אנדוזומים הם אוסף של אברוני מיון תוך-תאיים, חלק ממסלול הובלת הממברנה האנדוציטית. הקמנו שיטה חדשה לבידוד אנדוזומים מרקמת הלב באמצעות ציוד ננו-סינון אוטומטי וחקרנו את הספיגה התאית של אנדוזומים על ידי תרבית משותפת שלהם עם קרדיומיוציטים ראשוניים.
מאמר שיטה
אנדוזומים הם אוסף של אברוני מיון תוך-תאיים, חלק ממסלול הובלת הממברנה האנדוציטית. הקמנו שיטה חדשה לבידוד אנדוזומים מרקמת הלב באמצעות ציוד ננו-סינון אוטומטי וחקרנו את הספיגה התאית של אנדוזומים על ידי תרבית משותפת שלהם עם קרדיומיוציטים ראשוניים.
אנדוזומים הם אברונים הקשורים לממברנה הממלאים תפקידים חיוניים בסחר תוך תאי, העברת אותות ומיחזור ממברנה. למרות שתפקידיהם בביולוגיה של הלב וכלי הדם זוכים להכרה, בידוד יעיל של אנדוזומים מרקמת הלב נותר אתגר טכני משמעותי. פיתחנו פרוטוקול מהיר ובעל תפוקה גבוהה לבידוד אנדוזומים מרקמת לב של עכבר על ידי שילוב של פיצול תת-תאי עם פלטפורמת בידוד ננו-סינון מהירה במיוחד. שיטה זו כוללת צנטריפוגה עוקבת, ננו-סינון ושליפה מבוססת ממברנה ננו-נקבובית של שלפוחיות. אנדוזומים מבודדים אופיינו על ידי כתמים מערביים, פיזור אור דינמי (DLS) וניתוח ציטומטריית ננו-זרימה (NanoFCM). כדי להעריך את הפעילות הביולוגית, אנדוזומים מטוהרים עברו תרבית משותפת עם קרדיומיוציטים ראשוניים של יילודים. הסמנים האנדוזומיים EEA1 ו-Rab7 הועשרו מאוד בשלפוחיות מבודדות. ניתוח DLS חשף קוטר שלפוחית ממוצע של 187.30 ±-23.42 ננומטר ופוטנציאל זטה של -26.60 ±-5.79 mV (n = 12). כימות NanoFCM הניב כ-1.07 ±-0.31 ×-1012 חלקיקים/מ"ל (n = 12) מ-100 מ"ג של רקמת לב. ספיגה תפקודית של אנדוזומים על ידי קרדיומיוציטים נצפתה בעקבות תרבית משותפת במבחנה , מה שמעיד על שימור שלמות השלפוחית ופעילותה. פלטפורמת בידוד משולבת זו מספקת שיטה הניתנת לשחזור ויעילה למיצוי אנדוזומים בטוהר גבוה מרקמות הלב. הפרוטוקול מקל על מחקרים ביוכימיים ותפקודיים במורד הזרם, ומציע כלי רב ערך לחקירת תפקידי האנדוזומים בפיזיולוגיה ומחלות לב וכלי דם.
אנדוזומים הם אברונים תוך-תאיים חיוניים המווסתים אנדוציטוזיס, מיון מטענים ומסלולי איתות 1,2. קולטני איתות מופעלים וחלבונים אחרים המווסתים ממוינים בתחילה לשלפוחיות תוך-לומנליות (ILVs) בתוך אנדוזומים מוקדמים (EEs), אשר לאחר מכן מבשילים לגופים רב-שלפוחיתיים (MVB) או שלפוחיות נשאות אנדוזומליות (ECVs). שלפוחיות אלו מתמזגות לאחר מכן עם אנדוזומים מאוחרים (LEs), המשמשים כמרכזי מיון משניים להפניית מטען לעבר פירוק ליזוזומלי או מסלולים חלופיים. ILVs עשויים להיות מופרשים גם כאקסוזומים לאחר איחוי אנדוזום עם קרום הפלזמה 3,4 . במקביל, מסלול האוטופגיה מספק חומר ציטוזולי ל-LEs באמצעות אוטופאגוזומים, שרוכשים יכולת פירוק עם היתוך עם תאים אנדוציטיים מאוחרים5. אנדוזומים מוכרים כיום כמווסתים קריטיים של מיחזור קולטנים6, לוקליזציה של תעלות יונים7, ביוגנזה אקסוזומית8 ותקשורת בין-תאית9 תהליכים הרלוונטיים במיוחד בתאים מיוחדים כגון נוירונים וקרדיומיוציטים.
עדויות מתפתחות הדגישו את התפקיד המרכזי של מסלולים אנדוזומיים בתפקוד הלב וכלי הדם. חלבון תחום הומולוגיה Eps15 3 (EHD3) מווסת את המיחזור האנדוזומי של מובילי יונים לבביים מרכזיים, כולל מחליף Na+/Ca2+ וערוצי Ca2+ מסוג L. מחסור ב-EHD3 בעכברים מוביל לברדיקרדיה, חריגות הולכה ושינוי בטיפול ב-Ca2+ 10. סחר תפקודי באנדוזום-ליזוזום בתאי שריר חלק בכלי הדם מונע הסתיידות מדיאלית הנגרמת על ידי פוספט, הרלוונטית למחלת כליות כרונית וטרשת עורקים11. עם זאת, התפקידים התפקודיים של אנדוזומים במחלות לב וכלי דם והפוטנציאל שלהם כמטרות טיפוליות נותרו לא מובנים לחלוטין, מה שמצדיק מחקר נוסף.
שיטות מרובות אפשרו בידוד ביוכימי של אנדוזומים שלמים מבחינה תפקודית. מארש ועמיתיו שילבו לראשונה צנטריפוגה בשיפוע צפיפות עם אלקטרופורזה בזרימה חופשית כדי לשחזר אנדוזומים מוקדמים ומאוחרים, תוך שמירה על החמצתם ושלמותם המבנית12. מתודולוגיות עדכניות, כגון גישת שיפוע סוכרוז, מציעות מסלול סטנדרטי להפרדת אוכלוסיות אנדוזומליות מוקדמות ומאוחרות, חיוני למחקרים פרוטאומיים וליפידומיים במורד הזרם13. ערכות מסחריות מבוססות עמודות ספין פותחו עבור יישומים בעלי תפוקה גבוהה.
בידוד אקסוזומים באמצעות מערכת הבידוד האולטרה-מהירה האוטומטית משתמש בטכנולוגיית ננו-סינון אולטרסאונד חדשנית, בעלת מערכת ננו-סינון כפולה המשולבת עם תנודות לחץ שלילי תקופתיות ותנודות הרמוניות כפולות כדי לאפשר בידוד של אקסוזומים בטוהר גבוה מביו-פלואידים14. כאן, שילבנו פיצול תת-תאי עם בידוד אנדוזום באמצעות מערכת הבידוד האולטרה-מהירה האוטומטית כדי להשיג שיטה חדשה לבידוד אנדוזום מהיר עם תפוקה גבוהה וטוהר גבוה מרקמת לב העכבר.
יתר על כן, תרבית משותפת של האנדוזומים שחולצו עם קרדיומיוציטים ראשוניים (CM) במבחנה ומצאנו שהאנדוזומים האקסוגניים נכנסו ל-CM בהצלחה. באמצעות מדווח אנדוזום, שבו החלבון המקומי באנדוזום Numb התמזג עם חלבון פלואורסצנטי אדום mCherry15,16, צפינו ב-mCherry fluorescence ממוקם בתוך CMs עם דפוס פונקטה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים בבעלי חיים בוצעו בהתאם להנחיות המכונים הלאומיים לבריאות על שימוש בחיות מעבדה ובאישור הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים באוניברסיטת יוסטון.
הערה: לפני תחילת הליך הבידוד, חיוני לוודא שכל המאגרים הנדרשים הוכנו טריים ומקוררים ל-4 מעלות צלזיוס. יש לסדר מכשירים מעוקרים, צלחות תרבית רקמות וצינורות מתאימים בתחנות עבודה ייעודיות, כאשר כל החומרים נשמרים על קרח או בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס, אלא אם צוין אחרת. יש לאזן מראש את הצנטריפוגות והרוטורים ל-4 מעלות צלזיוס למשך 2-3 שעות לפחות לפני השימוש. יש להכין את מאגר הפיצול לפני יום הניסוי ולאחסן אותו בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס, ולשמור על קרח במהלך הניסוי עד הצורך. אלא אם צוין אחרת, יש לבצע את כל שלבי הדגירה והצנטריפוגה בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס.
1. הכנת ליזאט לב
2. פיצול תת תאי
3. תהליך בידוד של אנדוזומים ושלפוחיות תוך תאיות אחרות
4. כימות חלבון אנדוזום ואפיון שלפוחית
5. תרבית קרדיומיוציטים ראשונית
הערה: בודד קרדיומיוציטים באמצעות ערכת בידוד קרדיומיוציטים ראשונית, המספקת ריאגנטים מספיקים לבידוד קרדיומיוציטים מעד 50 לבבות עכברים או חולדות יילודים. הערכה כוללת גם רכיבים המתאימים לתמיכה בתרבית קרדיומיוציטים ראשונית. יש להסיר את כל המדיה והמאגרים בזהירות כדי למנוע תאים מפריעים. מומלץ לבצע פיפטינג ידני באמצעות קצה פיפטה של 1000 מיקרוליטר, יש להימנע משאיבת ואקום. יש לקרר מראש את תמיסת המלח המאוזנת של האנק (HBSS) ל-4 מעלות צלזיוס לפני תחילת ההליך.
6. אנדוזום תרבית משותפת עם קרדיומיוציטים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בחנו את רמות הביטוי של סמנים עבור אנדוזומים מוקדמים, אנדוזומים מאוחרים, ליזוזומים ואוטופאגוזומים בקרב חמש קבוצות: ליזאט של רקמת לב, מקטע גרעיני, מקטע מיטוכונדריאלי, שלפוחיות תוך-תאיות אחרות משלב 2.6 ושלב 3.6, ואנדוזומים משלב 2.5 ושלב 3.6. תוצאת הכתם המערבי הראתה של-EEA1 (Early Endosome Antigen 1) הייתה רמת הביטוי הגבוהה ביותר באנדוזומים וכמעט ולא באה לידי ביטוי בקבוצות אחרות (איור 2A,B). Rab7 התבטא גם ברמה הגבוהה ביותר באנדוזומים (איור 2A,C),
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה, אנו מציגים שיטה מהירה וניתנת לשחזור לבידוד אנדוזומים בטוהר גבוה מרקמות לב של עכברים על ידי שילוב של פיצול תת-תאי עם פלטפורמת בידוד מהירהבמיוחד 14. גישות מסורתיות לבידוד אנדוזומים, כגון צנטריפוגה בשיפוע צפיפות12 או בידוד חיסוני, הן לרוב עתירות זמן ועבודה ודורשות כמויות גדולות של רקמות או נוגדנים מיוחדים. על ידי שילוב פרוטוקול הומוגניזציה מכני עם טכנולוגיית הננו-סינון, ייעלנו משמעותית את תהליך הבידוד תוך שמירה על השלמות הפיזיקוכימית...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי המענקים הבאים: מענק המכון הלאומי ללב, ריאות ודם 2R01HL121700-06A1 ו-R01HL172834-01 ל-M.W., מענק איגוד הלב האמריקאי 24TPA1303770 ו-25EIA1422015 ל-MW US EPA84045701 ל-X.L.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| µ-שקופית 8 גבוהה היטב | איבידי | 80806-90 | |
| צינור מיקרוצנטריפוגה מדורג 1.5 מ"ל | ארה"ב סיינטיפיק | 1615-5500 | |
| 10x Tris/Glycine Buffer | ביו ראד | 1610734 | |
| 4x מאגר מדגם Laemmli | ביו ראד | 1610747 | |
| צנטריפוגה ספסל | אפנדורף | צנטריפוגה אפנדורף 5810R | |
| אלבומין סרום בקר | סיגמא | א9418 | |
| מסננת תאים | קורנינג | CLS431750 | גודל נקבוביות 40 μ M, סטרילי |
| מנות תרבית רקמות CELLSTAR | VWR | 82050-546 | פוליסטירן, סטרילי, 60 מ"מ וחריף; 15 מ"מ |
| מערכת הדמיה ChemiDoc | ביו ראד | ChemiDoc XRS+ | |
| פתרון ניקוי | ננו-פ.ק.מ | 17159 | |
| DMEM עבור ערכות בידוד תאים ראשוניות של פירס | פישר סיינטיפיק | PI88287 | |
| DTT | פישר סיינטיפיק | BP172 | |
| דולבקו s מי מלח חוצץ פוספט (PBS) | תרמו סיינטיפיק | 10010023 | |
| מגיב לזיהוי כתמים מערביים ECL | ביו ראד | 1705061 | |
| EDTA | סיגמא | E4884 | |
| EEA1 | איתות סלולרי | תקופה 3288 | WB (1:1000) |
| א.ג.ט.א. | סיגמא | E-4378-25 | |
| עיד | אקסודוס | עיד MA03 | |
| ERp72 | איתות סלולרי | שמות 5033 | WB (1:1000) |
| אתנול | חנות מחקר UH | 200 הוכחה, 5 ליטר | |
| אקסודוס H-600 | אקסודוס | H-600 | |
| GAPDH | פרוטאינטק | 10494-1-AP | WB (1:5000) |
| האנק' תמיסת מלח מאוזנת (HBSS) | תרמו סיינטיפיק | 14175095 | |
| הפס | סיגמא | H3375 | |
| הומוגנייזר | פישר סיינטיפיק | 15340167 | |
| KCl | סיגמא | עמ' 3911 | |
| מנורה1 | אבקם | ab320851 | WB (1:2000) |
| LC3 | איתות סלולרי | שניות 2775 | WB (1:1000) |
| לייזר 500 | אנטון פאר | לייזר 500 | ציוד אחר כגון Zetasizer (Malvern) או DLS (Wyatt) ניתן להשתמש |
| מ. צ'רי | ביורביט | כדור66657 | WB (1:500) |
| מ"ג 2 | פישר סיינטיפיק | BP214-500 | |
| NaCl | סיגמא | S7653 | |
| ננו-פ.ק.מ | ננו-פ.ק.מ | ננו-אנלייזר זרימה | |
| תקני גודל ננוספרות | תרמו סיינטיפיק | 3020א | |
| מיקרוסקופ קונפוקלי AXR של ניקון | ניקון | אקסר | |
| תמיסת פרפורמלדהיד 4% ב-PBS | סנטה קרוז ביוטכנולוגיה | SC-281692 | |
| בדיקות תיוג פלואידין | Invitrogen | א22284 | אם (1:500) |
| ערכות בדיקת חלבון BCA של פירס | תרמו סיינטיפיק | 23227 | |
| ערכת בידוד קרדיומיוציטים ראשונית של פירס | תרמו סיינטיפיק | 88028 | |
| מסנן מזרק פוליאתרסולפון | מיליפור | SLHPR33RS | גודל נקבוביות 0.45 μ M, סטרילי |
| ג'ל חלבון מוכן מראש | ביו ראד | 4561093 | |
| חרוזי QC | ננו-פ.ק.מ | QS2503 | |
| ראב7 | איתות סלולרי | תאורת 9367S | WB (1:1000) |
| מאגר ליזה ומיצוי RIPA | תרמו סיינטיפיק | 89900 | |
| רוש פוססטופ (קוקטייל PI) | רוש | 4906837001 | |
| ננו-ספירות סיליקה | ננו-פ.ק.מ | S16M-אקסו | |
| סוכרוז | סיגמא | 84097 | |
| רוטור דלי מתנדנד | בקמן קולטר | SW55Ti | |
| מערכת העברת טורבו טרנס-בלוט ערכות העברת RTA | ביו ראד | 1704270 | |
| טווין 20 | ביו ראד | 1662404 | |
| אולטרה-צנטריפוגה | בקמן קולטר | אופטימה XE-90 | |
| צינורות אולטרה-צנטריפוגה | בקמן קולטר | 326819 | |
| אמבט ניקוי אולטרסאונד | ברנסון אולטרסאונד | CPX952238R | |
| צינור VWR סנט 50 מ"ל | VWR | 89039-656 | |
| צנטריפוגת צינור VWR 15 מ"ל | VWR | 89039-666 | |
| חומר ייחוס פוטנציאלי של Zeta | אנטון פאר | 175108 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה