הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

אפיון של אינטראקטום ליזוזום עצבי עם פרוטאומיקה לתיוג קרבה

2.7K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/64132

⸱

23 ביוני 2022

 ,  , 

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

פרוטוקול פרוטאומיקה של ליזוזום עצבי המתייג קרבה מתואר כאן כדי לאפיין את המיקרו-סביבה הליזוזומלית הדינמית בתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם. חלבוני קרום ליזוזומליים וחלבונים המקיימים אינטראקציה עם ליזוזומים (ביציבות או בחולף) ניתנים לכימות מדויק בשיטה זו עם רזולוציה מרחבית תוך תאית מצוינת בנוירונים אנושיים חיים.

תקציר

ליזוזומים מתקשרים לעתים קרובות עם מגוון של ביומולקולות כדי להשיג את הפירוק ותפקודים תאיים מגוונים אחרים. ליזוזומים הם קריטיים לתפקוד המוח האנושי, מכיוון שתאי עצב הם פוסט-מיטוטיים ומסתמכים במידה רבה על מסלול האוטופגיה-ליזוזום כדי לשמור על הומאוסטזיס תאי. למרות ההתקדמות בהבנה של פונקציות ליזוזומליות שונות, לכידת התקשורת הדינמית ביותר בין ליזוזומים לרכיבים תאיים אחרים היא מאתגרת מבחינה טכנית, במיוחד באופן בעל תפוקה גבוהה. כאן, פרוטוקול מפורט מסופק עבור השיטה האנדוגנית (knock-in) ליזוזום קרבה תיוג פרוטאומית שפורסמה לאחרונה בתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם (hiPSC).

הן חלבוני ממברנה ליזוזומליים והן חלבונים המקיפים ליזוזומים ברדיוס של 10-20 ננומטר ניתנים לזיהוי בטוח ולכימות מדויק בנוירונים אנושיים חיים. כל שלב בפרוטוקול מתואר בפירוט, כלומר, תרבית נוירונים hiPSC, תיוג קרבה, קציר נוירונים, מיקרוסקופיה פלואורסצנטית, העשרת חלבונים ביוטינילציה, עיכול חלבונים, ניתוח LC-MS וניתוח נתונים. לסיכום, שיטה ייחודית זו לתיוג קרבה ליזוסומלית אנדוגנית מספקת תפוקה גבוהה וכלי אנליטי חזק לחקר הפעילויות הליזוזומיות הדינמיות ביותר בנוירונים אנושיים חיים.

מבוא

ליזוזומים הם אברונים קטבוליים המפרקים מקרומולקולות דרך המסלול הליזוזומלי-אוטופגיה1. מלבד השפלה, ליזוזומים מעורבים במגוון תפקודים תאיים כגון התמרת איתותים, חישת חומרים מזינים והפרשת 2,3,4. הפרעות בתפקוד הליזוזומלי היו מעורבות בהפרעות אחסון ליזוזומליות, סרטן, הזדקנות וניוון עצבי 3,5,6,7. עבור נוירונים פוסטמיטוטיים ומקוטבים מאוד, ליזוזומים ממלאים תפקידים קריטיים בהומאוסטזיס תאי עצבי, שחרור מוליכים עצביים והובלה למרחקים ארוכים לא....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

כל הנהלים אושרו על ידי ועדת הבטיחות והאתיקה של אוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון. הקומפוזיציות של מדיה ומאגרים המשמשים בפרוטוקול זה מסופקות בטבלה 1. פרטי המוצר המסחרי המשמשים כאן מסופקים בטבלת החומרים.

1. תרבית נוירונים אנושית שמקורה ב-iPSC

  1. תרבית iPSC אנושית ושילוב גשושית LAMP1-APEX (7 ימים)
    1. הפשרת תמיסת מלאי של מטריגל בדלי קרח בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס למשך הלילה, aliquot 500 μL של התמיסה לתוך צינורות סטריליים קרים, ולאחסן את aliquots ב -80 מעלות צלזיוס. הכן תמיסת ציפוי של 50 מ"ל על ידי הוספת 500 μL של מלאי Matrigel לתוך 49.5 מ"ל של מדיום DMEM/F12 קר.
      הערה: שמור על המטריגל ....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מחקר זה של פרוטאומיקה לתיוג קרבה ליזוזום נערך בתאי עצב שמקורם ב-iPSC אנושי כדי ללכוד את המיקרו-סביבה הליזוזומלית הדינמית באתרה בתאי עצב חיים. מורפולוגיות של תאים של hiPSCs ותאי עצב שמקורם ב-hiPSC בנקודות זמן שונות מודגמות באיור 2A. תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים גדלים במושבות במדיום E8. ההתמיינות מתחילה על ידי ציפוי iPSCs למדיום אינדוקציה של נוירונים המכיל דוקסיציקלין. הרחבות נויריט הופכות גלויות יותר בכל יום במהלך ההבחנה בת 3 הימים. לאחר המעבר ללוחות מצופים אש"ף בתווך נוירונים, הנוי.......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

באמצעות בדיקה זו של LAMP1-APEX, חלבונים על הממברנה הליזוזומלית ובסמוך לה עוברים ביוטינילציה ומועשרים. בהתחשב בקוטר הליזוזום הטיפוסי של 100-1,200 ננומטר, שיטה זו מספקת רזולוציה תוך-תאית מצוינת עם רדיוס תיוג של 10-20 ננומטר. LAMP1 הוא חלבון ממברנה ליזוזומלי בשפע וסמן קלאסי לליזוזומים, המשמש כחלבון פיתיון מצוין לתיוג APEX ליזוזומלי ברמת הביטוי האנדוגנית. עם זאת, מגבלות קיימות גם בעת שימוש ב-LAMP1 כדי להתמקד בליזוזומים, שכן LAMP1 קיים גם באנדוזומים מאוחרים וליזוזומים לא מתכלים35. רוב הסמנים הליזוזומלי.......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים מצהירים כי אין אינטרסים כלכליים מתחרים.

תודות

מחקר זה נתמך על ידי מענק NIH (R01NS121608). A.M.F. מכיר במלגת פרק ARCS-Metro Washington ובמלגת קרן בורבון פ. סקריבנר. אנו מודים למעבדת מייקל וורד במכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ מוחי (NINDS) על התמיכה בביולוגיה מולקולרית ולפיתוח טכנולוגיית i3Neuron.

....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
10% (w/v) תמיסת ספוניןAcros Organics419231000מיקרוסקופיה פלואורסצנטית
AccutaseLifeTechnologies A1110501 תמיסת ניתוק תאים, תוסף תרבית תאים
B27Fisher Scientific17504044 תרבית תאים, מדיום נוירון קליפת המוח
BDNFPeproTech450-02תרבית תאים, מדיום נוירונים קליפת המוח
חומצה בוריתSigma-AldrichB6768תרבית תאים, חוצץ בוראט
סרום בקר אלבומיןMillipore SigmaA8806לייצור פתרונות סטנדרטיים למדידת ריכוזי החלבון הכוללים
מדיום עצבי BrainphysSTEMCELL Technologies5790תרבית תאים, נוירון קליפת המוח בינוני
CD45R (B220) נוגדן Alexa Fluor 561Thermo Fisher Scientific505-0452-82מעכב מיקרוסקופיה פלואורסצנטית
Chroman1 ROCKTocris716310מעכב תרבית תאים
cOmplete מיני פרוטאזמעכב קוקטיילRoche4693123001
בדיקת חלבון DC Buffer Lysis IIBio-Rad5000112לקביעת ריכוזי החלבון הכוללים של ליזאט תאים
דימתיל סולפוקסיד (DMSO)סיגמא-אולדריץ'D8418תגובת תיוג
קרבה DMEM/F12 בינוניפישר 11320082תרבית תאים, ציפוי צלחת
DMEM/F12 מדיום עם HEPESתרמו פישר תרבית תאים מדעית11330057, אינדוקציה בינונית
סרום חמורסיגמא-אולדריץ'D9663מיקרוסקופיה פלואורסצנטית
דוקסיציקלין היקלט, ≥ 98% (HPLC)Sigma-AldrichD9891-1Gתרבית תאים, אינדוקציה בינונית
חיונית 8 בינוניתתרמו פישר A1517001 מדעיתרבית תאים
חיוני 8 תוסף (50x)תרמו פישר מדעיA1517101
מיצוי צלחת ואקום ערכת סעפתמיםWAT097944להתפלת פפטידים
חומצה פורמית (FA)פישר סיינטיפיקA11750לניתוח LC-MS
GDNFPeproTech450-10תרבית תאים, נוירון קליפת המוח
בינוני Hoechst צבעתרמו פישר סיינטיפיק62239מיקרוסקופיה פלואורסצנטית
HPLC כיתה מתנולפישר מדעיA452עבור התפלת פפטיד
HPLC כיתה מיםפישר מדעיW5עבור פפטיד התפלה
תאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדםמכון קורילGM25256תרבית תאים
מי חמצן, ACS, 29-32% w/w aq. soln., דקירה.תרמו פישר מדעיAA33323AD תיוג קרבה תגובה
יודואצטמיד (IAA)Millipore SigmaI6125לעיכול חלבון
למיניןפישר 23017015תרבית תאים מדעית, נוירון קליפת המוח בינוני
LC-MS כיתה אצטוניטרילפישר מדעיA955לניתוח LC-MS
כיתה LC-MSמים פישר מדעיW64לניתוח LC-MS
L-גלוטמיןפישר סיינטיפיק25-030-081תרבית תאים, אינדוקציה בינונית
מטריג'לתרמו פישר סיינטיפיק08-774-552מטריצת קרום בסיס, תרבית תאים, ציפוי צלחת
עכבר אנטי אנושי LAMP1 נוגדן חד שבטימחקרי התפתחות בנק היברידומהh4a3מיקרוסקופיה פלואורסצנטית
N-2 תוסף ( 100x)פישר סיינטיפיק17-502-048תרבית תאים,
קרום ניטרוצלולוזה בינוני אינדוקציה, חתוך מראש, 0.45 ומיקרו; m, 7 x 8.5 ס"מBio-Rad1620145לביצוע בדיקת כתמי נקודות לטיטרציה
חרוזים חומצות אמינו לא חיוניות (NEAA)Fisher Scientific11-140-050תרבית תאים, מדיום אינדוקציה
NT-3PeproTech450-03תרבית תאים, נוירון קליפת המוח בינוני
אואזיס HLB 96 בארות צלחת מיצוי שלב מוצקמים186000309להתפלת פפטידים
מאגר חוסם אודיסיאה (TBS)LI-COR Biosciences927-50000לביצוע בדיקת כתמי נקודות לטיטרציה של חרוזים
ParaformaldehydeElectron Microscopy Sciences15710מיקרוסקופיה פלואורסצנטית
פנול ביוטין (מלאי פי 1,000)Adipogen41994-02-9תיוג קרבה
תמיסת מלח חוצצת פוספט (PBS) ללא סידן או מגנזיוםGibco10010049תרבית תאים, תגובת תיוג קרבה, מיקרוסקופיה פלואורסצנטית
פירס בדיקת פפטיד קולורימטרי כמותיתרמו פישר23275בדיקת ריכוז פפטידים
פולי-L-אורניתין (PLO)Millipore SigmaP3655תרבית תאים, ציפוי צלחת
נתרן אסקורבטסיגמא-אולדריץ'A4034מאגר מרווה לתיוג קרבה, מאגר ליזה
נתרן azideSigma-AldrichS8032מאגר מרווה תיוג קרבה, מאגר ליזה, מיקרוסקופיה פלואורסצנטית
נתרן כלוריתרמו פישר תרבית תאים S271500 מדעית, מאגר בוראט
נתרן דודציל סולפט (SDS)Thermo Fisher ScientificBP1311220מאגר ליזה, מאגר בדיקת כתמי נקודות, מאגר שטיפת חרוזים
נתרן הידרוקסידסיגמא-אולדריץ'415413תרבית תאים, מאגר בוראט
נתרן טטרבוראטסיגמא-אולדריץ'221732תרבית תאים, מאגר בוראט
SpeedVac רכזואקום
סטרפטווידין חרוזי ספרוז מגנטייםCytiva (GE רשמי)28-9857-99העשרת חלבונים ביוטיניליים
סטרפטווידין, Alexa Fluor 680 מצומדתרמו פישר מדעיS32358לביצוע בדיקת כתמי נקודות לטיטרציה של חרוזים
מערבל מבוקר טמפרטורהThermomixer
חומצה טריפלואצטית (TFA)Millipore Sigma302031להתפלת פפטידים
Tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride (TCEP)Millipore SigmaC4706לעיכול חלבון
Tris-HClThermo Fisher ScientificBP152500מאגר ליזיס, מאגר בדיקת כתמי נקודות, מאגר שטיפת חרוזים
Triton-XThermo Fisher ScientificBP151500מאגר שטיפת חרוזים
TROLOXSigma-Aldrich648471מאגר מרווה לתיוג קרבה, מאגר ליזה
תערובת טריפסין/Lys-C, מפרט מסהכיתה PromegaV5073לעיכול חלבון
TWEEN  20Millipore SigmaP1379מאגר בדיקת כתמי נקודות
אוריאהתרמו פישר שטיפת BP169500 מדעיתחרוזים ומאגר עיכול על חרוזים
ויטרונקטיןSTEMCELL Technologies7180תרבית תאים, ציפוי צלחת
Y-27632 מעכב ROCKSelleckS1049תרבית תאים
בערכת תרמו של רכז

מקורות

  1. De Duve, C., Wattiaux, R. Functions of lysosomes. Annual Review of Physiology. 28 (1), 435-492 (1966).
  2. Ballabio, A., Bonifacino, J. S. Lysosomes as dynamic regulators of cell and organismal homeostasis. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 21 (2), 101-118 (....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

גלה מאמרים נוספים

ניתוח פרוטאומיקהליזוזומים עצבייםנוירונים המופקים מ-iPSCחלבונים של ממבמר הליזוזוםהעשרה של חלבונים בביוטינילציהניתוח LC-MSמיקרוסקופיה פלואורסצנטיתעיכול על גבי חרוזים