Il metodo CryoAPEX per l'analisi della microscopia elettronica della localizzazione delle proteine membrana all'interno delle cellule ultrastrutturalizzate

Elaine  M. Mihelc; Stephanie Angel; Robert  V. Stahelin; Seema Mattoo

doi:10.3791/60677

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Articolo metodologico

Il metodo CryoAPEX per l'analisi della microscopia elettronica della localizzazione delle proteine membrana all'interno delle cellule ultrastrutturalizzate

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DOI:

10.3791/60677

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27 febbraio 2020

Elaine M. Mihelc¹ , Stephanie Angel² , Robert V. Stahelin²^,³^,⁴ , Seema Mattoo¹^,⁴^,⁵^,⁶

¹Department of Biological Sciences, Purdue University, ²Department of Medicinal Chemistry and Molecular Pharmacology, Purdue University, ³Purdue Institute of Inflammation, Immunology and Infectious Disease, Purdue University, ⁴Bindley Biosciences Center, Purdue University, ⁵Purdue Institute of Integrative Neuroscience, Purdue University, ⁶Purdue Center for Cancer Research, Purdue University

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo descrive il metodo cryoAPEX, in cui una proteina della membrana marcata APEX2 può essere localizzata mediante microscopia elettronica di trasmissione all'interno di ultrastruttura cellulare conservata in modo ottimale.

Abstract

Gli eventi cellulari chiave come la trasduzione del segnale e il traffico di membrana si basano sulla corretta posizione delle proteine all'interno dei compartimenti cellulari. Comprendere con precisione la localizzazione subcellulare delle proteine è quindi importante per rispondere a molte domande biologiche. La ricerca di un'etichetta robusta per identificare la localizzazione delle proteine combinata con un'adeguata conservazione cellulare e colorazione è stata storicamente impegnativa. I recenti progressi nell'imaging della microscopia elettronica (EM) hanno portato allo sviluppo di molti metodi e strategie per aumentare la conservazione cellulare ed etichettare le proteine bersaglio. Un tag genetico relativamente nuovo basato sulla perossidasi, APEX2, è un leader promettente nei tag eM-active clonabili. La preparazione del campione per la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) è avanzata anche negli ultimi anni con l'avvento della criofissia mediante congelamento ad alta pressione (HPF) e disidratazione e colorazione a bassa temperatura tramite sostituzione del congelamento (FS). HPF e FS forniscono un'eccellente conservazione dell'ultrastruttura cellulare per l'imaging TEM, secondo solo per la crio-imaging diretto di campioni vitrei. Qui presentiamo un protocollo per il metodo cryoAPEX, che combina l'uso del tag APEX2 con HPF e FS. In questo protocollo, una proteina di interesse è contrassegnata con APEX2, seguita da fissazione chimica e reazione alla perossida. Al posto della colorazione tradizionale e della disidratazione dell'alcool a temperatura ambiente, il campione viene criofatto e subisce disidratazione e colorazione a bassa temperatura tramite FS. Utilizzando cryoAPEX, non solo è possibile identificare una proteina di interesse all'interno dei compartimenti subcellulari, ma anche informazioni aggiuntive possono essere risolte rispetto alla sua topologia all'interno di una membrana strutturalmente conservata. Dimostriamo che questo metodo può fornire una risoluzione sufficientemente elevata da decifrare i modelli di distribuzione delle proteine all'interno di un lume di organello e distinguere la compartimentazione di una proteina all'interno di un organello in prossimità di altri organelli non etichettati. Inoltre, crioAPEX è proceduralmente semplice e suscettibile alle cellule coltivate nella coltura tissutale. Non è più impegnativo dal punto di vista tecnico rispetto ai tipici metodi di criofissazione e sostituzione del congelamento. CryoAPEX è ampiamente applicabile per l'analisi TEM di qualsiasi proteina di membrana che può essere etichettata geneticamente.

Introduzione

Gli studi biologici spesso includono questioni di risoluzione della localizzazione delle proteine subcellulari all'interno di cellule e organelli. La microscopia a immunofluorescenza fornisce un'utile visione a bassa risoluzione della localizzazione delle proteine, e recenti progressi nell'imaging a super-risoluzione stanno spingendo i limiti di risoluzione per le proteine fluorescenti^{marcate 1}^,²^,³. Tuttavia, la microscopia elettronica (EM) rimane lo standard d'oro per l'imaging dell'ultrastruttura cellulare ad alta risoluzione, anche se l'etichettatura delle proteine è una s....