Articolo metodologico

Studio del reticolo endoplasmatico e mitocondri interazioni In Situ Proximity Assay legatura in cellule fissate

DOI:

10.3791/54899

⸱

10 dicembre 2016

 , 
1Lund University Diabetes Centre, Lund University, 2INSERM UMR-1060, CarMeN Laboratory, Lyon 1 University, INRA U1235, INSA of Lyon, Rockefeller and Charles Merieux Lyon-Sud Medical Universities

In questo articolo

Sommario

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Qui, descriviamo una procedura per visualizzare e quantificare con alta sensibilità le interazioni endogeni tra il reticolo endoplasmatico e mitocondri nelle cellule fissate. Il protocollo è dotato di un ottimizzato in test legatura situ prossimità targeting inositolo 1,4,5-trifosfato recettore / glucosio-regolata proteina 75 / D complesso canale anionico / cyclophilin voltaggio-dipendente all'interfaccia membrana mitocondriale associata.

Abstract

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Le interazioni strutturali tra il reticolo endoplasmatico (ER) e le membrane mitocondriali, in domini noti come membrane associate ai mitocondri (MAM), sono hub cruciali per la segnalazione cellulare e il destino cellulare. In particolare, questi siti di contatto inter-organelli consentono il trasferimento di calcio dal reticolo endoplasmatico ai mitocondri attraverso il complesso di canalizzazione del calcio del canale anionico voltaggio-dipendente (VDAC)/proteina 75 regolata dal glucosio (GRP75)/recettore dell'inositolo 1,4,5-trifosfato (IP3R). Sebbene questo compartimento subcellulare sia oggetto di intense indagini sia in condizioni fisiologiche che patologiche, non esiste un metodo semplice e sensibile per quantificare la quantità endogena di contatto ER-mitocondri nelle cellule. Allo stesso modo, i MAM sono strutture altamente dinamiche e non esiste un approccio adatto per seguire le modifiche delle interazioni ER-mitocondri senza sovraespressione proteica. Qui, riportiamo un protocollo ottimizzato basato sull'uso di un saggio di legatura di prossimità in situ per visualizzare e quantificare le interazioni endogene ER-mitocondri in cellule fissate utilizzando la stretta vicinanza tra le proteine della membrana mitocondriale esterna (VDAC1) e della membrana ER (IP3R1) all'interfaccia MAM. Esperimenti simili di legatura di prossimità in situ possono essere eseguiti anche con le coppie di anticorpi GRP75/IP3R1 e ciclofilina D/IP3R1. Questo test offre numerosi vantaggi rispetto ad altre procedure di imaging, in quanto è altamente specifico, sensibile e adatto a test in più condizioni. Pertanto, l'uso di questo saggio di ligazione di prossimità in situ dovrebbe essere utile per comprendere meglio le regolazioni fisiologiche delle interazioni ER-mitocondri, nonché il loro ruolo in contesti patologici.

Introduzione

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Mitocondri e reticolo endoplasmatico (ER) non sono organelli indipendenti nella cellula, ma interagiscono strutturalmente e funzionalmente a siti di contatto definite membrane reticolo endoplasmatico mitocondri-associato (MAM). Infatti, DAM corrispondono alle regioni in cui le membrane del ER e mitocondri sono strettamente apposto, permettendo interazioni tra proteine ​​da entrambi i lati. Ciò nonostante, le membrane di questi organelli non si fondono in queste regioni, in modo da mantenere le loro entità separate. I DAM svolgono un ruolo cruciale nel calcio (Ca 2+) e il trasferimento dei fosfolipidi da ER a mitocondri, impattando il metabolismo energetico e la sopravvivenza delle cellule 1-3.

L'associazione tra ER e mitocondri è stato visualizzato nel 1970 con microscopia elettronica. Da allora, la trasmissione microscopia elettronica 4,5, elettroni tomografia 6,7 o immuno-localizzazione di ER e specifici mitocondri fluoroforos / proteine fluorescenti 8 sono stati classicamente utilizzati per studiare le interazioni ER-mitocondri. Un altro strumento utile per l'analisi di MAM si basa sull'uso di frazionamento subcellulare. Esso permette di isolare frazioni MAM mediante ultracentrifugazione differenziale accoppiato ad un gradiente Percoll 9. Tuttavia, il prodotto finale contiene frazioni arricchite MAM, anziché frazioni pure. Complessivamente, queste strategie non sono particolarmente sensibili e / o quantitativo, e non sono facilmente suscettibili di grande screening. In alternativa, utilizzando approcci genetici fluorescenti linker inter-organelli droga-inducibile sono emerse, ma non consentire l'analisi delle interazioni organelli ai livelli di espressione delle proteine endogene 10.

Sulla base di scoperta di Szabadkai del complesso IP3R / GRP75 / VDAC al MAM 11, abbiamo sviluppato un metodo quantitativo per analizzare le interazioni ER-mitocondri. Abbiamo usato il ligati in situ di prossimitàil test di rilevare e quantificare le interazioni tra VDAC1 e IP3R1, due proteine organello-superficiali coinvolti nella -channeling complesso Ca 2+ all'interfaccia MAM in cellule fisse 12. Brevemente, abbiamo sondato VDAC1 alla membrana esterna mitocondriale (topo anti-VDAC1 anticorpo primario) e IP3R1 sulla membrana ER (coniglio anti-IP3R1 anticorpo primario) (figura 1, pannello A). Quindi, secondo il test, abbiamo aggiunto sia anti-topo e IgG anti-coniglio (sonde saggio mouse e vicinanza coniglio legatura), che sono coniugato a estensioni oligonucleotidi complementari. Se le due proteine sono mirati ad una distanza inferiore a 40 nm, gli oligonucleotidi possono ibridare con oligonucleotidi connettore successivamente aggiunti per consentire la formazione di un modello circolare DNA (figura 1, pannello B). Questa molecola di DNA circolare è legatura ed amplificato, creando un prodotto singolo filamento DNA covalentemente attaccata ad una delle sonde di prossimità (figura 1, pannello c) 6, vicinanza legatura ed amplificazione può essere fatto, portando a successiva rivelazione causa della ibridazione della Texas oligonucleotidi rossi marcati sonde (Figura 1, pannello d ). Ogni punto rappresenta fluorescente interazioni tra VDAC1 / IP3R1, permettendo così la quantificazione delle interazioni in situ ER-mitocondri nelle singole celle.

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Figura 1: Schema Illustrazione del rilevamento delle interazioni reticolo endoplasmatico-mitocondri in situ prossimità legatura Assay. a) Un anticorpo mouse principale diretto contro VDAC1 e un anticorpo di coniglio diretto contro primaria IP3R1 possono legarsi ai loro epitopi in prossimità all'interfaccia MAM, b) aggiunta di una coppia di sonde legatura di prossimitàdiretto contro mouse e IgG di coniglio. Queste sonde hanno attaccato filamenti di DNA che possono formare modelli per la legatura di oligonucleotidi connettore. c) Il filamento di DNA circolare formata dopo la legatura può essere amplificato e d) visualizzati mediante microscopia a fluorescenza dot utilizzando oligonucleotidi Texas red-marcato. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Simile in esperimenti di analisi in situ prossimità legatura possono essere eseguite con la coppia GRP75 / IP3R1 di anticorpi, così come cyclophilin D (CypD) / anticorpi IP3R1, se si considera che CypD ha dimostrato di interagire con il complesso IP3R / GRP75 / VDAC all'interfaccia MAM 12-14.

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Protocollo

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1. preparazione di soluzioni

  1. Preparare 10% di formaldeide in PBS (bassa percentuale di sale) diluendo 5.5 ml di formaldeide al 37% in 14,5 ml di PBS. Preparare 1 M glicina, pH 8,0, sciogliendo 3,8 g di glicina in 50 ml di PBS; diluire questa soluzione per ottenere 100 mM glicina in PBS 1x.
  2. Preparare 0,1% Triton-X100 in 1x PBS. Preparare 20x Saline sodio citrato (SSC) utilizzando 3,0 M di cloruro sodico e 0,30 M citrato trisodico preparato in un buffer di acqua deionizzata a pH 7,0 a 25 ° C. Diluire questo buffer a 1x e 0,01X con acqua deionizzata.

2. Fissazione delle cellule

NOTA: Abbiamo usato la linea cellulare epatocarcinoma Huh7 in questo studio, ma questo metodo è applicabile ad altre culture di cellule aderenti.

  1. cellule piastra Huh7 (coltivate in DMEM 1 g / L di glucosio, supplementato con 10% siero fetale bovino e 0,01% di penicillina-streptomicina magazzino) a 150.000 cellule per non patinata piatto fondo di vetro da 35 mm. Quando si lavora su cellule primarieculture, utilizzano piatti collagene rivestite.
  2. Il giorno successivo, rimuovere il terreno di coltura. Lavare le cellule con 1 ml di PBS e aspirare. Fissare le cellule aggiungendo 1 ml di formaldeide al 10% e incubare per 10 min a temperatura ambiente (RT) sotto agitazione.
  3. Arrestare la reazione con 1 ml di 1 M glicina e mescolare rotazione. Rimuovere la soluzione di reazione di arresto e lavare le cellule con l'aggiunta di 1 ml di PBS 1x; Agitare dalla rotazione e aspirare. Aggiungere 1 ml di 100 mM glicina alle cellule e incubare per 15 minuti a RT sotto agitazione, e poi aspirare.
    NOTA: Il protocollo può essere fermato qui e la seguente procedura può essere rimandata ad un altro giorno. In tal caso, aggiungere 1 ml di 100 mM glicina e mantenere a 4 ° C, se necessario.

3. permeabilizzazione delle cellule

  1. Aggiungere 1 ml di 0,1% Triton-X100 in 1x PBS, incubare per 15 minuti a RT sotto agitazione, e poi aspirare. Questo tempo di incubazione potrebbe essere aumentato fino a 15 - 20 minuti quando si lavora su cultur cellula primariaes (ad esempio, gli epatociti topi primaria). Lavare le cellule con l'aggiunta di 1 ml di PBS 1x; aspirare.

4. Blocco

  1. Aggiungere 40 ml di soluzione bloccante a ciascun campione (fornito dal kit); questo volume può essere aumentato per coprire il campione. Incubare le stoviglie per 30 min a 37 ° C in una camera umida.
  2. Toccare la soluzione di saturazione fuori dei piatti. Cercare di ottenere uguali volumi residui per ogni diapositiva, come questo influirà la riproducibilità. Non lasciare i campioni a secco!

5. Anticorpi primari

  1. Diluire gli anticorpi primari in 1x PBS e aggiungere la soluzione ai piatti (anticorpi del mouse VDAC1: 1/100, IP3R1 anticorpi di coniglio: 1/500). In alternativa, GRP75 o CypD anticorpi (entrambi anticorpi murini usati a 1/500) possono essere utilizzati al posto di VDAC1.
  2. Incubare per una notte in una camera umida a 4 ° C. Lavare le diapositive due volte utilizzando Tris Buffered Saline con lo 0,01% di Tween (TBS-T).
6. Di prossimità Ligation Assay Sonde

  1. Prossimità sonde saggio legatura sono forniti dal kit. Scegliere sonde secondo le specie di anticorpi primari.
  2. Preparare le due sonde di prossimità test legatura 1: 5 nel diluente. Lasciare il composto a riposare per 20 minuti a temperatura ambiente. Aggiungere la soluzione della sonda test di prossimità legatura diluito. Incubare i piatti in una camera umida preriscaldato per 1 ora a 37 ° C. Lavare i piatti due volte con TBS-T.

7. legatura

  1. Utilizzare il reagente di rilevamento in situ Texas kit di rosso.
  2. Diluire la legatura magazzino 5x (fornito dal kit) 1: 5 in acqua ad alta purezza e mescolare bene. Diluire ligasi nella soluzione 1x legatura (fornito dal kit) 1:40 e vortex. Attendere aggiungere ligasi solo immediatamente prima oltre ai campioni.
  3. Aggiungere questa soluzione per ogni campione (40 microlitri per piatti con fondo di vetro da 35 mm) e incubare i vetrini in una umidità cham preriscaldatober per 30 min a 37 ° C. Lavare le diapositive due volte con TBS-T.

8. Amplificazione

Nota: Fare attenzione reagenti sensibili alla luce,.

  1. Diluire il magazzino 5x amplificazione (fornito dal kit) 1: 5 in acqua ad alta purezza. Rimuovere la polimerasi dal congelatore utilizzando il blocco di congelamento (-20 ° C). Diluire la polimerasi (fornito dal kit) 1:80 nella soluzione di amplificazione 1x e vortex. Aggiungere la polimerasi subito prima di utilizzare la miscela.
  2. Aggiungere questa soluzione per ogni campione (40 microlitri per piatti con fondo di vetro da 35 mm). Incubare i vetrini in una camera umida preriscaldata per 100 minuti a 37 ° C. Toccare la soluzione di amplificazione-polimerasi fuori delle diapositive.

9. lavaggio finale

  1. Lavare i vetrini in tampone di lavaggio 1x SSC per 2 minuti. Lavare le diapositive 0,01X tampone di lavaggio SSC per 2 minuti. Lasciate che l'asciugatura delle stoviglie a RT al buio.

10. Preparazione per l'imaging

  1. Montare le diapositive utilizzando un volume minimo di mezzo di montaggio contenente DAPI (acquosa e non solidificare), assicurando che bolle d'aria rimangano intrappolati sotto il vetrino. Smalto per unghie può essere utilizzato per sigillare i bordi. Attendere circa 15 minuti prima di analizzare con una fluorescenza o microscopio confocale (eccitazione: 594 nm, emissione: 624 nm, ingrandimento: 63X).
  2. Dopo l'imaging, conservare i campioni a -20 ° C al buio.

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Risultati

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Sulla base della nostra esperienza con questo protocollo, possiamo tranquillamente consigliare questo metodo per la visualizzazione e la quantificazione delle interazioni ER-mitocondri nelle cellule fisse. Immagini rappresentative della legatura in prossimità interazioni ER-mitocondri situ test-visualizzato nella linea di cellule Huh7 epatocarcinoma, utilizzando diverse paia di anticorpi, sono mostrati. Come mostrato in figura 2 mediante microscopia a f...

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Discussione

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Nel complesso, i nostri studi indicano che il saggio di legatura di prossimità in situ è davvero una strategia rilevante per seguire e quantificare le interazioni endogene ER-mitocondri in cellule fisse, senza la necessità di utilizzare fluorofori specifici per organelli o proteine fluorescenti. L'uso specifico degli anticorpi VDAC1/IP3R1 è stato adattato per studiare le interazioni ER-mitocondri nelle cellule HuH7. Tuttavia, possono essere utilizzate isoforme alternative di VDAC e IP3R, a seconda del tipo di ce...

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Dichiarazioni

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Ringraziamenti

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Ringraziamo tutte le persone nel nostro laboratorio che hanno contribuito a ottimizzare e validare il protocollo. Questo lavoro è stato sostenuto da INSERM e l'agenzia nazionale di ricerca (ANR-09-JCJC-0116 E ANR-11-BSV1-033-02). ET è stato sostenuto durante il suo dottorato di ricerca da un assegno di ricerca dal Ministero francese dell'istruzione superiore e della ricerca.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
FormaldeideSigmaF-8775
GlicinaSigmaG-8898
TritonSigmaT8532
35 mm Piastre di coltura con fondo in vetroMatTeK corporationP35G-0-14-C
Soluzione bloccanteSigmaDUO-92004 o DUO-92002fornita nelle sonde Duolink PLA, anticorpo Sigma
VDAC1Abcamab14734
IP3R1-H80 anticorpoSanta Cruzsc28614
anticorpo CypDAbcamab110324
Grp75 anticorpoSanta Cruzsc13967
TBS 10xeuromedexET220Diluire per ottenere 1x
Tween 100xeuromedex2001-Bdiluire in TBS per ottenere 0,01%
Sonde PLA Topo MINUSSigma DUO-92004Duolink, Sigma
PLA Sonde Rabbit PLUSSigmaDUO-92002Duolink, Reagenti di rilevamento Sigma
Duolink rossoSigmaDUO-92008Duolink,
Soluzione di legaturaSigmaDUO-92008Parte dei reagenti di rilevamento Duolink rosso, Sigma
LigasiSigmaDUO-92008Parte dei reagenti di rilevamento Duolink rosso, Soluzione di
amplificazioneSigmaDUO-92008Parte dei reagenti di rilevamento Duolink rosso, Sigma
PolimerasiSigmaDUO-92008Parte dei reagenti di rilevamento Duolink rosso, Supporto di montaggio Sigma
DuolinkSigmaDUO80102Duolink, Sigma
Softwares
BlobFinderè un software distribuito gratuitamente in grado di eseguire calcoli sulle cellule da immagini di microscopia a fluorescenza. Questo software può essere scaricato gratuitamente dal Centro per l'analisi delle immagini dell'Università di Uppsala, che ha sviluppato il software e il lavoro è stato supportato dal progetto europeo ENLIGHT del 6° PQ e da Olink Bioscience. http://www.cb.uu.se/~amin/BlobFinder/index_files/Page430.htm
softwarePuò essere scaricato gratuitamente da: http://rsb.info.nih.gov/ij/download.html
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Riferimenti

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