水平在不同类型的癌症中以及同种癌症的不同部位存在差异。关于结直肠癌的前期数据显示,tau蛋白在两种结直肠癌细胞系(HCT 116和SW480)中表达,并且发生磷酸化19。用5 µM姜黄素处理的细胞中,磷酸化tau蛋白水平高于未处理细胞。在相同浓度姜黄素处理的细胞中,磷酸化tau蛋白水平高于总tau蛋白水平。用10 µM姜黄素处理细胞后,磷酸化tau蛋白水平较未处理细胞降低,但...
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本研究建立了检测经姜黄素和氯化锂处理的结直肠癌细胞中总tau蛋白和磷酸化tau蛋白的不同实验条件。为评估蛋白样品中tau蛋白的整体磷酸化状态,本文描述了一种磷酸酶活性检测方法。该方法有望用于检测任何蛋白的磷酸化状态。
该实验基于磷酸化蛋白的迁移速度慢于其非磷酸化状态的原理。本方案中使用了碱性磷酸酶和碱性磷酸酶缓冲液。将检测组分加入细胞裂解物后,样品应在特定温度下孵育一段特定的最佳时长。孵育结束后,样品需在SDS上样缓冲液中煮沸以终止反应。此前,评估tau蛋白与微管结合的方法可能采用过不同的实验方案。本文所展示的微管结合实验操作简便,并包含阳性和阴性对照,利用上清液和沉淀组分实现质量控制。仅含微管(MT-only)的阴性对照用于验证微管本身不含有任何结合的内源性tau蛋白。此外,使用纯化的人类tau-352蛋白(一种可结合微管的tau蛋白)作为阳性对照。为分离微管结合组分(沉淀)与非结合组分(上清液),采用了超速离心法;由于此类超速离心机价格昂贵且并不普及,该步骤可能成为实验的限制因素。此外,由于样品用量较少,需使用带有适配器的细长型离心管以适配超速离心机转子。尽管此类离心管可重复使...
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作者声明无任何利益冲突。
本研究是作为韩国海洋水产部资助的项目“海洋微藻高价值化妆品原料的开发与产业化”的一部分而开展的,并得到了韩国科学技术院(KIST)江陵天然产物研究所所内基金(2Z04930)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| HCT 116 细胞 | ATCC | CCL-247 | |
| MEM (EBSS) | Hyclone | SH30024.01 | |
| 胎牛血清 (FBS) | ThermoFisher (Gibco) | 16000044 | 储存于 -20 °C |
| 青霉素-链霉素 | Hyclone | SV30010 | |
| 胰蛋白酶-EDTA 溶液 | WelGene | LS 015-01 | |
| 100 mm 培养皿 | Corning | 430161 | |
| 6 孔板 | Corning | Coster 3516 | |
| 抗 Tau 13 抗体 | abcam | ab19030 | |
| 二硫苏糖醇 (DTT) | Roche | 10 708 984 001 | 储存温度 2–8 °C |
| 微量离心机 | Hettich Zentrifugen | MIKRO 200 R | |
| 紫杉醇 | Sigma-Aldrich | T1912 | 储存温度 2–8 °C |
| 姜黄素 | Sigma-Aldrich (Fluka) | 78246 | 储存温度 2–8 °C |
| 微管 (MT) | Cytoskeleton | MT001 | 4 °C 避湿保存 |
| 含 DAPI 的封片剂 | Vector Laboratories | H-1200 | 4 °C 避光保存 |
| 氢氧化钠 | Sigma | 72068 | |
| 氯化镁 | Sigma-Aldrich | M2670 | |
| GTP | Sigma-Aldrich | G8877 | 储存于 -20 °C |
| DPBS | WelGene | LB 001-02 | |
| 超声破碎仪 | Fisher Scientific | Model 500 | |
| 超速离心机 | Beckman Coulter | Optima L-100 XP | |
| PIPES | Sigma | P1851 | |
| 牛血清白蛋白 (BSA) | Sigma | A7906 | |
| 分子成像仪 | Bio-Rad | ChemiDoc XRS+ | 4 °C 保存 |
| 蛋白检测试剂 | Bio-Rad | 500-0006 | |
| α-微管蛋白 (11H10) 兔单克隆抗体 | Cell signalling | 2125 | |
| GAPDH (14C10) 兔单克隆抗体 | Cell signalling | 2118 | |
| 抗 Tau (磷酸化 S396) 抗体 | abcam | ab109390 | |
| EGTA | Sigma | E3889 | 室温保存 |
| FastAP 热敏碱性磷酸酶 | Thermo Scientific | EF0651 | 储存于 -20 °C |
| PMSF | Sigma | P7626 | 室温保存 |
| 磷酸酶抑制剂混合物 | Cell Signalling | 5870 | 4 °C 保存 |
| 蛋白酶抑制剂混合物 | Cell Signalling | 5871 | 4 °C 保存 |
| RIPA 裂解缓冲液 | Sigma | R 0278 | 储存温度 2–8 °C |
| Tau-352 人源蛋白 | Sigma | T 9950 | 储存于 -20 °C |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X - 100 | 约 25 °C 保存 |
| PVDF 膜 | Bio-Rad | 162-0177 | |
| 山羊抗小鼠 IgG 二抗 | ThermoFisher | A-11005 | 4 °C 避光保存 |
| 共聚焦显微镜 | Leica Microsystem | Leica TCS SP5 | |
| 十二烷基硫酸钠 (SDS) | Affymetrix | 75819 | |
| 蛋白检测试剂盒 | Bio-Rad | 500-0006 | 4 °C 保存 |
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