LC3 면역블롯팅은 오토파지를 모니터링하는 데 널리 사용되는 방법이지만 세심한 최적화가 필요합니다. 본 프로토콜은 KPC 유래 췌장암 세포에서 LC3-II를 검출하고 정량화하기 위한 견고한 접근 방식과 주요 기술적 고려 사항, 그리고 Fiji를 이용한 밀도 분석의 표준화된 워크플로우를 설명합니다.
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방법 논문
LC3 면역블롯팅은 오토파지를 모니터링하는 데 널리 사용되는 방법이지만 세심한 최적화가 필요합니다. 본 프로토콜은 KPC 유래 췌장암 세포에서 LC3-II를 검출하고 정량화하기 위한 견고한 접근 방식과 주요 기술적 고려 사항, 그리고 Fiji를 이용한 밀도 분석의 표준화된 워크플로우를 설명합니다.
자가포식(Autophagy)은 췌장관 선암종(PDAC)에서 종양 진행, 스트레스 적응 및 치료 저항성에 기여하며 복잡한 역할을 수행합니다. 따라서 자가포식소(autophagosomal) 역동성을 정확하게 평가하는 것은 암 생물학 연구에 필수적입니다. 사용 가능한 방법 중, microtubule-associated protein light chain 3 (LC3)의 면역블롯팅은 세포질 형태(LC3-I)와 지질화되어 자가포식소와 결합된 형태(LC3-II)를 구분함으로써 자가포식소 역동성을 모니터링하는 데 널리 사용됩니다. 하지만 LC3의 낮은 분자량과 이들 이소형(isoform) 간의 전기영동 이동도 차이가 매우 적다는 점은 세심한 최적화가 필요한 기술적 어려움을 야기합니다. 본 논문에서는 KPC 유래 마우스 췌장암 세포에서 웨스턴 블롯을 통해 LC3-II 수준을 반정량적으로 분석하기 위한 재현 가능한 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 LC3 이소형의 신뢰할 수 있는 분리와 검출을 보장하기 위해 세포 용해, 전기영동, 단백질 이동 및 항체 기반 검출에 최적화된 조건을 포함합니다. 또한, Fiji (ImageJ)를 이용한 LC3-II 밴드의 밀도 분석을 위한 표준화된 워크플로우를 제공합니다. 본 방법의 민감도는 자가포식 유도 조건(gemcitabine 처리) 및 자가포식 흐름(autophagic flux) 저해 조건(VMP1 knockdown)에서 증가된 LC3-II 수준의 검출을 통해 입증되었습니다. 용해 버퍼 조성 및 항체 특이성을 포함하여 데이터 해석에 영향을 미치는 주요 기술적 매개변수와 일반적인 실험적 오류 또한 함께 검토되었습니다. LC3 면역블롯팅만으로는 자가포식 흐름을 완전히 정의하기에 불충분하지만, 보완적인 분석법과 결합하면 자가포식 활성을 모니터링하기 위한 강력하고 접근 가능한 접근 방식을 제공합니다. 이 프로토콜은 다른 실험적 상황에도 적용 가능하여, 암 모델에서 자가포식의 메커니즘 연구를 용이하게 할 수 있습니다.
거대 자가포식(Macroautophagy, 이하 자가포식으로 지칭)은 세포가 단백질과 기능 이상 소기관을 포함한 세포질 물질을 분해하는 조절된 분해 경로입니다. 자가포식의 특징은 오토파고좀(autophagosome)이라고 알려진 이중막 구조의 형성으로, 이는 세포 내 화물을 격리한 후 분해를 위해 리소좀으로 전달합니다1,2,3. 정상 세포에서 자가포식은 단백질과 소기관의 조절된 회전율(turnover)에 기여하여 산화 스트레스를 제한하고 종양 발생 위험을 낮춥니다. 그러나 암세포에서 이 과정은 높은 대사 수요, 영양 결핍 및 저산소 상태의 조건에서 생존을 지원하기 위해 이용될 수 있습니다. 자가포식은 적대적인 미세환경에 대한 적응을 촉진함으로써, 부분적으로 치료로 인한 세포 손상을 완화하여 화학요법 내성에 기여합니다4,5.
췌장암은 미국 내 암 관련 사망 원인 중 세 번째로 높은 순위를 차지합니다. 췌장암의 약 90%는 췌관선암종(PDAC)으로 분류됩니다. 조기 발견과 치료 기술의 발전으로 환자 생존율이 향상된 다른 여러 악성 종양들과 달리, PDAC의 경우 80% 이상의 사례가 진행된 단계에서 진단됩니다. 이러한 늦은 진단 시점은 공격적인 종양 생물학과 뚜렷한 치료 저항성과 결합되어, 5년 전체 생존율이 약 11%6에 머무르는 결과를 초래합니다.
췌장 특이적 oncogenic Kras 활성화와 Cre recombinase에 의한 Trp53의 조건부 결실을 기반으로 하는 KPC 마우스 모델은 췌관선암의 가장 널리 사용되는 유전자 변형 모델 중 하나입니다. 이 마우스들은 췌장 상피내 종양(PanIN)에서 침습성 암으로 진행하며 인간의 질환과 매우 유사한 종양을 자연적으로 발생시킵니다. 특히, 이 모델은 조밀한 결합조직형 기질과 면역 억제성 종양 미세환경을 포함한 췌장암의 주요 특징들을 그대로 재현합니다. KPC 마우스에서 분리한 종양 세포(KPC 유래 세포)는 원래 종양의 유전적 및 표현형적 특성을 상당 부분 유지하는 보완적인 in vitro 시스템을 제공하여, 기전 연구 및 치료 반응에 대한 통제된 평가를 가능하게 합니다7,8.
VMP1은 Beclin-1과의 상호작용 및 PI3KC3 복합체의 보충을 통해 오토파지를 개시하는 필수적인 오토파지 관련 단백질입니다9,10. 개시 단계 외에도 VMP1은 오토파고솜 형성10, 폐쇄11, 그리고 미토파지12 및 자이모파지13와 같은 선택적 과정 등 오토파지의 여러 단계에 참여합니다. VMP1은 오토파지 흐름 전반에 걸쳐 관여하며, 인지질 스크램블레이스(phospholipid scramblase)로서 추가적인 기능을 수행할 수 있습니다14. 췌장에서 VMP1의 발현은 일반적으로 낮으나, 췌장염 및 종양성 변환을 포함한 스트레스 조건 하에서는 강하게 유도되며, 이때 돌연변이 KRAS 신호 전달의 하위 단계에서 오토파지를 촉진합니다15,16. VMP1은 췌장암에서 과발현되며17, 실험적 마우스 모델을 통해 VMP1 의존적 오토파지가 KRAS와 협력하여 종양 개시 및 PanIN 형성을 촉진한다는 것이 밝혀졌습니다18. 또한, 젬시타빈(gemcitabine)19과 같은 약물에 의해 VMP1이 상향 조절되면 오토파지가 자극되어19 종양 세포의 생존을 지원함으로써17 화학요법 내성에 기여하며, 이는 VMP1의 친종양성 역할을 강조합니다15.
자가포식소체는 자가포식 관련 단백질인 microtubule-associated protein light chain 3 (LC3)의 존재로 특징지어집니다20. 기저 상태에서 LC3는 주로 세포질과 핵 전체에 분포하는 가용성 형태(LC3-I)로 존재합니다. 자가포식이 활성화되면 LC3는 phosphatidylethanolamine과의 결합을 통해 지질화를 거쳐 막 결합 형태인 LC3-II가 됩니다1,21. 이러한 변형으로 인해 LC3-II는 LC3-I보다 분자량이 더 높음에도 불구하고, 소수성이 증가하여 SDS-PAGE 시 더 빠르게 이동합니다. 결과적으로 LC3-I에서 LC3-II로의 전환은 단백질 분해 과정이 아닌 지질화를 반영하며, 일반적으로 LC3-I는 약 16 kDa에서, LC3-II는 약 14 kDa에서 검출됩니다. LC3-II의 수준은 자가포식소체의 풍부함과 상관관계가 있으므로, LC3 면역블롯팅은 자가포식 활성을 모니터링하는 데 널리 사용됩니다22. 따라서 LC3 동역학을 정확하게 평가하는 것은 자가포식 관련 실험 결과를 해석하는 데 필수적입니다.
본 연구에서는 KPC 유래 췌장암 세포주에서 전형적인 LC3 면역블롯 프로토콜의 표준화 및 기술적 최적화 과정을 상세히 다룹니다. LC3는 저분자량 단백질이며, LC3-I과 LC3-II 형태의 전기영동 이동도 차이가 약 2 kDa에 불과하고, LC3-II는 지질화된 종이라는 점 때문에 최적화가 특히 중요합니다21,22. 따라서 절차상의 미세한 차이가 LC3 검출에 영향을 주어 최적이지 않은 결과로 이어질 수 있습니다. 또한, 최적의 면역 반응성을 얻기 위해서는 샘플의 종 기원을 고려하는 것이 중요합니다. 최적화된 프로토콜은 화학요법제인 gemcitabine 처리 후 및 VMP1 녹다운 후의 LC3-II 수준 증가를 검출할 수 있을 만큼 충분한 민감도를 가지며, 이 조건들은 각각 오토파지를 자극하고 오토파지 흐름(autophagic flux)을 저해하는 것으로 알려져 있습니다. 마지막으로, 데이터 품질과 결과 해석에 미치는 영향을 보여주기 위해 두 가지 잠재적인 기술적 함정을 강조합니다. 이 실험 워크플로우의 개요는 그림 1에 예시되어 있습니다.

그림 1: KPC 유래 세포에서의 LC3 면역블롯 프로토콜 모식도.면역블롯팅을 통해 LC3-II 수준을 검출하고 정량화하는 데 사용된 프로토콜의 모식도 개요. KPC 유래 췌장암 세포를 배양하고 실험적 처리를 수행한 후, 세포 용해, 단백질 정량, SDS–PAGE, 막 전이, 항체 기반의 LC3 검출, 화학발광 신호 획득, 그리고 로딩 컨트롤로 정규화한 LC3-II 밴드의 밀도 분석을 진행한다. 이 워크플로우는 LC3 역동성을 신뢰성 있게 평가하는 데 필요한 주요 절차적 단계와 핵심 단계를 강조한다. BioRender.com으로 제작됨. 여기를 클릭하여 이 그림의 더 큰 버전을 확인하십시오.
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동물을 대상으로 하는 모든 절차는 기관 지침에 따라 수행되었으며, 프로토콜 #2019N000111 하에 Massachusetts General Hospital의 기관동물관리사용위원회(IACUC)의 승인을 받았습니다. 본 연구에 사용된 KPC 유래 췌장암 세포주는 이 승인된 프로토콜에 따라 Mostoslavsky 실험실에서 이전에 확립되었습니다. 시약, 화학 물질 및 장비 정보 목록은 재료 표에 제공되어 있습니다.
1. 세포 준비
2. 20 µM gemcitabine 처리
3. 세포 용해물
4. SDS–PAGE 및 Western blot
5. 화학발광 검출
6. Fiji를 이용한 밀도 분석
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본 프로토콜은 다양한 실험 조건에서 KPC 유래 췌장암 세포주의 LC3 역학을 모니터링하기 위한 웨스턴 블로팅 방법을 설명합니다. 이 프로토콜을 통해 LC3와 로딩 컨트롤의 화학 발광 이미지를 생성합니다. 본 연구에서는 actin을 로딩 컨트롤로 사용하였습니다.
본 프로토콜의 두 가지 대표적인 응용 사례가 제시되어 있습니다. 첫째, 대조군 KPC 세포와 gemcitabine 처리 KPC 세포를 비교하였습니다. Gemcitabine은 췌장암 세포에서 자가포식을 유도하는 것으로 이전에 보고된 화학요법 제제입니다19. 그림 2A는 로딩 대조군으로 actin을 사용한 대표적인 LC3 면역블롯 분석 결과를 보여줍니다. Fiji의 밀도 분석(densitometric analysis)을 통해 얻은 정량 결과는 그림 2B에 제시되어 있습니다. L...
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본 논문은 KPC 유래 췌장암 세포에서 고전적인 LC3 면역블롯팅 프로토콜의 기술적 최적화 및 표준화를 설명합니다. 췌장암의 발생 및 진행에서 오토파지와 오토파지 관련 단백질의 역할이 점점 더 중요하게 인식됨에 따라23, 이 표준화된 워크플로우는 LC3 역학을 모니터링하기 위한 신뢰할 수 있는 접근 방식을 제공합니다. 이 프로토콜은 화학 요법, 산화적 스트레스, 저산소증, 소포체 스트레스, 그리고 유전자 과발현, 넉다운, 넉아웃 또는 변이와 같은 유전적 조작을 포함한 다양한 실험 조건 하에서 오토파고좀 풀을 평가하는 데 적용될 수 있습니다. LC3 역학 평가 외에도, 이 프로토콜은 LC3와 관심 단백질 간의 직접적 또는 간접적 상호작용을 조사하도록 조정될 수 있습니다. 예를 들어, 표적 단백질의 면역침전 후 용출액에서 LC3를 검출하는 과정을 이 워크플로우를 사용하여 수행할 수 있습니다. 또한, LC3 면역블롯팅은 췌관 선암종에서 관련성이 높아지고 있는 신흥 분야인 분비성 오토파지 맥락...
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저자들은 이해 상충이 없음을 선언합니다.
This work was supported by grants from the Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) [PIP 2021–2023 GI-11220200101549CO], the Agencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación (Agencia I+D+i) [PICT-2021-I-A-00328], the Universidad de Buenos Aires [UBACyT 2023–2025, 20020220300232BA], and the Fundación Norberto Quirno, Ciudad de Buenos Aires.
The authors gratefully acknowledge The Company of Biologists for financial support through a Traveling Fellowship awarded by Disease Models & Mechanisms. This support contributed to the work arising from the funded visit. Further information about the charity is available at https://www.biologists.com/.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| C-DiGit Blot Scanner | LI-COR BioScience | 3600 | 단계 5.6의 화학발광 검출에 사용됨 |
| 10x Phosphate-Buffered Saline (PBS) | Corning | 46-013-CM | 단계 1.1에서 세포 계대 배양 전 세척을 위한 멸균 1x PBS 조제에 사용됨 |
| 2-Mercaptoethanol (β-mercaptoethanol) | Sigma-Aldrich (Merck) | M3148 | 단계 3.8의 SDS-PAGE 시료 준비를 위한 4× Laemmli 시료 버퍼 조제에 사용됨 |
| 3D Shaker | DLAB | SK-D1807-E | 블로킹, 1차 및 2차 항체 용액 내 멤브레인 배양 및 세척 단계(단계 4.6, 4.8, 4.9, 4.11, 4.12, 4.13)에 사용됨 |
| 6 Well- Cell Culture Plate | SORFA | SCP-11-006 | 단계 1.1에서 세포 파종에 사용됨 |
| Acrylamide | Sigma-Aldrich (Merck) | A8887 | 단계 4.2–4.5에 필요한 15% SDS-PAGE 겔 조제에 사용됨 |
| Anti-Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase, mouse monoclonal, clone 6C5 | Merck Millipore | MAB374 | RRID:AB_2107445 반응성: human, feline, pig, mouse, rabbit, fish, canine, rat. 녹다운 효율을 평가하기 위한 로딩 컨트롤로 사용됨 (그림 2C 및 2D) |
| Anti-mouse IgG, HRP-linked Antibody | Cell Signaling Technology | 7076 | RRID: AB_330924. 단계 4.10에서 2차 항체 용액 조제에 사용됨 |
| Anti-rabbit IgG, HRP-linked Antibody | Cell Signaling Technology | 7074 | RRID: AB_2099233. 단계 4.10에서 2차 항체 용액 조제에 사용됨 |
| Anti-β-Actin (ACTB) Antibody mouse monoclonal, AC-15 | Sigma-Aldrich (Merck) | A1978 | RRID:AB_476744 반응성: sheep, carp, feline, chicken, rat, mouse, Hirudo medicinalis, rabbit, canine, pig, human, bovine, guinea pig. 그림 2A, 2B, 2E, 2F, 2G, 2H에서 로딩 컨트롤로 사용됨 |
| Bromophenol blue | Sigma-Aldrich (Merck) | B0126 | 단계 3.8의 SDS-PAGE 시료 준비를 위한 4× Laemmli 시료 버퍼 조제에 사용됨 |
| Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich (Merck) | E9884 | 저계면활성제 용해 버퍼 조제에 사용됨 (그림 2G 및 2H) |
| Fetal Bovine Serum | NATOCOR | Lintc-634 | 세포 배양을 위한 완전 배지 조제에 사용됨 (단계 1 및 2) |
| Fiji | Open-source software | N/A | 이미지 분석 소프트웨어 |
| Glycerol | Sigma-Aldrich (Merck) | G5516 | 단계 3.8의 SDS-PAGE 시료 준비를 위한 4× Laemmli 시료 버퍼 조제에 사용됨 |
| Glycine | Sigma-Aldrich (Merck) | G7126 | 단계 4.5의 전이 버퍼 조제에 사용됨 |
| Immun-Blot PVDF Membrane, Roll, 0.2 µm, 26 cm x 3.3 m | Bio-Rad | 1620177 | 단계 4.5의 전이에 사용됨 |
| Intercept (TBS) Blocking Buffer | LI-COR BioScience | 927-60001 | 단계 4.6의 블로킹 및 단계 4.7, 4.10의 1차 및 2차 항체 용액 조제에 사용됨 |
| LC3 A/B (D3U4C) Rabbit Monoclonal Antibody | Cell Signaling Technology | 12741 | RRID: AB_2617131 반응성: human, mouse, rabbit. 단계 4.7에서 1차 항체 용액 조제에 사용됨 |
| LC3B (D11) Rabbit Monoclonal Antibody | Cell Signaling Technology | 3868S | RRID: AB_2137707 반응성: Human. 그림 2H에서 LC3 1차 항체로 사용됨 |
| Methanol | Anedra | 6197 | PVDF 멤브레인 활성화 및 단계 4.5의 전이 버퍼 조제에 사용됨 |
| Millex-HV Syringe Filter Unit, 0.45 μm PVDF | Merck Millipore | SLHV033RS | 렌티바이러스 함유 배지 여과에 사용됨 (단계 1.1) |
| Mini digital dry bath | Labnet International, Inc. | D 5060075 | 단계 4.1에서 시료 가열에 사용됨 |
| Mini-PROTEAN Tetra electrophoresis system | Bio-Rad | 1658025FC | 단계 4.2, 4.3 및 4.5의 SDS-PAGE 및 전이에 사용됨 |
| MISSION shRNA targeting mouse Vmp1 (TRCN0000279038) | Sigma-Aldrich (Merck) | SHCLND-NM_029478 | 안정적인 VMP1-녹다운 세포주 생성에 사용됨 (단계 1.1) |
| N,N'-Methylenebisacrylamide (Bis-acrylamide) | Sigma-Aldrich (Merck) | M7279 | 단계 4.2–4.5에 필요한 15% SDS-PAGE 겔 조제에 사용됨 |
| Nabigem 1g Gemcitabine | Microsules Argentina | M3060584-3 | 단계 2의 gemcitabine 처리에 사용됨 |
| Pen-Strep Solution | Sartorius | 03-031-1B | 세포 배양을 위한 완전 배지 조제에 사용됨 (단계 1 및 2) |
| Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 23227 | 단백질 정량에 사용됨 (단계 3.7) |
| Pierce Protease Inhibitor Tablets | Thermo Fisher Scientific | A32953 | 단계 3.2의 용해 버퍼 조제에 사용됨 |
| Polyethylenimine HCl MAX, Linear (PEI MAX), MW 40,000 | Polysciences | 24765-1 | 렌티바이러스 플라스미드 형질전환에 사용됨 (단계 1.1) |
| Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich (Merck) | P9333 | 단계 3.1의 PBS 조제에 사용됨 |
| Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) | Sigma-Aldrich (Merck) | P5655 | 단계 3.1의 PBS 조제에 사용됨 |
| PowerPac Basic Power Supply | Bio-Rad | 1645050 | 단계 4.2, 4.3 및 4.5의 SDS-PAGE 및 전이에 사용됨 |
| Prestained ProteinLadder | Genbiotech | PM201 | 단계 4.2 - 4.4의 SDS-PAGE에 사용됨 |
| Puromycin (10 mg/mL solution) | InvivoGen | ant-pr-1 | 안정적으로 형질전환된 세포의 선택에 사용됨 (단계 1.1) |
| RPMI 1640 | Genbiotech | MC2012L | 세포 배양을 위한 완전 배지 조제에 사용됨 (단계 1 및 2) |
| Sodium chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich (Merck) | S9888 | 단계 3.1의 PBS, 단계 3.2의 용해 버퍼 및 단계 4.9의 TBS 조제에 사용됨 |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Sigma-Aldrich (Merck) | L3771 | 단계 3.2의 용해 버퍼 및 단계 4.2–4.5에 필요한 15% SDS-PAGE 겔 조제에 사용됨 |
| Sodium fluoride (NaF) | Sigma-Aldrich (Merck) | S7920 | 저계면활성제 용해 버퍼 조제에 사용됨 (그림 2G 및 2H) |
| Sodium phosphate dibasic (Na2HPO4) | Sigma-Aldrich (Merck) | S9763 | 단계 3.1의 PBS 조제에 사용됨 |
| Sorval ST 16R Centrifuge | Thermo Fisher Scientific | 75004380 | 단계 1.1의 세포 원심분리 및 단계 3.5의 용해물 원심분리에 사용됨 |
| Sustrato quimioluminiscente SuperSignal West Pico PLUS | Thermo Fisher Scientific | 34577 | 단계 5.1의 화학발광 검출에 사용됨 |
| Thermo Scientific 1300 Series A2 Class II, Type A2 Biosafety Cabinet | Thermo Fisher Scientific | 1386 | 단계 1.1, 1.3 및 2.1의 멸균 세포 배양 작업에 사용됨 |
| Thermo Scientific BB 150 CO2 Incubator | Thermo Fisher Scientific | BB150-2TCS-L | 단계 1.2 및 2.2의 세포 배양에 사용됨 |
| TMEM49/VMP1 (D1Y3E) Rabbit Monoclonal Antibody | Cell Signaling Technology | 12929 | RRID: AB_2714018 반응성: human, mouse, rat. 그림 2C 및 2D에서 VMP1 녹다운 효율을 확인하기 위한 1차 항체로 사용됨 |
| Tris base | Sigma-Aldrich (Merck) | T1503 | 단계 4.5의 전이 버퍼 조제에 사용됨 |
| Tris hydrochloride (Tris-HCl) | Sigma-Aldrich (Merck) | T3253 | 단계 3.2의 용해 버퍼, 단계 3.8의 4× Laemmli 시료 버퍼, 단계 4.2–4.5에 필요한 15% SDS-PAGE 겔 및 단계 4.9의 TBS 조제에 사용됨 |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich (Merck) | T8787 | 단계 3.2의 용해 버퍼 조제에 사용됨 |
| Trypsin EDTA | Gibco | 11570626 | 단계 1.1의 세포 계대 배양에 사용됨 |
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