ここでは、イムノブロッティングにより細胞外小胞(EV)中のオートファゴソームマーカーLC3-IIレベルを簡潔に評価するための方法論を紹介します。EVのLC3-IIレベル、オートリソソーム形成、オメガソーム形成の解析により、オートファゴソーム-リソソーム融合が阻害された場合のLC3-II陽性EVの放出におけるSTX6の新たな役割が示唆されました。
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ここでは、イムノブロッティングにより細胞外小胞(EV)中のオートファゴソームマーカーLC3-IIレベルを簡潔に評価するための方法論を紹介します。EVのLC3-IIレベル、オートリソソーム形成、オメガソーム形成の解析により、オートファゴソーム-リソソーム融合が阻害された場合のLC3-II陽性EVの放出におけるSTX6の新たな役割が示唆されました。
(マクロ)オートファジーは、基本的な細胞分解経路を表しています。このプロセスでは、オートファゴソームとして知られる二重膜小胞が細胞質内容物を飲み込み、その後リソソームと融合して分解します。オートファジー関連遺伝子は、標準的な役割を超えて、炎症性分子、組織修復因子、および細胞外小胞(EV)の放出を含む分泌経路も調節します。特に、特に脳や脊髄に影響を与える神経変性疾患において、細胞間で病理学的タンパク質を播種するプロセスは、この現象を理解することの重要性を強調しています。最近の研究では、筋萎縮性側索硬化症および前頭側頭葉変性症の主要なプレーヤーであるtransactive response DNA-binding protein 43 kDa(TDP-43)は、オートファゴソームマーカー微小管関連タンパク質1A/1B軽鎖3B-II(LC3-II)が豊富なEVを介してオートファジー依存的に放出されることが示唆されています。
LC3-II陽性EVの形成と放出のメカニズムを解明するためには、LC3-II陽性小胞の細胞内および細胞外を問わず、利用可能で再現性のある評価法を確立することが不可欠です。この研究では、示差遠心分離によって得られた細胞画分およびEV画分におけるイムノブロッティングによるLC3-IIレベルを評価するための詳細なプロトコルを示しています。バフィロマイシンA1(Baf)は、オートファゴソーム-リソソーム融合の阻害剤であり、細胞内および細胞外のLC3-II陽性小胞のレベルを高めるためのポジティブコントロールとして機能します。腫瘍感受性遺伝子101(TSG101)は、多胞体のマーカーとして使用されます。このプロトコルを適用すると、散発性クロイツフェルト・ヤコブ病の遺伝的危険因子であるシンタキシン-6(STX6)のsiRNA媒介ノックダウンが、Bafで処理された細胞のEV画分のLC3-IIレベルを増強する一方で、TSG101レベルに有意な影響を示さないことが実証されています。これらの知見は、STX6が、特にオートファゴソーム-リソソーム融合が損なわれている条件下で、EVを介したLC3-IIの細胞外放出を負に制御する可能性があることを示唆しています。このプロトコールは、オートファジーを評価するための確立された方法と組み合わせることで、LC3-II陽性EVの形成と放出における特定の分子の役割に関する貴重な洞察を提供します。
トランス活性化応答DNA結合タンパク質43(TDP-43)は、細胞の生存に不可欠なエクソンスプライシング、遺伝子転写、およびmRNAの安定性の調節に関与する、広く発現する不均一な核リボ核タンパク質です1,2。筋萎縮性側索硬化症(ALS)や前頭側頭葉変性症(FTLD)などの神経変性疾患では、核タンパク質TDP-43が細胞質に異常に蓄積します。このシフトにより、核内のTDP-43機能が失われ、細胞質内で毒性のある機能獲得が起こります。TDP-43の病理学的蓄積は、脳と脊髄の特定の領域で始まり、プリオン様でこれらの領域に広がり、疾患の進行と密接に関連するプロセスです3。しかし、TDP-43の病状が脳や脊髄に広がる正確なメカニズムは不明のままです。
TDP-43は細胞外小胞(EV)を通じて分泌され、ALSおよびFTLD-TDP患者の血漿および脳脊髄液(CSF)ではTDP-43の高レベルが検出されます4,5,6。ALSおよびFTLDと診断された患者からのCSFは、ヒト神経膠腫細胞における内因性TDP-43の細胞内局在の誤局在と凝集を誘導します7。したがって、EVを介して細胞外に放出されるTDP-43は、TDP-43の病理の細胞間拡散を媒介する可能性があります。
オートファジーは、LC3によってマークされるオートファゴソームとして知られる二重膜小胞内に不要な物質を囲い込む、保存状態の良い細胞分解メカニズムです。これらのオートファゴソームは、リソソーム関連膜タンパク質1(LAMP1)陽性リソソームと融合してオートリソソーム(LC3+/LAMP1+)を形成し、内容物の分解につながる8。組織学的解析では、封入体を飲み込むオートファゴソームが散発性ALS患者のニューロンに蓄積することが示されている9。家族性ALSおよびFTLD-TDPの原因遺伝子の中には、オートファジーの制御と関連しているものがあります10,11,12。これらの知見は、ALSおよびFTLD-TDP患者においてオートファジーが抑制されることを示唆しています。
これまでの研究では、オートファゴソーム-リソソーム融合が阻害されると、オートファゴソームマーカーLC3-II陽性のEVを介してTDP-43が分泌されることが示された13。オートファジー-リソソーム経路の調節不全は、TDP-43の細胞内蓄積だけでなく、EVを介したTDP-43の細胞外放出も引き起こす可能性がある14。しかし、LC3-II陽性のEVがどのように放出され、これがTDP-43の病状の広がりにどれほど重要であるかは不明のままです。
EVは、細胞表面の出芽から作製する大型EV(直径100〜1000nm)と、エンドソーム膜がエンドソーム(エクソソーム)やゴルジ体内へ出芽して作製する小型EV(直径50〜150nm)に分類されます。大型EVと小型EVを別々に回収するために、逐次遠心分離を行い、それぞれ20,000 × g と110,000 × gで遠心分離によりペレットを回収します。大型EVを回収するためにP1 EV画分(20,000 × g ペレット)を、小型EVを回収するためにP2 EV画分(110,000 × g ペレット)を調製する15。イムノブロッティングによる逐次遠心分離から得られた大型および小型EVのLC3-IIレベルを評価する方法論は安定しており、再現性があります16。EVのLC3-IIレベルの解析に加えて、オートリソソームとオメガソームの形成を解析することで、オートファジーの調節不全がLC3-II陽性EVの放出にどのようにつながるかについての理解が深まります。本研究では、オートファゴソーム-リソソーム融合が阻害された場合にLC3-II陽性EVが放出される際に、輸送小胞の標的膜への移動を促進するSNAREタンパク質であるシンタキシン6(STX6)が抑制的な役割を果たしていることを示している17。
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1. HeLa細胞の培養培地からの細胞、P1、P2 EV画分の調製
2. イムノブロッティング解析
3. オートファゴソームとオートリソソームの数の解析
4. オメガソーム形成の解析
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先行研究で示されたように、Baf処理は、EVリッチ画分においてTSG101(P1:P < 0.01、P2:P = 0.012、EZR19の二元配置ANOVAにより決定)およびLC3-II(P1:P < 0.01、P2:P < 0.01、EZR19の二元配置分散分析によって決定)のレベルを増加させました。特に、Baf処理により、EV分画中のSTX6(P1:P < 0.01、P2:P < 0.01、EZR19の二元配置ANOVAで決定)のレベルも上昇し(図1A)、STX6がEVの成分である可能性が示唆されています。増殖性細胞核抗原(PCNA)は、EV画分では観察されませんでした。細胞画分中のSTX6のイムノブロッティングにより、STX6のレベルはsiRNAノックダウンとともに半分に減少することが明らかになりました(図1B)。 STX6...
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イムノブロッティング試験では、細胞画分、マイクロベシクルリッチP1 EV画分、およびエクソソームリッチP2 EV画分におけるLC3-IIおよびTSG101のレベルが明らかになりました。生細胞イメージングを使用してオートファゴソーム、オートリソソーム、オメガソームを調べ、 STX6 ノックダウンがオートファジーに影響を与えるかどうかについての洞察が得られました。これらの結果から、 STX6 のノックダウンがLC3-II陽性のEVの放出に影響を及ぼし、オートファジー経路の調節不全に関連している可能性があることが示唆されています。この方法の主な利点は、異なる供給元から発生した大型EVと小型EVを区別できることです。微小胞、エクソソーム、またはゴルジ装置の特異的マーカーを用いたフローサイトメトリー解析により、 STX6 ノックダウンがLC3-II陽性小胞の放出にどのように影響するかがさらに明らかになるかもしれません。
しかし、イムノブロッティング研究の限界は、Baf処理...
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著者は、この記事の内容と利益相反がないことを宣言します。
本研究は、日本学術振興会科研費[課題番号23K06837](東京)および武田科学振興財団(大阪)からのY.T.の資金提供を受けて行われました。著者らは、HeLa細胞を提供してくださったDavid C. Rubinsztein博士(ケンブリッジ医学研究所、ケンブリッジ、英国)に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.25 % トリプシン EDTA | 富士フイルム 和光 | 201-16945 | |
| 10 cm ディッシュ | サーモフィッシャー サイエンティフィック | 150464 | |
| 15 mL チューブ | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 339650 | |
| 200 μL ピペットチップ | 日本ジェネティクス | FG-301 | ピペッティング |
| 2-メルカプトエタノール | ナカライ テスク | 21417-52 | ><試料緩衝液 |
| 3,3'-ジアミノベンジジン 四塩酸塩 | ナカライ テスク | 11009-41 | DAB液 |
| 3.5cm皿用材料 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 150460 | |
| 6 cm ディッシュ | TrueLine | TR4001 | |
| アルミブロックサーモスタットバス(乾式温浴) | EYELA | 273860 | |
| 吸引器 | SANSYO | SAP-102 | 吸入液 |
| Avanti JXN-30 | Beckman Coulter | B34193 | |
| Bafilomycin A1 | Adipogen | BVT-0252 | |
| ビオチン標識ヤギ 抗ウサギ IgG 抗体 | ベクター研究室 | BA-1000 | 2nd 抗体 イムノブロッティング用 |
| Biotin-conjugated Horse Antimouse IgG Antibody Vector Laboratories | BA-2000 | 2nd antibody for immunoblotting | |
| Blocking One | Nacalai Tesque | 03953-95 | a material for immunoblotting |
| ブロモフェノールブルー | Nacalai Tesque | 05808-61 | a material for sample buffer solution |
| Calf Serum | cytiva | SH30073.03 | |
| CanoScan LiDE 220 | Canon | CSLIDE220 | Scanner |
| 遠心分離機 5702 R | エッペンドルフ | 5703000039 | |
| 計数スライド デュアルチャンバー | バイオ・ラッド | 1450015J | 細胞計数 |
| デジタル Sonifier 450 | ブランソン | ||
| ジメチル スルホキシド | nacalai tasque | 09659-14 | 車両 |
| DMEM 高グルコース | Nacalai Tesque | 08458-45 | 培養培地 |
| DMEM フェノールレッドなし | ナカライテスク | 08489-45 | 培地 |
| EGTA | 同人堂 | 348-01311 | A68ソリューションの材料 |
| Excel | マイクロソフト | バージョン 16.16.27 | 風刺的分析 |
| EZR | リファレンス No. 24 | バージョン 1.68 | 風刺的分析 |
| FBS | シグマ | 173012 | 培地 |
| フィジー | NIH | 画像分析ツール | |
| グリセロール | ナカライ テスク | 09886-05 | サンプル緩衝液 |
| Hoehst33342 | 同人堂の材料 | H342 | |
| 過酸化水素 | 富士フイルム 和光 | 080-0186 | DAB溶液用材料 |
| キムワイプ S-200 | 日本製紙 クレシア | 62011 | クリーニングワイプ |
| ローリテンションチューブ | 日本ジェネティクス | FG-MCT015CLB | siRNAおよびDNAトランスフェクション |
| LSM780 共焦点レーザー顕微鏡 | カールツァイス | ||
| モノクローナルマウス アンチ-LC3抗体 | MBL | M186-3 | 1st immunoblotting |
| Nickel(II) Chloride Hexahydrate | 富士フイルム 和光 | 149-01041 | DAB溶液材料 |
| N-ラウロイルサルコシンナトリウム塩 | Nacalai Tesque | 20117-12 | |
| Optima XE-90 超遠心分離機 | Beckman Coulter | A94471 | |
| Opti-MEM I Reduced Serum Medium | Thermo FisherScientific | 31985-070 | siRNAおよびDNAトランスフェクション |
| pEGFP-C1-hAtg13 | Addgene | 22875 | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Nacalai Tesque | 26253-84 | 培地 |
| Pierce BCA Protein Assay Kits | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 23225 | |
| ポリクローナルウサギ抗PCNA抗体 | BioAcademia | 70-080 | 1st 抗体イムノブロッティング |
| ポリクローナルウサギ 抗シンタキシン 6 抗体 | プロテインテック | 10841-1-AP | イムノブロッティング用第1抗体 |
| ポリクローナルウサギ 抗TSG101抗体 | プロテインテック | 28283-1-AP | イムノブロッティング用第1抗体 |
| ポリクローナルウサギ 抗ULK1抗体 | プロテインテック | 20986-1-AP | イムノブロッティング用第1抗体 |
| ポリフッ化ビニリデンメンブレン | ミリオーレ | IPVH00010 | 免疫ブロッティング用材料 |
| R | R 開発コアチーム | バージョン 4.4.1 | サティスティカル解析 |
| RNAiMAX | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 13778 | siRNA トランスフェクション試薬 |
| siRNA STX6 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | HSS115604 | トランスフェクション用 siRNA |
| 塩化ナトリウム | ナカライ テスク | 31320-05 | Tris buffer and A68 |
| Dodecyl Sulfate Nadium | Fujifilm Wako | 192-13981 | a material for sample buffer solution |
| SPARK Microplate Reader | TECAN | ||
| Stealth RNAi Negative Control Duplexes, Med GC | Thermo Fisher Scientific | 12935300 | siRNA transfection |
| スクロース | 富士フイルム 和光 | 193-00025 | A68溶液 |
| 用材料 TC20 サーマルプリンター付き自動セルカウンター | Bio-Rad | 1450109J1 | 細胞計数 |
| サーモバス | 東京 リカキカイ | MG-3100 | インキュベーション |
| TransIT-293 | Mirus Bio | MIR 2700 | DNA トランスフェクション試薬 |
| TransIT-LT1 | Mirus Bio | MIR2300 | DNA トランスフェクション試薬 |
| トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン | Nacalai Tesque | 35406-75 | トリスバッファー、サンプルバッファー、A68溶液 |
| トリパンブルー染料 0.40% | Bio-Rad | 1450021 | 細胞計数用 |
| 材料 ウルトラクリアオープントップチューブ、16 x 96mm | ベックマン・コールター | 361706 | P1 EVフラクション |
| ウルトラクリアチューブの収集、14 x 89mm | ベックマン・コールター | 344059 | P2 EVフラクション |
| クタステインABCスタンダードキット | Vector Laboratories | PK-4000 | immunoblotting |
| 洗浄ボトル | 1-4640-02 | 洗浄膜 | |
| μ-スライド 8 ウェル高 | ibidi | 80806 |
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