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ATG9A es una proteína transmembrana asociada a varios compartimentos de membrana intracelular 8,17,22,23,24. En condiciones basales, ATG9A se localiza principalmente en la red trans-Golgi (TGN), como lo indica la inmunofluorescencia de la proteína endógena y los solapamientos con GM130, un marcador cis-Golgi (Figura 1A), así como en pequeñas vesículas que se superponen parcialmente con el compartimento de reciclaje endocítico (ERC)23. La localización de ATG9A en el Golgi se puede detectar utilizando diferentes protocolos de inmunofluorescencia. Sin embargo, la fracción vesicular de ATG9A, así como su cambio de localización, en particular el aumento de la reserva vesicular, en respuesta a estímulos específicos como la inanición de nutrientes y suero, puede ser bastante variable en intensidad y difícil de visualizar con los enfoques de imagen convencionales. La relación entre ATG9A localizada en el Golgi y ATG9A localizada en una fracción vesicular se denomina velocidad de dispersión de ATG9A. Para detectar cambios en la tasa de dispersión de ATG9A, por ejemplo, tras el tratamiento con EBSS, que se utiliza para agotar tanto el suero como los aminoácidos, un marcador de Golgi como GM130 o TGN46 y un marcador de citoesqueleto como la faloidina, que tiñe el contorno celular25, son útiles para cuantificar fácilmente la dispersión de ATG9A (Figura 1B). Es importante destacar que el análisis de la relación de fluorescencia media solo puede interpretarse como una medida comparativa entre condiciones en lugar de como una tasa fija de dispersión. La relación entre compartimentos depende en gran medida de factores biológicos y no biológicos, como la línea celular utilizada, la calidad de la tinción o los métodos de umbral aplicados (Figura 1B). Por esta razón, el investigador necesita establecer una tubería que sea capaz de detectar el enriquecimiento de ATG9A Golgi en sus condiciones experimentales específicas y luego extender el análisis con los mismos parámetros a todas las imágenes del conjunto a analizar. Las imágenes binarias representativas y las áreas seleccionadas para el análisis de la fluorescencia media de ATG9A se muestran como guía en la Figura 1B.
ATG9A alberga varios dominios transmembrana flanqueados por dos dominios N- y C-terminal relativamente flexibles y no estructurados, de los cuales la secuencia C-terminal abarca casi la mitad de la proteína12. Es importante destacar que el patrón de localización de la sobreexpresión de ATG9A puede verse influenciado por el extremo de la proteína que está marcado (Figura 2A). En particular, cuando se utilizan sistemas de expresión transitoria y se marca ATG9A directamente en su extremo N-terminal con una etiqueta fluorescente (p. ej., eGFP, mRFP o derivados), su localización de Golgi puede verse parcialmente comprometida, con menos enriquecimiento observado en condiciones basales (es decir, alimentadas), mientras que las vesículas ATG9A siguen siendo fácilmente visibles (Figura 2A). El marcaje de ATG9A en su extremo C parece inducir ligeramente grupos positivos de GFP más grandes que podrían agregarse. Finalmente, una versión monomérica de mRFP-ATG9A también muestra grupos similares de vesículas fluorescentes y poca tinción de Golgi en células sobreexpresadas (Figura 2A).
ATG9A se pliega en la membrana del RE antes de ser traficado a las vesículas de Golgi y ATG9A. Durante su residencia en el RE, ATG9A se modifica por glicanos ligados a N en la asparagina 99, y luego, al llegar al Golgi, adquiere glicanos ligados a N complejosy maduros 1,14. Esta modificación por glicosilación puede ser detectada a través de Western blot por la aparición de una doble banda14. De acuerdo con su localización intracelular, la mayor parte del ATG9A endógeno alberga glicanos complejos ligados a N y, por lo tanto, predomina la banda de mayor peso molecular, con una débil banda de menor peso molecular también visible (Figura 2B). La presencia de una doble banda se ve más fácilmente cuando se utilizan geles de acetato de tris para mejorar la resolución de proteínas de mayor peso molecular (Figura 2B, control, t = 0). Cuando la proteína endógena se somete al tratamiento con PNGasa F (péptido:N-glicosidasa F), que elimina la mayor parte de los glicanos complejos ligados a N, la proteína funciona como una sola banda (Figura 2B, PNGasa F, t = 0). Por lo tanto, el estado de glicosilación ligado a N de ATG9A se puede utilizar como proxy para monitorear la salida de ATG9A del RE al Golgi, que se refleja en la relación relativa entre las dos bandas.
Cuando la transfección de mRFP-ATG9A se construye transitoriamente, la proteína sobreexpresada se acumula inicialmente en el RE, posiblemente porque la maquinaria de tráfico es incapaz de plegar y traficar todo el ATG9A, y la banda de menor peso molecular es predominante (Figura 2C, control t = 0). En particular, después de 24 h de expresión de mRFP-ATG9A, hay aproximadamente una distribución igual entre las bandas superior e inferior, lo que sugiere que el grupo mRFP-ATG9A se está moviendo hacia el Golgi (Figura 2C, Control, t = 24). Si las células se tratan con cicloheximida (CHX), que bloquea la síntesis de proteínas de novo 26, se puede aclarar el plegamiento y la salida de ATG9A del RE. Como la proteína endógena está plegada, glicosilada y residente en el Golgi, el tratamiento con CHX no altera significativamente la proporción de las bandas de menor y mayor peso molecular (Figura 2B, Control). Sin embargo, utilizando la expresión transitoria de mRFP-ATG9A, el tratamiento con CHX promueve la acumulación de la banda de mayor peso molecular (Figura 2C, Control, CHX t = 24). La banda mRFP-ATG9A sobreexpresada de mayor peso molecular colapsa en la banda inferior después del tratamiento con PNGasa F (Figura 2C, PNGasa F, t = 24). Estos datos muestran que la proteína endógena adquiere rápidamente glicanos maduros, como se refleja en el predominio de la banda de mayor peso molecular, y la persecución de CHX no afecta la proporción de las bandas dobles (Figura 2B). En el caso de la sobreexpresión transitoria de mRFP-ATG9A, el tratamiento con CHX induce la acumulación de la banda superior, lo que indica que se adquieren glicanos más maduros a medida que el grupo de RE se pliega y sale del RE hacia el Golgi (Figura 2C).
La adición de un enlazador entre la secuencia ATG9A y las etiquetas fluorescentes puede ser útil para promover una localización y un tráfico más fisiológicos de la proteína. La fusión de una secuencia 3x-FLAG (24 aminoácidos) entre un fluoróforo N-terminal y ATG9A ayuda a que la proteína sobreexpresada se comporte de manera similar a la endógena (Figura 3). De hecho, la sobreexpresión de mCherry-3xFLAG-ATG9A se colocaliza con el marcador de Golgi GM130 en condiciones de alimentación (Figura 3A). Es importante destacar que esta localización y el compartimento vesicular de ATG9A se conservan a lo largo del tiempo, lo que permite el estudio espacio-temporal del tráfico de ATG9A (Figura 3B).

Figura 1: Análisis de imágenes de la localización endógena de ATG9A. (A) Imagen representativa de inmunofluorescencia de ATG9A endógeno (rojo), GM130 como marcador de Golgi (verde) y faloidina para visualizar el citoesqueleto de actina (cian). Barra de escala = 10 μm. (B) Flujo de trabajo del análisis de imágenes para determinar la fracción de ATG9A endógena que se localiza en el área de Golgi. Barra de escala = 10 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Análisis de las construcciones de ATG9A marcadas con fluorescencia por localización y glicosilación. (A) El ATG9A marcado con eGFP N-terminal está menos localizado en el Golgi y reside principalmente en las vesículas. El ATG9A marcado con eGFP C-terminal exhibe agregados dentro de la celda (algunos ejemplos están marcados con puntas de flecha blancas; el eGFP-ATG9A y el ATG9A-eGFP están en verde). El ATG9A marcado con mRFP N-terminal está menos localizado en el Golgi y reside principalmente en las vesículas. N denota la ubicación aproximada del núcleo de la célula, y el mRFP-ATG9A está en rojo. Barra de escala = 5 μm. (B) El ATG9A endógeno aparece como dos bandas cuando se analiza mediante Western blot (puntas de flecha): una banda superior (glicanos unidos a N complejos) y una banda inferior (sin glicanos maduros ligados a N). El tratamiento con ciclohexamida (CHX) no afecta a la relación entre las bandas superior e inferior. El tratamiento con PNGasa F provoca la desaparición de la banda superior. (C) Después de la transfección transitoria de ATG9A marcado con mRFP en células HEK293A, dos bandas prominentes son visibles en Western blot (puntas de flecha). El tratamiento con PNGasa F provoca la desaparición de la banda superior. El tratamiento con CHX después de la transfección conduce a un aumento de la glicosilación, ya que el grupo de ATG9A transfectado se transporta desde el RE hasta el Golgi. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Análisis de la localización de mCherry-3xFLAG-ATG9A mediante inmunofluorescencia e imágenes en vivo. (A) Experimentos de inmunofluorescencia de células HEK293A sobreexpresando transitoriamente mCherry-3xFLAG-ATG9A y teñidas con el marcador de Golgi GM130. Barra de escala = 10 μm. El mCherry-3xFLAG-ATG9A está en rojo y el marcador GM130 Golgi está en verde. (B) Montaje a partir de experimentos de imágenes en vivo en células HEK293A que sobreexpresan transitoriamente mCherry-3xFLAG-ATG9A. N denota la ubicación aproximada del núcleo. Período de tiempo = 1 fps. Barra de escala = 10 μm. El mCherry-3xFLAG-ATG9A está en rojo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.