ここでは、(細胞周期)キナーゼのミトコンドリア局在を研究する方法と、その亜ミトコンドリア位置と潜在的なミトコンドリア基質/標的を決定する方法を概説します。タンパク質のミトコンドリアへの強制発現は、目的のタンパク質のミトコンドリア局在の機能的影響を研究するための有用なツールを提供します。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
ここでは、(細胞周期)キナーゼのミトコンドリア局在を研究する方法と、その亜ミトコンドリア位置と潜在的なミトコンドリア基質/標的を決定する方法を概説します。タンパク質のミトコンドリアへの強制発現は、目的のタンパク質のミトコンドリア局在の機能的影響を研究するための有用なツールを提供します。
ミトコンドリアは独自の転写機構を持っていますが、ミトコンドリアタンパク質のわずか1%がオルガネラ内で合成されます。核にコードされたタンパク質は、ミトコンドリアターゲティング配列(MTS)によってミトコンドリアに輸送されます。しかし、ミトコンドリアに局在するタンパク質の大部分は、識別可能なMTSを欠いています。それにもかかわらず、MTS がタンパク質をミトコンドリアに入れるように指示できるという事実は、正常な核タンパク質および/または細胞質タンパク質のミトコンドリア機能を研究するための貴重なツールを提供します。私たちは最近、ミトコンドリアの細胞周期キナーゼCyclinB1/Cdk1複合体を同定しました。この複合体のミトコンドリア機能を特異的に研究するためには、この複合体の核機能や細胞質機能を妨げることなく、ミトコンドリアの過剰発現とノックダウンが不可欠でした。CyclinB1/Cdk1をMTSで標識することにより、この複合体のミトコンドリア過剰発現を達成し、そのミトコンドリア標的と機能を研究することができました。ドミナントネガティブCdk1をMTSでタグ付けすることにより、特にミトコンドリアでCdk1活性の阻害が達成されました。CyclinB1/Cdk1複合体の潜在的なミトコンドリア標的は、ゲルベースのプロテオミクスアプローチを使用して特定されました。従来の2Dゲル解析とは異なり、2次元差分ゲル電気泳動(2D-DIGE)技術とそれに続くリン酸化タンパク質染色を使用して、ミトコンドリアCdk1発現細胞中の差次的リン酸化タンパク質を蛍光標識しました。野生型とドミナントネガティブCdk1でミトコンドリアを持つヒト型で変化したリン酸化タンパク質スポットの同定により、Cdk1のミトコンドリア標的の同一性が明らかになりました。最後に、細胞周期の進行におけるCyclinB1/Cdk1ミトコンドリア局在の影響を判断するために、合成チミジン類似体EdU(5-エチニル-2′-デオキシウリジン)を使用した細胞増殖アッセイを使用して、細胞が細胞周期を通過し、DNAを複製するときに細胞をモニターしました。全体として、細胞周期キナーゼのミトコンドリア局在と活性を研究するために利用可能なさまざまなアプローチを実証しました。これらは高度でありながら、多くの細胞生物学研究者にとって有益な方法に従うのが簡単です。
哺乳類では、細胞周期の進行は、サイクリンおよびサイクリン依存性キナーゼ(CDK)1によって制御される、高度に秩序イベントに依存しています。その細胞質、核、および中心体の局在化を通じ、サイクリン/ Cdk1のは、核エンベロープの破壊や中心体の分離2などの有糸分裂におけるさまざまなイベントを同期することができます。サイクリン/ Cdk1のは、アポトーシス3に対して有糸分裂細胞を保護し、ミトコンドリアの分裂、新たに形成された娘細胞4にミトコンドリアの平等な分配のための重要なステップを促進します。
哺乳動物細胞の増殖には、ミトコンドリアのATP、5マルチサブユニット複合体で構成されている酸化的リン酸化(OXPHOS)機械(電子伝達系)を介して生成されます。複合体I - 複雑なV(CI-CV)。ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH):ユビキノン酸化還元酵素または複合体I(CI)は、5つの複合体5の理解最大と最小です。複雑なC45サブユニットの14のonsistsは、触媒コアを形成します。一旦組み立てられる、複合体は、1マトリックス内に突出するアームと内膜6,7に埋め込 まれ、他方のアームとL字型構造を前提としています。 CIサブユニットの変異は、ミトコンドリア病8の様々な原因です。 OXPHOSで機能的、効率的なCIが、全体的なミトコンドリア呼吸9のためだけでなく、成功した細胞周期進行10のためだけでなく、必要とされます。健康と病気で、この膜結合酵素複合体の機能のメカニズムをUnravellingする新規な診断手順と高度な治療戦略の開発を可能にすることができます。最近の研究では、サイクリン/ Cdk1の複合体が細胞中の細胞の増加したエネルギー需要を相殺する(ギャップ2)G2 /(有糸分裂)M期におけるミトコンドリアに移行し、潜在的に、ミトコンドリアのエネルギー産生を高めるために、CIサブユニットをリン酸化することを見出しましたサイクル11。ここでは、SHO実験手順および他の方法で核/細胞質キナーゼのミトコンドリア転移を研究するために使用することができます戦略、そのミトコンドリアの基質と同様の例として、サイクリン/ Cdk1のを使用して、ミトコンドリア局在の機能的結果をwcase。
必要なときにサイクリン/ Cdk1の複合体はミトコンドリアに移行していることを発見は、この複合体のミトコンドリア固有の過剰発現およびノックダウンの研究を促しました。蛋白質のミトコンドリア特異的発現を達成するためには、目的のタンパク質のN末端にミトコンドリアターゲティング配列(MTS)を追加することができます。配列を標的とするミトコンドリアは、彼らは通常、12を常駐ミトコンドリアへミトコンドリアタンパク質の選別を可能にします。我々は、サイクリンまたは赤色蛍光をタグ付きヒトシトクロムcオキシダーゼサブユニット8A(COX8)の前駆体から誘導された87塩基ミトコンドリアターゲティング配列を使用し、緑色蛍光タンパク質(GFP)にそれをクローン化してきましたタンパク質(RFP)がCdk1のがフレーム内にプラスミドを含むタグ付き。この方法は、具体的には、それらの核のプールに影響を与えることなく、これらのタンパク質のミトコンドリアの表現を変え、私たちはミトコンドリアにサイクリンとCdk1のをターゲットにすることができました。蛍光これらのタンパク質をタグ付けすることによって、我々はリアルタイムでそれらの局在をモニターすることができました。同様に、私たちは私たちは、特にCdk1のミトコンドリアの発現と機能をノックダウンすることができRFPタグ付きドミナントネガティブCdk1のを含むプラスミドにMTSを導入しています。 Cdk1のような二重のローカライズ版を持っているキナーゼのミトコンドリアと核の機能を区別することが不可欠です。これらの二重機能性キナーゼのN末端へのエンジニアリングMTSを採用することが容易かつ効果的である偉大な戦略を提供しています。
Cdk1のは、細胞周期キナーゼであるので、Cdk1のは、ミトコンドリアに局在している場合、細胞周期の進行を決定するために基本的です。これを達成するために、我々は、新しいメトを利用していますdは細胞におけるDNA含有量を監視します。従来の方法は、チミジンを置換するために、細胞周期のS期の間に新たに合成されたDNAに組み込まれたBrdU(ブロモデオキシウリジン)、合成チミジン類似体を用いることを含みます。そして積極的にそれらのDNAを複製している細胞を、抗BrdU抗体を用いて検出することができます。この方法の一つの欠点は、結果13,14の間で矛盾を生じ得る酸または熱処理などの過酷な方法によってBrdU抗体のためのアクセスを提供するために、DNAの変性を必要とすることです。代わりに、我々は異なるチミジンアナログ、EDUで活発に分裂する細胞を監視するために、同様のアプローチを利用しました。中性洗剤処理は新たに合成されたDNAにEDUにアクセスするための検出試薬を可能としてEDU検出は、過酷なDNA変性を必要としません。 EDUの方法は、より信頼性の高い一貫性および高スループット分析15のための潜在的であることが証明されています。
最後に、トンO Cdk1のミトコンドリアの基質を決定、我々は古典的な2次元ゲル電気泳動の高度なバージョンである2D-DIGEと呼ばれるプロテオミクスツールを使用していました。二次元電気泳動は、第二の最初の次元と分子量のそれらの等電点に応じてタンパク質を分離します。例えば、リン酸化などの翻訳後修飾は、タンパク質の等電点および分子量に影響を与えるので、2Dゲルは、異なる試料内のタンパク質のリン酸化状態の違いを検出することができます。タンパク質スポットの大きさ(面積および強度)は、複数のサンプル間の定量的な比較を可能にするタンパク質の発現レベルの変化します。この方法を使用して、我々は、変異ミトコンドリア標的Cdk1の発現細胞に対する野生型ではリン酸化タンパク質を区別することができました。野生型で示したが、ミトコンドリアを標的とした突然変異体Cdk1の準備に欠落していた特定のタンパク質スポットを単離し、質量分析により同定。
従来の2Dゲル中で、トリフェニルメタン染料、ゲル上のタンパク質を可視化するために使用されます。 2D-DIGEは、タンパク質電気泳動移動度への影響を最小限に抑えながら蛍光タンパク質のラベルを使用しています。異なるタンパク質サンプルは、単一のゲル16上の複数のサンプルの同時電気泳動を可能にする、一緒に混合し、同じゲルにより分離し、異なる蛍光色素で標識することができます。これは、ゲルベースのプロテオミクス研究における重要な問題であるゲルからゲルへの変化を、最小限に抑えることができます。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
培養細胞からミトコンドリアの1の単離
2. Cdk1の、サイクリンとCOXIVの共同免疫染色、ミトコンドリア常駐タンパク質
無傷ミトコンドリアの3炭酸ナトリウム抽出
ミトコンドリアの内膜と外膜(ミトプラストの単離)の4分離
5.の構築ミトコンドリア標的GFP / RFP-タグ付けされたサイクリン/ Cdk1のベクトルとそのミトコンドリア局在の確認
2D-DIGEを介してディファレンシャルにリン酸化タンパク質の6同定
インビトロキナーゼアッセイ7.
8.部位特異的突然変異誘発は、ドミナントネガティブCdk1の(D146N)を生成します
EDU取り込みアッセイで細胞周期フェーズ長の9決意
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
サイクリンおよびCdk1ののサブミトコンドリア局在
炭酸ナトリウム抽出は、タンパク質がミトコンドリア内部又は外部表面、すなわち、外膜上に位置しているかどうかを決定するために使用されます。タンパク質は、ミトコンドリア内部で局在することが示されたら、サブミトコンドリア局在のさらなる決意は、プロテアーゼ消化と組み合わせmitoplastingを介して行うことができます。サイクリンまたはCdk1ののサブミトコンドリア局在を指定するには、ミトプラストは25 mmまでの200mMから浸透圧のスクロースの濃度を減少させて低張緩衝液中のミトコンドリアを希釈することによって単離しました。内膜は、ショ糖の25 mMの( 図1A)での最終濃度まで無傷のまま外膜は、ショ糖の150 mMので破裂し始めます。 mitoplastingと組み合わせて、プロテアーゼ保護アッセイはtrypsを用いて行うことができます...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
他の細胞内小器官宛のタンパク質と同様に、ミトコンドリアの標的タンパク質は、精巧なタンパク質のトランスロケーションと折り機21,22の支援を受けて細胞小器官にそれらを向ける彼らの一次または二次構造内ターゲティングシグナルを有しています。例えばCOX8としてのみミトコンドリア常駐タンパク質から得られた配列(MTS)を標的とするミトコンドリアは、ミトコンドリア11,23,24に特定のタンパク質を標的とする任意の遺伝子配列のN末端 に付加することができます。ここでは、サイクリンおよびCdk1の遺伝子がベクターを含むCOX8のMTSへと発現の際にクローン化した、組換えサイクリンおよびCdk1のは、ミトコンドリアに局在していました。このアプローチの利点は、全体的な遺伝子発現を変化させることなく、この場合、ミトコンドリアに、特定の副細胞区画に遺伝子発現の改変を可能にすることです。この戦略では、ミトコンドリア特異的核キナーゼの機能は、Cdk1のがdeましたtermined。同様に、ドミナントネガティブCdk1のにMTSを添加することにより、ダウンCdk1のミトコンドリア特有の機能のノックミトコンドリアCD...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
この作業は、NIHの助成金CA133402、CA152313、エネルギー省科学局DE-SC0001271の支援を受けました。NCI P30 CA0933730からの資金提供、NIH NCRR C06-RR12088、S10 RR12964、S10 RR 026825 からの資金提供を受けたカリフォルニア大学デービス校のフローサイトメトリー共有リソース研究所、およびフローサイトメトリー実験に協力してくださった Bridget McLaughlin 氏と Jonathan Van Dyke 氏からの技術支援に感謝します。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 32P ATP | パーキンエルマー | BLU002001MC | |
| 抗マウス二次抗体 | Invitrogen | A-11003 | Alexa-546標識 |
| 抗ウサギ二次抗体 | Invitrogen | A11029 | Alexa-488 標識 |
| ATP | Research Organics | 1166A | in vitro キナーゼアッセイ用 |
| Cdk1 抗体 | Cell Signaling Technology | 9112 | |
| Cdk1 kinase buffer | New England Biolabs | P6020S | |
| Click-iT EdU Alexa Fluor 488 Imaging Kit | Life Technologies | C10337 | EdU 標識 |
| による細胞周期解析用COX IV抗体 | 細胞シグナル伝達技術 | 4844S | ミトコンドリア免疫染色用 |
| サイクリンB1抗体 | サンタクルーズバイオテクノロジー | sc-752 | |
| サイクリンB1/Cdk1酵素複合体 | ニューイングランドバイオラボ | P6020S | 凍結/融解を避ける |
| CyDye DIGE Fluorラベリングキット | GEヘルスケアライフサイエンス | 25-8009-83 | |
| DIGEゲルおよびDIGEバッファーキット | GEヘルスケアライフサイエンス | 28-9480-26AA | |
| ジメチルホルムアミド | Sigma Aldrich | 319937 | DMF |
| Dithiothreitol | Bio-Rad | 161-0611 | DTT |
| dNTP | EMD Millipore | 71004 | 部位特異的変異導入用 |
| Dpn I 酵素 | Stratagene | 200519-53 | 部位特異的変異導入用 |
| ドライストリップカバー液 | GE Healthcare Life Sciences | 17-1335-01 | 鉱物油として使用 |
| EDTA | J.T. Baker | 4040-03 | |
| EGTA | アクロス オーガニックス | 409910250 | |
| エッペンドルフ 真空濃縮器 | フィッシャー・サイエンティフィック | 07-748-13 | 真空遠心分離濃縮器として使用 |
| フルオロマウントG | サザン・バイオテック | 0100-01 | アンチフェードマウントソリューション |
| フォルテッサ・フローサイトメーター | BDバイオサイエンス | 649908 | 細胞周期用EdU標識による分析 |
| Histone H1 | Calbiochem | 382150 | in vitroキナーゼアッセイ用 |
| QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | アガロースゲルからDNA断片を精製するため |
| Immobiline DryStrip Gels | GE Healthcare Life Sciences | 18-1016-61 | IEF(等電点電気泳動)ストリップ |
| 固定化グルタチオン | Thermo Scientific | 15160 | グルタチオン-アガロースビーズ |
| ヨードアトアミド | Sigma Aldrich | I1149 | IAA |
| IPGphor 3 等電点集型装置 | GE Healthcare Life Sciences | 11-0033-64 | IPGphor ストリップホルダー |
| イソプロピル-b-D-チオ-ガラクトピラノシド | RPI Corp | 156000-5.0 | IPTG |
| ロイペプチン | Sigma Aldrich | L9783 | 細胞溶解バッファー用 |
| リポフェクタミン 2000 | Life Technologies | 11668027 | トランスフェクション試薬 |
| リジン | Sigma Aldrich | L5501 | CyDye 標識用 |
| リゾチーム | EMD Chemicals | 5960 | |
| Mitoctracker 赤/緑 | Invitrogen | M7512/M7514 | ミトコンドリア蛍光色素 |
| MOPS | EMD Chemicals | 6310 | |
| pEGFP-N1 | Clonetech | 6085-1 | GFP発現ベクター |
| Pfu | Stratagene | 600-255-52 | |
| pGEX-5X-1 | GEヘルスケアライフサイエンス | 28-9545-53 | GST発現ベクター |
| フェニルメチルスルホニルフッ化物 | シェルトンサイエンティフィック | IB01090 PMSF | |
| リン酸緩衝生理食塩水 | ライフサイエンステクノロジー | ズ 14040 | PBS |
| Spectra/Por 4透析チューブ | Spectrum Labs | 132700 | 透析用多孔質膜チューブとして |
| Pro-Q ダイヤモンドリン酸化タンパク質ゲル染色 | ライフテクノロジー | ズ P-33300 | 2Dゲル上のリン酸化タンパク質の染色用 |
| プロテイナーゼ阻害剤 カクテル | カルバイオケム | 539134 | 細胞溶解バッファー用 |
| QuikChange部位特異的突然変異導入キット | Stratagene | 200519-5 | |
| QIAprep Spin Miniprep Kit | Qiagen | 27104 | MiniPrep プラスミド単離キット |
| RO-3306 | Alexis Biochemicals | 270-463-M001 | Cdk1阻害剤 |
| ロテノン | MP Biomedicals 150154 | Complex I阻害剤 | |
| 炭酸ナトリウム | フィッシャーサイエンティフィック | S93359 | |
| 塩化ナトリウム | EMDケミカルズ | SX0420-5 | 細胞溶解バッファー用 |
| オルトバナジン酸ナトリウム | MP Biomedicals | 159664 | 細胞溶解バッファー用 |
| ピロリン酸ナトリウム十水和物 | Alfa Aesar | 33385 | 細胞溶解バッファー用 |
| ナトリウム &β;-グリセロリン酸 | Alfa Aesar | L03425 | 細胞溶解バッファー用 |
| SpectraMax M2e | モレキュラーデバイス | M2E | マイクロプレートリーダー |
| ショ糖 | フィッシャーサイエンティフィック | 57-50-1 | |
| ティッシュグラインダー 乳棒 | キンブルチェイス | 885301-0007 | ミトコンドリア分離用 |
| ティッシュグラインダーチューブ | キンブルチェイス | 885303-0007 | ミトコンドリア分離用 |
| トリクロロ酢酸溶液 | シグマ アルドリッチ | T0699 | TCA |
| Tris | MP Biomedicals | 103133 | |
| Triton-x-100 | Teknova | T1105 | |
| Trypsin | Calbiochem | 650211 | |
| Typhoon Imager | GE Healthcare Life Sciences | 28-9558-09 | レーザーゲルスキャナー 2D-DIGE |
| Ubiquinone | Sigma Aldrich | C7956 |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。