ホスホイノシチドは、その相対的存在量急速に様々な刺激に応答して変化するシグナル伝達脂質ています。この記事では、代謝的に抽出し、脱アシル化に続いて3 H- ミオ -イノシトールの 、で細胞を標識することによりホスホイノシチドの豊かさを測定する方法について説明します。抽出グリセロinositidesは次に高速液体クロマトグラフィーにより分離し、フローシンチレーションによって定量化されます。
方法論記事
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ホスホイノシチドは、その相対的存在量急速に様々な刺激に応答して変化するシグナル伝達脂質ています。この記事では、代謝的に抽出し、脱アシル化に続いて3 H- ミオ -イノシトールの 、で細胞を標識することによりホスホイノシチドの豊かさを測定する方法について説明します。抽出グリセロinositidesは次に高速液体クロマトグラフィーにより分離し、フローシンチレーションによって定量化されます。
ホスホイノシチド(PtdInsPs)は、特定のエフェクターを動員し、分子の同一性と機能を持つオルガネラを付与する重要なシグナル伝達脂質です。7つのPtdInsPはそれぞれ、その分布と存在量が異なり、特定のキナーゼとホスファターゼによって厳密に制御されています。PtdInsPの存在量は、さまざまなシグナル伝達イベントや調節機構の擾乱に応じて急激に変化する可能性があります。これらのイベントがどのようにPtdInsPの量の変化につながり、その結果としての影響をもたらすかを理解するには、シグナル伝達イベントの前後、または制御状態と異常状態の間のPtdInsPレベルを定量化することが重要です。しかし、存在量と類似性が低いため、各PtdInsPの相対的な量を定量化することは困難な場合があります。この記事では、PtdInsPに組み込まれている3つのH-ミオイノシトールで細胞を代謝的に標識することにより、PtdInsPレベルを定量化する方法について説明します。その後、リン脂質を沈殿させ、脱アシル化します。得られた可溶性の3H-グリセロ-イノシチドをさらに抽出し、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で分離し、フローシンチレーションによって検出します。酵母サンプルの標識と処理、およびHPLCとフローシンチレータの機器のセットアップについて詳しく説明します。アシル鎖含量に関する構造情報は失われますが、この分析法は感度が高く、細胞内の7つのPtdInsPすべてを同時に定量するように最適化できます。
ホスホイノシチド(PtdInsPs)は、シグナル伝達、膜輸送、遺伝子発現など、さまざまな細胞機能の調節を助ける重要なシグナル伝達リン脂質であり、細胞分裂、オルガネラ同一性、代謝活性などの高次細胞の振る舞いを調節します1-3。親リン脂質であるホスファチジルイノシトール(PtdIns)のイノシトールヘッドグループの3、4、および/または5位のリン酸化に由来するPtdInsPには7つの種があります。重要なことに、7つのPtdInsPは不均等に分布しており、各PtdInsP種の局所濃度は、それらが異なるタンパク質エフェクターのセットに結合する特定の細胞内部位で増加または減少する可能性があり、これにより、各PtdInsPがその宿主膜の同一性と機能を制御することができます3,4。さらに、各PtdInsPのレベルは、PtdInsPによって生成される信号強度に大きな影響を与える可能性があるため、厳密に制御する必要があります。各PtdInsPの局在とレベルは、各PtdInsPの合成と代謝回転を媒介する多数の脂質キナーゼ、ホスファターゼ、およびホスホリパーゼの標的化と活性に依存します3,4。したがって、PtdInsP調節機構の誤った制御は細胞機能を混乱させ、癌や変性疾患などの疾患につながる可能性があります2,5,6。PtdInsPとその制御機構の役割と機能を完全に理解するために、PtdInsPを追跡および定量するための顕微鏡ベースおよび生化学ベースの技術が開発されました。
多くの場合、PtdInsPsは特定のタンパク質ドメイン7-9を介してタンパク質エフェクターに結合します。これらのタンパク質モジュールは、タンパク質全体とは別に発現した場合、多くの場合、適切なフォールドおよび脂質認識特性を保持します。これにより、特定のPtdInsP結合タンパク質ドメインを緑色蛍光タンパク質(GFP)のような蛍光タンパク質(FP)に融合させることにより、顕微鏡によるPtdInsPの細胞内検出が可能になりました。実際、多くの研究がFP融合PtdInsP結合タンパク質モジュールを使用して、生細胞イメージングによって特定のPtdInsP種の局在と動態を同定しています1,10。例えば、GFPに融合したホスホリパーゼC δ1(PLCδ1)のプレクストリン相同性(PH)ドメインは、原形質膜上のホスファチジルイノシトール-4,5-ビスリン酸[PtdIns(4,5)P2]を特異的に認識しますが、初期エンドソーム抗原1(EEA1)のFYVEドメインのタンデムコピーは、エンドソーム10-13上のホスファチジルイノシトール-3-リン酸(PtdIns3P)を追跡するために使用されています.全体として、顕微鏡法に基づく技術は、PtdInsPの局在とダイナミクスを視覚化するのに最適ですが、PtdInsP結合ドメインが標的PtdInsP分子種以外の他の因子とも相互作用する可能性があることや、FPプローブの細胞質蛍光より下の変化を検出できないことなど、いくつかの注意点があります。
各PtdInsP14-16のレベルを特徴付け、定量化するために、薄層クロマトグラフィー、質量分析、放射性同位元素標識などの生化学的手法も使用することができます。これらの方法では、PtdInsPの細胞レベルを検出するために脂質を単離する必要があります。質量分析は、脂質抽出物からリン脂質を特徴付けるために使用でき、PtdInsPs14,17のアシル鎖組成を決定するために非常に貴重です。しかし、質量分析はほとんどが半定量的であり、同じ分子量のPtdInsP分子種を分離し、同時に定量することは依然として困難です14,17。これに対し、PtdInsPsの放射性同位元素標識とそれに続く高速液体クロマトグラフィー(HPLC)結合フローシンチレーションは、PtdInsPs18の7種すべての分離と同時定量に有用です。強陰イオン交換(SAX)カラムを備えたHPLCを使用すると、分子量、電荷、形状に基づく分離が実現するため、同じ分子量と電荷でも脱アシル化されたPtdInsPs(Gro-InsPs)が分画されます。HPLC溶離液をフローシンチレータに結合すると、元の親グリセロールイノシトール(Gro-Ins)18に対して、各Gro-InsPs分子種について放射性ベースのシグナルピークが生成されます。これは最終的に、細胞内のPtdInsPsの相対レベルに対応します。
PtdInsPの放射性標識とHPLC結合フローシンチレーションは、PtdIns16,19,20の~0.1-0.3%しか構成しないPtdInsPであるホスファチジルイノシトール3,5-ビスリン酸[PtdIns(3,5)P2]の調節と機能を調査するための有用なツールです。PtdIns(3,5)P2の合成は、酵母ではFab1と呼ばれるPtdIns3P 5-キナーゼによって、哺乳類ではPIKfyveによって行われる21。この反応は、酵母ではFig4、哺乳類ではmFig4/Sac3と呼ばれるPtdIns(3,5)P2 5-ホスファターゼによって打ち消されます22-24。興味深いことに、PIKfyve/Fab1とmFig4/Fig4/Sac3はどちらも単一の複合体に存在し、酵母のVac14または哺乳類のmVac14/ArPIKfyveという足場アダプタータンパク質によって制御されています25,26。VAC14欠失酵母細胞では、Fab1は効率的に機能せず、PtdIns(3,5)P2レベル27,28が90%減少します。一方、Atg18は、液胞分裂を制御する可能性のあるPtdIns(3,5)P2エフェクタータンパク質である29。Atg18は、その遺伝子であるATG18の欠失によりPtdIns(3,5)P2レベル29,30が10〜20倍に増加するため、PtdIns(3,5)P2の負の調節因子でもあります。全体として、PtdIns(3,5)P2のレベルの変化は、酵母液胞および哺乳類リソソームの機能に深刻な影響を及ぼし、その結果、膜輸送、ファゴソーム成熟、オートファジーおよびイオン輸送などのプロセスに影響を与える6,19,21,31。
この記事では、野生型、vac14Δ、およびatg18Δ酵母株のPtdIns(3,5)P2の相対レベルを検出するために、酵母中の3H-ミオイノシトールによるPtdInsPの放射性同位体標識のプロセスについて説明します。これを例にとると、個々のPtdInsPの分離に対するHPLCの分離能と、微量の3H-ミオイノシトールを検出するためのフローシンチレーションの感度を示します。また、哺乳類細胞から3つのH標識PtdInsPを標識して分離するための方法論を最適化する方法についても詳しく説明します。これらの細胞は7つのPtdInsP種すべてを持っているため、サンプルはより複雑になる傾向があります。
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注:テキストは、以下に詳細に酵母でPtdInsPsを測定する方法について説明します。これは、3 H- ミオ -イノシトールの 、脂質を抽出し、脱アシル化及び脱アシル化PtdInsPsを分別し、定量化するためのHPLC溶出プロトコルで標識する酵母細胞のための実験の詳細を提供します。最適化と長いHPLC溶出プロファイルを必要とする哺乳動物細胞におけるPtdInsPsのラベリング、脱アシル化、解像度および定量に注意してください。我々は議論中の側面のいくつかを議論してもこれらの詳細は、他の場所で見つけることができます。全体的に、脂質を抽出しアシル基を除去すると、酵母から水溶性GRO-InsPsを抽出する方法が与えられ、 図1に示されています。
酵母におけるラベル付けとの解析法PtdInsPs 1.プロトコル
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この方法を用いて、酵母PtdInsPsは、代謝的に3 H- ミオ -イノシトールを用いて標識しました。標識後、リン脂質は、リン脂質脱アシル化し、水溶性GRO-InsPs( 図1)を抽出し、過塩素酸を用いて沈殿させました。この段階では、それはのPtdIns(3,5)P 2のような非常に低存在量PtdInsPsために十分な信号対雑音比を確保するために、液体シンチレーションによって抽出されたGRO-InsPsに関連付けられた総放射活性シグナルを定量化することが重要です。 5から10000000のCPMの合計を注入する必要があります。酵母細胞は、わずか4 PtdInsPsを示すので( 図2)に記載のように、分解能は1時間の溶出法を用いて達成することができます。
ここでは、野生型、ΔとΔvac14酵...
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この記事では、酵母からHPLC結合フローシンチレーションによりPtdnsPsの細胞レベルを定量化するために必要な実験プロトコルの詳細について説明します。方法論は、脂質処理、水溶性3 H-GRO-InsPs、HPLC分画と分析を抽出した3 H- ミオ -イノシトールとPtdInsPsの代謝標識を可能にします。 PtdInsについて示されているように、この方法を用いて、種々の条件下での細胞におけるPtdInsPsの相対的レベルは、定量することができる(3,5)は、野生型、vac14の D及びD atg18酵母細胞におけるP 2( 図4)。
結果を最適化および/またはトラブルシューティングするために行うことができます重要なステップや修正がいくつかあります。 PtdInsPsの信頼できる定量化を達成するための最も重要なパラメータの一つは、全放射能の信号レベルです。一般的に、HPLCに3から5000000カウントを注入することは、多くの場合...
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
C.Y.H. は、オンタリオ州政府からのオンタリオ大学院奨学金によって支援されました。この記事は、R.J.B.がNatural Sciences and Engineering Research Council、Canada Research Chairs Program、およびRyerson Universityから資金提供を受けて作成されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1-ブタノール | バイオベーシック | BC1800 | 試薬グレード |
| リン酸アンモニウム 二塩基性 | バイオショップ | APD001 | ACS グレード |
| 硫酸アンモニウム | バイオベーシック ADB0060 | ウルトラピュアグレード | |
| オートサンプラー | アジレント | G1329B | アジレント 1260 インフィニティ シリーズ |
| ビオチン | シグマ | B4501 | |
| ホウ酸 | Biobasic | BB0044 | 分子生物学グレード |
| 塩化カルシウム | Biobasic | CT1330 | 無水、工業グレード |
| パントテン酸カルシウム | Σ | C8731 | |
| 硫酸銅(II) | Σ | 451657 無水 | |
| D-グルコース | Biobasic | GB0219 | 無水、バイオテクノロジーグレードの |
| ダルベッコの改造イーグルのミディアム | ライフ | 11995-065 | 4.5 g / Lグルコース、110 mg / Lピル酸、L-グルタミン |
| ダルベッコのイーグルズミディア | MPバイオメディカル | 0916429 | 4.5 g / Lグルコース、L-グルアットミンなし、イノシトールなし |
| EDTA | Biobasic | EB0107 | アシッドフリー、超高純度グレードの |
| エチルエーテル | Caledon labs | 1/10/4700 | 無水、試薬グレード |
| ギ酸エチル | グマ | 112682 | 試薬グレード |
| シ胎児血清 | Wisent | 080-450 | 米国原産、プレミアム品質、熱不活化 |
| ウシ胎児血清、透析 | 寿命 | 26400044 | US起源 |
| FlowLogic U | LabLogic Systems Ltd | SG-BXX-05 | フローシンチレーション用シンチレーション液 |
| 葉酸 | バイオベーシック | FB0466 | USP グレード |
| HEPES 緩衝液 | 寿命 | 15630080 | 1 M 溶液 |
| イノシトール、Myo-[2-3H(N)] | パーキン エルマー | NET114005MC | 9:1 エタノールから水へ |
| インスリン-トランスフェリン-セレン-エタノールアミン | 寿命 | 51500056 | 100x 溶液 |
| 塩化鉄(III) | シグマ | 157740 | 試薬グレード |
| ローラ - クロマトグラフィーデータ収集および分析ソフトウェア | LabLogic Systems Ltd | バージョン 4.2.1.18 | フローシンチレータソフトウェア |
| L-グルタミン | Sigma | G7513 | 200 mM、溶液、滅菌ろ過、BioXtra、細胞培養に適しています |
| 塩化マグネシウム | Sigma | M8266 | 無水 |
| 硫酸マンガン | Biobasic | MB0334 | 一水和物、ACSグレード |
| メタノール | Caledon labs | 6701-7-40 | HPLCグレード |
| メチルアミン溶液 | Sigma | 426466 | 40% (v/v) |
| リン酸 | 一カリウムBiobasic | PB0445 | 無水、ACS グレード |
| ニコチン酸 | Biobasic | NB0660 | 試薬グレード |
| OpenLAB CSD ChemStation | アジレント | Rev. C.01.03 | HPLCソフトウェア |
| p-アミノ安息香酸(PABA) | Bioshop | PAB001.100 | 遊離酸 |
| ペニシリン-ストレプトマイシン | Sigma | P4333 | 100X、液体、安定化、滅菌ろ過、細胞培養試験 |
| 過塩素酸 | シグマ244252 | ACS試薬、70% | |
| PhenoSpher SAXカラム | Phenomenex | 00G-315-E0 | 5 µm, 80 Å, 250 x 4.6 mm |
| リン酸 | Caledon labs | 1/29/8425 | 試薬グレード |
| 塩化カリウム | バイオベーシック | PB0440 | ACSグレード |
| ヨウ化カリウム | バイオベーシック | PB0443 | ACSグレード |
| 塩酸ピリドキシン | シグマ | P9755 | |
| クオータナリーポンプ | アジレント | G1311C | アジレント 1260インフィニティシリーズ |
| リボフラビン | バイオショップ | RIB333.100 | USPグレード |
| 塩化ナトリウム | バイオベーシック | DB0483 | バイオテクノロジーグレード |
| モリブデン酸ナトリウム | シグマ | 243655 | |
| サーモスタット付きカラムコンパートメント | アジレント | G1316A | アジレント 1260 インフィニティシリーズ |
| チアミン塩酸塩 | シグマ | T4625 | 試薬グレード;0.02%(W / V)の溶液を作り、懸濁液を形成します。アリコートを混ぜて凍結 |
| ウルティマゴールド | パーキンエルマー | 6013321 | 数える液体シンチレーション用シンチレーションコクテール |
| バイオベーシック | ZB2906 | 水和物、試薬グレード | |
| &ベータ;-RAM 4 | IN/USシステム | モデル4 | フローシンチレータ - 500 & マイクロ;lフローセル;代替ラジオマティックフローシンチレータアナライザー パーキン・エルマー |
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