여기에서는 면역블로팅을 통해 세포외 소포체(EV)에서 자가포식 마커 LC3-II 수준을 간결하게 평가하는 방법론을 제시합니다. EV에서 LC3-II 수준, 자가리소좀 형성 및 오메가솜 형성에 대한 분석은 자가포좀-리소좀 융합이 억제될 때 LC3-II 양성 EV의 방출에서 STX6의 새로운 역할을 시사합니다.
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여기에서는 면역블로팅을 통해 세포외 소포체(EV)에서 자가포식 마커 LC3-II 수준을 간결하게 평가하는 방법론을 제시합니다. EV에서 LC3-II 수준, 자가리소좀 형성 및 오메가솜 형성에 대한 분석은 자가포좀-리소좀 융합이 억제될 때 LC3-II 양성 EV의 방출에서 STX6의 새로운 역할을 시사합니다.
(매크로)자가포식은 근본적인 세포 분해 경로를 나타냅니다. 이 과정에서 자가포식소체(autophagosome)로 알려진 이중막 소포(double-membraned vesicles)가 세포질 내용물을 집어삼키고, 이후 리소좀(lysosome)과 융합하여 분해됩니다. 자가포식 관련 유전자는 일반적인 역할 외에도 염증 분자, 조직 복구 인자, 세포외 소포체(EV)의 방출과 관련된 분비 경로를 조절합니다. 특히, 특히 뇌와 척수에 영향을 미치는 신경퇴행성 질환에서 세포 간에 병리학적 단백질을 전파하는 과정은 이 현상을 이해하는 것의 중요성을 강조합니다. 최근 연구에 따르면 근위축성 측삭 경화증 및 전두측두엽 변성의 핵심 원인인 전이 반응 DNA 결합 단백질 43kDa(TDP-43)는 특히 자가포식체-리소좀 융합이 억제될 때 자가포식 마커 미세소관 관련 단백질 1A/1B 경쇄 3B-II(LC3-II)가 풍부한 EV를 통해 자가포식 의존적 방식으로 방출됩니다.
LC3-II 양성 EV의 형성 및 방출의 기전을 규명하기 위해서는 세포 내 및 세포 외 LC3-II 양성 소포를 평가하기 위한 접근 가능하고 재현 가능한 방법을 확립하는 것이 필수적입니다. 이 연구는 차등 원심분리를 통해 얻은 세포 및 EV 분획에서 면역블로팅을 통해 LC3-II 수준을 평가하기 위한 자세한 프로토콜을 제시합니다. 자가포식소체-리소좀 융합 억제제인 바필로마이신 A1(Baf)은 세포내 및 세포외 LC3-II 양성 소포의 수준을 향상시키는 양성 대조군 역할을 합니다. 종양 감수성 유전자 101(TSG101)은 다낭체의 마커로 사용됩니다. 이 프로토콜을 적용하면 산발성 크로이츠펠트-야콥병의 유전적 위험 인자인 syntaxin-6(STX6)의 siRNA 매개 knockdown이 Baf로 처리된 세포의 EV 분획에서 LC3-II 수준을 증가시키지만 TSG101 수준에는 유의한 영향을 미치지 않는 것으로 입증되었습니다. 이러한 발견은 STX6가 특히 자가포식체-리소좀 융합이 손상된 조건에서 EV를 통한 LC3-II의 세포외 방출을 부정적으로 조절할 수 있음을 시사합니다. 자가포식을 평가하기 위한 확립된 방법과 결합된 이 프로토콜은 LC3-II 양성 EV의 형성 및 방출에서 특정 분자의 역할에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다.
트랜스활성화 반응 DNA 결합 단백질 43(TDP-43)은 세포 생존에 필수적인 엑손 스플라이싱, 유전자 전사 및 mRNA 안정성 조절에 관여하는 널리 발현되는 이질적인 핵 리보핵단백질입니다 1,2. 근위축성 측삭 경화증(ALS) 및 전두측두엽 변성(FTLD)과 같은 신경 퇴행성 질환에서는 핵 단백질 TDP-43이 세포질에 비정상적으로 축적됩니다. 이러한 변화는 핵에서 TDP-43 기능의 상실과 세포질에서 독성 기능 이득을 초래합니다. TDP-43의 병리학적 축적은 뇌와 척수의 특정 영역에서 시작되어 프리온과 같은 방식으로 이 영역을 통해 퍼져나가는데, 이는 질병 진행과 밀접한 관련이 있는 과정이다3. 그러나 TDP-43 병리가 뇌와 척수를 통해 퍼지는 정확한 메커니즘은 아직 알려져 있지 않습니다.
TDP-43은 세포외 소포체(EV)를 통해 분비되며, ALS 및 FTLD-TDP 환자의 혈장 및 뇌척수액(CSF)에서 TDP-43 수치가 상승하는 것이 감지됩니다 4,5,6. ALS 및 FTLD로 진단된 환자의 뇌척수액은 인간 신경교종 세포에서 내인성 TDP-43의 세포 내 오국소화 및 응집을 유도한다7. 따라서, EV를 통해 세포 외로 방출되는 TDP-43은 TDP-43 병리의 세포 간 확산을 매개할 수 있다.
자가포식(autophagy)은 잘 보존된 세포 분해 기전으로, LC3로 표시된 자가포식체(autophagosome)로 알려진 이중막 소포체(double-membrane vesicles) 내에 원치 않는 물질을 포함하는 것입니다. 이 자가포식체는 리소좀 관련 막 단백질 1(LAMP1) 양성 리소좀과 융합하여 자가리소좀(LC3+/LAMP1+)을 형성하여 함량을 저하시킵니다8. 조직학적 분석에 의하면 내포물을 둘러싸고 있는 자가포식체(autophagosome)가 산발적인 ALS 환자의 뉴런에 축적되는 것으로 나타났다9. 가족성 ALS 및 FTLD-TDP의 일부 원인 유전자는 자가포식 10,11,12의 조절과 관련이 있습니다. 이러한 결과는 ALS 및 FTLD-TDP 환자에서 자가포식이 억제됨을 시사합니다.
이전 연구는 TDP-43이 자가포식소체-리소좀 융합이 억제될 때 자가포식 마커 LC3-II에 양성인 EV를 통해 분비된다는 것을 나타냈다13. 자가포식-리소좀 경로의 조절 장애는 TDP-43의 세포 내 축적뿐만 아니라 EV를 통한 TDP-43의 세포 외 방출을 유발할 수 있다14. 그러나 LC3-II 양성 EV가 어떻게 방출되는지, 그리고 이것이 TDP-43 병리학의 확산에 얼마나 중요한지는 아직 알려지지 않았습니다.
EV는 세포 표면의 발아로 생성되는 대형 EV(직경 100-1000nm)와 엔도솜(엑소좀이라고 함) 및 Golgi apparatus의 내부를 향한 엔도솜 막의 발아에서 생성되는 소형 EV(직경 50-150nm)로 분류됩니다. 대형 EV와 소형 EV를 별도로 수집하기 위해 순차적 원심분리를 수행하고 각각 20,000 × g 및 110,000 × g에서 원심분리로 펠릿을 수집합니다. P1 EV 분획(20,000 × g 펠릿)은 대형 EV를 수집하기 위해 제조되고, P2 EV 분획(110,000 × g 펠릿)은 소형 EV(15)를 수집하기 위해 제조된다. 면역블로팅에 의한 순차적 원심분리에서 파생된 대형 및 소형 EV에서 LC3-II 수준을 평가하는 방법론은 안정적이고 재현성이 있습니다16. EV의 LC3-II 수준을 분석하는 것 외에도 자가포식 및 오메가솜 형성을 분석하면 자가포식 조절 장애가 어떻게 LC3-II 양성 EV의 방출로 이어지는지에 대한 이해를 높일 수 있습니다. 여기에서, 본 연구는 자가포좀-리소좀 융합이 억제될 때 LC3-II 양성 EV의 방출에서 표적 막(17)으로의 수송 소포의 이동을 촉진하는 SNARE 단백질인 syntaxin 6(STX6)의 억제 역할을 보여줍니다.
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1. HeLa 세포의 배양 배지에서 세포, P1 및 P2 EV 분획의 준비
2. 면역블로팅 분석
3. 자가포식소체(autophagosome)와 자가리소좀(autolysosome)의 수 분석
4. 오메가솜 형성 분석
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이전 연구에서 나타난 바와 같이, Baf 처리는 EV가 풍부한 분획에서 TSG101(P1: P < 0.01, P2: P = 0.012, EZR19에서 양방향 ANOVA로 결정) 및 LC3-II(P1: P < 0.01, P2: P < 0.01, EZR19의 양방향 ANOVA에 의해 결정됨)의 수치를 증가시켰다. 특히, Baf 처리는 EV 분획에서 STX6(P1: P < 0.01, P2: P < 0.01, EZR19의 양방향 ANOVA에 의해 결정됨)를 증가시켰으며, 이는 STX6가 EV의 구성 요소일 수 있음을 시사합니다. 증식하는 세포 핵 항원(PCNA)은 EV 분획에서 관찰되지 않았습니다. 세포 분획에서 STX6의 면역블로팅(Immunoblotting)은 siRNA knockdown으로 STX6 수준이 절반으로 감소한 것...
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면역블로팅 연구에서는 세포 분획, 미세소포가 풍부한 P1 EV 분획, 엑소좀이 풍부한 P2 EV 분획에서 LC3-II 및 TSG101 수치가 밝혀졌습니다. 자가포식체(autophagosome), 자가리소좀(autolysosome) 및 오메가솜(omegasome)을 검사하기 위해 생세포 이미징을 사용하여 STX6 knockdown이 자가포식에 영향을 미치는지 여부에 대한 통찰력을 제공했습니다. 이러한 결합된 결과는 STX6 knockdown이 LC3-II 양성 EV의 방출에 영향을 미치며, 이는 잠재적으로 자가포식 경로의 조절 장애와 관련이 있음을 시사합니다. 이 방법의 주요 장점은 서로 다른 소스에서 생산된 대형 EV와 소형 EV를 구별할 수 있다는 것입니다. 미세소포, 엑소좀 또는 골지체에 대한 특정 마커를 사용한 유세포 분석 분석은 STX6 knockdown이 LC3-II 양성 소포의 방출에 어떤 영향을 미치는지 더욱...
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저자는 이 기사의 내용과 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 연구는 일본 과학 진흥 협회 KAKENHI [보조금 번호 23K06837](일본 도쿄)와 다케다 과학 재단(일본 오사카)의 Y.T.에 대한 자금 지원으로 이루어졌습니다. 저자들은 HeLa 세포를 공급한 David C. Rubinsztein 박사(영국 케임브리지 케임브리지 의학 연구소)에게 감사를 표합니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
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