הקמנו בדיקת הרכבה מחדש של לוציפראז מפוצל כדי לפקח על המגעים האנדופלסמיים בין הרשתית למיטוכונדריה בתאים חיים. באמצעות בדיקה זו, אנו מתארים פרוטוקול למדידה כמותית של רמת הצימודים הבין-אברונים הללו בתאי HEK293T, בתנאי של טיפול כימי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
הקמנו בדיקת הרכבה מחדש של לוציפראז מפוצל כדי לפקח על המגעים האנדופלסמיים בין הרשתית למיטוכונדריה בתאים חיים. באמצעות בדיקה זו, אנו מתארים פרוטוקול למדידה כמותית של רמת הצימודים הבין-אברונים הללו בתאי HEK293T, בתנאי של טיפול כימי.
אתרי מגע אנדופלסמיים בין רטיקולום למיטוכונדריה ממלאים תפקיד קריטי בבריאות התא ובהומאוסטזיס, כגון ויסות Ca2+ והומאוסטזיס שומנים, דינמיקה מיטוכונדריאלית, ביוגנזה אוטופגוזום ומיטופגוזום ואפופטוזיס. כישלון בשמירה על צימוד תקין בין ER למיטוכונדריה מעורב במחלות נוירודגנרטיביות רבות כגון מחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסון, טרשת אמיוטרופית צידית ושיתוק ספסטי תורשתי. יש חשיבות רבה לחקור כיצד חוסר ויסות של מגעים מיטוכונדריאליים בחדר מיון יכול להוביל למוות של תאים, והאם תיקון מגעים אלה לרמה נורמלית יכול לשפר מצבים נוירודגנרטיביים. לפיכך, בדיקות משופרות המודדות את רמת המגעים הללו יכולות לסייע להאיר את המנגנונים הפתוגניים של מחלות אלה. בסופו של דבר, הקמת בדיקות פשוטות ואמינות תקל על פיתוח אסטרטגיות טיפוליות חדשות. כאן אנו מתארים בדיקת פיצול-לוציפראז כדי למדוד כמותית את רמת המגעים של ER-מיטוכונדריה בתאים חיים. ניתן להשתמש בבדיקה זו כדי ללמוד את התפקיד הפתופיזיולוגי של מגעים אלה, כמו גם לזהות את המודולטורים שלהם בסינון בתפוקה גבוהה.
יחסי הגומלין בין חדר המיון למיטוכונדריה חיוניים להומאוסטזיס תאי ולהישרדות 1,2,3,4. עדויות קודמות מצביעות על כך שכל סוג של הפרעה או חוסר ויסות באתרי הקשר של ER-מיטוכונדריה יכול לתרום למספר מחלות נוירודגנרטיביות, מטבוליות וכלי דם, כמו גם סרטן 5,6,7,8,9,10. לדוגמה, עלייה חריגה של ספיגת Ca2+ במיטוכונדריה יכולה להוביל למוות תאי על ידי פתיחת נקבוביות מעבר חדירות מיטוכונדריה, אשר נראות בדרך כלל במודלים מסוימים של מחלת אלצהיימר 5,11. באופן דומה, מגע מופחת של ER-מיטוכונדריה יכול לגרום לירידה בייצור ATP ולפגיעה בצריכת Ca2+, כפי שניתן לראות במודלים של טרשת אמיוטרופית צידית 5,11,12. ככל שמתבצעים מחקרים נוספים בתחום המגעים בין המיטוכונדריה ל-ER, מתגלים חלבונים וגנים נוספים הקשורים למחלה שעשויים להשפיע על מגעים אלה. למרות הידע והראיות הנוכחיים המציגים את תפקידם של אתרי הקשר בין המיטוכונדריה למיון, עדיין נדרשת עבודה רבה כדי להבהיר כיצד מגעים אלה עלולים להוביל לאובדן תפקוד תאי ובסופו של דבר למוות תאי.
פותחו שיטות שונות להערכת הקרבה של שני הממברנות, המורפולוגיה המבנית, והמרחק בין שני אתרי המגע עם אברונים 3,4,13. הגישות לניטור צימוד ER-מיטוכונדריה כוללות הדמיה מבוססת סמן פלואורסצנטי14,15, הדמיה מבוססת כתב FRET16, והדמיה מבוססת פלואורסצנטיות מפוצלת17,18, המשתמשות באפיפלואורסנציה ומיקרוסקופ קונפוקלי. מיקרוסקופיה ברזולוציית על וברזולוציה אטומית הם גם כלים רבי עוצמה להדמיה מדויקת של מגעים בין אברונים, אם כי השימוש בהם בניתוח אתרי מגע עדיין מוגבל מכיוון שהם דורשים מיקרוסקופים ייעודיים ביותר ומומחיות טכנית19. בנוסף, מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת (TEM), מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), וטכניקות EM אחרות כגון טומוגרפיית אלקטרונים (ET) ומיקרוסקופ אלקטרונים קריו-אלקטרונים, משמשים בדרך כלל מכיוון שהם מספקים הדמיה אולטרה-מבנית ברזולוציה גבוהה של אתרי המגע, שלעתים קרובות בלתי אפשרי לחקור באמצעות גישות ניסיוניות אחרות 20,21,22. עם זאת, שיטות מבוססות EM אלה הן טכניקת תפוקה נמוכה מאוד שיכולה להיות מושפעת גם מהליכי קיבוע כימיים. לאחרונה, שיטות מבוססות תיוג קרבה שימשו לזיהוי אתרי מגע, כמו גם לזיהוי חלבונים חדשים באתר מגע. לדוגמה, בדיקת קשירת קרבה (PLA) שימשה לכימות קרבת אברונים23,24, בעוד שגרסה מתוקנת של בדיקת אסקורבט פרוקסידאז (APEX) שימשה לזיהוי חלבונים חדשים באתר מגע25,26. חשוב להכיר בכך שלכל השיטות הללו שתוארו לעיל יש חוזקות ומגבלות מהותיות בזיהוי המגעים בין האברונים. לפיכך, זיווג של טכניקות שונות נדרש כדי לקבל פרשנות יסודית של אתרי הקשר אברונים.
בעבר הקמנו את בדיקת ההרכבה מחדש split-Renilla luciferase 8 (split-Rluc assay) כדי לנטר את רמת המגעים של קרום המיטוכונדריה ER-מיטוכונדריה (איור 1A)24,26,27. בקצרה, כל חצי מפוצל של Renilla luciferase מצומד עם רצף מיקוד ER או מיטוכונדריה. כאשר מדביקים יחד, כל מחצית מפוצלת של האנזים מתבטאת במיון או בקרום המיטוכונדריאלי. כאשר חדר המיון והמיטוכונדריה ממוקמים בסמיכות זה לזה, החצאים המפוצלים מתאחדים ומרכיבים מחדש את כל האנזים עם פעילות לוציפראז. עבור המבנה split-Rluc, השתמשנו Renilla luciferase 8 (Rluc8) ב pBAD/Myc-His27 עבור התבנית הראשונית. אתר הפיצול (בין חומצות אמינו 91 ו-92) נקבע על סמך דיווחים קודמים27. עבור המחצית ה-N-terminal של ה-Rluc8, רצפי DNA עבור חומצות אמינו 1-91 של ה-Rluc8 אוחדו לקצה ה-3' של התג FLAG ולרצף מיקוד המיטוכונדריה AKAP1 של העכבר בווקטור PCDNA3.1 TOPO על ידי PCR27. עבור חצי מסוף C המיועד למיון, רצפי DNA המקודדים חומצות אמינו 92-311 אוחדו לקצה 5' של תג myc ולרצף הלוקליזציה של שמרים UBC6 ER. כאן, שדרגנו את מבנה הפלסמיד המפוצל Rלוק כך שחצאים מפוצלים של Renilla luciferase מבוטאים בווקטור יחיד (pCAG) תחת אותו מקדם ולאחר מכן נחתכים לשני מקטעים כאשר T2A, רצף פפטידי 2A המתבקע מעצמו מווירוס Thosea asigna, מוכנס בין שני החצאים המפוצלים (איור 1B). מפת הדנ"א של פלסמיד ורצפים מופיעים בקובץ משלים 1 ובאיור משלים S1. באמצעות מערכת זו, מדדנו את ההשפעות של שלושה כימיקלים (מעכבים GTPases המעורבים פילמור אקטין ) על מגעים ER-מיטוכונדריה. בדיקת לוק מפוצלת Rזו היא מערכת בדיקה פשוטה אך חזקה לסינון בתפוקה גבוהה עבור אפנן מגע בין אברונים24.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תחזוקת תאים וזריעה (יום 1)
2. פוליאתילנימין (PEI) - טרנספקציה של תאים וזריעת תאים לאחר טרנספקציה (יום 2)
3. טיפול כימי ובדיקת לוציפראז בתאים חיים (יום 3)
4. אימות של בדיקת split-Rluc בשיטות אחרות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
השתמשנו בפרוטוקול שתואר לעיל כדי למדוד את רמת המגעים של ER-מיטוכונדריה עם הוספת שלוש תרכובות הידועות כמעכבות GTPases ספציפיים. CDC42, RHO ו-RAC הם GTPases המקדמים פילמור אקטין28 כאשר הם מופעלים ומעוכבים על ידי ZCL278, Rhosin ו-Ehop-016, בהתאמה24. HEK293T תאים שהודבקו ב-split-Rluc טופלו ב-DMSO (בקרה), ZCL278 (50 מיקרומטר), רוסין (50 מיקרומטר) או Ehop-016 (25 מיקרומטר) והודגרו במשך שעה, שעתיים ו-5 שעות. באמצעות קורא לוחות מדדנו את פעילות ה-split-R luc בנקודות זמן מוג...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
השתמשנו בבדיקת הרכבה מחדש של split-Renilla luciferase 8 (split-Rluc assay) כדי לכמת את רמת הצימודים של ER-מיטוכונדריה. במחקר זה, שינינו את המבנה המקורי של split-Rluc24 על ידי יצירת וקטור יחיד, pCAG-MitoRluc N-T2A-R lucCER-IRES-mCherry, קידוד כל רכיב split-Rluc (MitoRlucN ו- RlucCER) ורצף פפטידי 2A מפוצל מנגיף Thosea asigna כדי להבטיח ביטוי ש...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
המחברים מודים לד"ר ג'פרי גולדן (המרכז הרפואי סידרס-סיני) על הסקירה הביקורתית של כתב היד. עבודה זו מומנה בחלקה על ידי המכון הלאומי למחלות נוירולוגיות ושבץ (NINDS, R01NS113516).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1.7 מ"ל צינור מיקרוצנטריפוגה SafeSeal | Sorenson | 16070 | |
| צלחת 6 בארות TC מטופל | ארה"ב Scientific | CC7682-7506 | |
| 10 מ"ל טיפים לפיפטה OneTip | ארה"ב מדעי | 1110-3700 | |
| 10 μ טיפים לפיפטה L OneTip | ארה"ב מדעי | 1110-3700 | |
| 20-200 μ L טיפים משופעים OneTip | ארה"ב סיינטיפיק | 1111-1210 | |
| 50 מ"ל צינור חרוטי פוליפרופילן | פלקון | 352070 | |
| 96 בארות סנפיר מדפי מיקרו-צינורות | ThermoFisher Scientific | 8770-11 | |
| 96 בארות צלחת TC מטופל | USA Scientific | CC7682-7596 | |
| 100 מ"מ x 20 מ"מ TC צלחת מטופלת | USA Scientific | CC7682-3394 | |
| 1250 μ L טיפים OneTip | USA Scientific | 1112-1720 | |
| צנטריפוגה 5910 Ri - צנטריפוגה בקירור | Eppendorf | 5943000131 | |
| דימתיל סולפוקסיד, נטול מים, ≥ 99.9% | סיגמא-אולדריץ' | 276855-100 מ"ל | |
| DMEM, גלוקוז גבוה | ThermoFisher Scientific | 11965092 | |
| DPBS, ללא סידן, ללא מגנזיום | ThermoFisher Scientific | 14190144 | |
| EHop 016 | Bio-Techne Tocris | 6248 | מתמוסס ב-DMSO; יש לאחסן בטמפרטורה של -70 מעלות; C |
| EnduRen מצע תא חי | Promega | E6481 | אחסן במחירים של -70 מעלות; C |
| Eppendorf 2-20 μ L פיפטה | אפנדורף | 3123000039 | |
| מחקר אפנדורף פלוס 100-1000 μ L פיפטה | Eppendorf | 3123000063 | |
| Eppendorf Research Plus 1-10 ומיקרו; L pipette | Eppendorf | 3123000020 | |
| Eppendorf Research בתוספת 12 ערוצים | Eppendorf | 3125000028 | |
| Eppendorf Research plus 200 μ L פיפטה | אפנדורף | ||
| 3123000055 סרום בקר עוברי, אזורים מוסמכים ומאושרים על ידי USDA | ThermoFisher Scientific | 10437028 | |
| Forma Steri-Cycle CO2 חממה, 184 ליטר, נירוסטה מלוטשת | ThermoFisher Scientific | 381 | |
| מונה ידיים | Sigma-Aldrich | HS6594 | |
| HEK 293T Cells | ATCC | CRL-3216 | |
| Hemacytometer - Neubauer Bright Line, תא ספירה כפולה | LW Scientific | CTL-HEMM-GLDR | |
| Invitrogen TE Buffer | ThermoFisher Scientific | 8019005 | |
| מיקרוסקופ | Zeiss | Axiovert 25 CFL | |
| מיני צנטריפוגה | בנצ'מרק מדעי | C1012 | |
| מתלה רב צינורות עבור 50 מ"ל צינורות חרוטי, 15 מ"ל חרוטי ומיקרוצנטריפוגה | Boekel Scientific | 120008 | |
| PEI MAX - Transfection כיתה ליניארי פוליאתילנימין הידרוכלוריד (MW 40,000) | Polysciences | 24765-100MG | |
| Pipet-Aid XP | USA Scientific | 4440-0101 | |
| פולי-D-ליזין הידרוברומיד | סיגמא-אולדריץ' | P6407-5MG | |
| רוזין הידרוכלוריד | ביו-טקן טוקריס | 5003 | מתמוסס ב-DMSO; יש לאחסן בטמפרטורה של -70 מעלות; C |
| Trypsin-EDTA (0.05%), פנול אדום | ThermoFisher Scientific | 25300054 | |
| Varioskan LUX קורא מיקרו-פלטות מולטי-מוד | ThermoFisher Scientific | VL0000D0 | |
| Vortex | ThermoFisher Scientific | 2215365 | רמה 8 |
| VWR מערכת שאיבת ואקום | VWR | 75870-734 | |
| ZCL 278 | Bio-Techne Tocris | 4794 | יש להמיס ב-DMSO; יש לאחסן בטמפרטורה של -70 מעלות; ג |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.