Dit protocol beschrijft een methode om te bepalen eiwit halfwaardetijd in één levende Adherente cellen, met behulp van pulse labeling en fluorescentie time-lapse beeldvorming van module-tag fusion eiwitten.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft een methode om te bepalen eiwit halfwaardetijd in één levende Adherente cellen, met behulp van pulse labeling en fluorescentie time-lapse beeldvorming van module-tag fusion eiwitten.
Eiwitten zijn in een dynamische staat van synthese en degradatie en hun halfwaardetijd onder verschillende omstandigheden kunnen worden aangepast. Echter, meest gebruikte benaderingen te bepalen eiwit half-life zijn ofwel beperkt tot bevolking gemiddelden uit lysed cellen of vereisen het gebruik van proteïne synthese remmers. Dit protocol beschrijft een methode voor het meten van eiwit halfwaardetijd in één levende Adherente cellen, met behulp van de module-tag fusion eiwitten in combinatie met fluorescentie time-lapse microscopie. Een proteïne van belang gesmolten naar een module-tag kan worden covalent gebonden door een fluorescerende, cel permeabele kleurstof die is gekoppeld aan een benzylguanine-derivaat en het verval van de gelabelde eiwit bevolking kan worden gecontroleerd na wassen van de resterende kleurstof. Volgende cel bijhouden en kwantificering van de intensiteit van de geïntegreerde fluorescentie over tijd leidt tot een exponentiële afname kromme voor elke bijgehouden cel, zodat voor de bepaling van eiwit afbraak tarieven in afzonderlijke cellen door curve-fitting. Deze methode biedt een schatting voor de heterogeniteit van de helft-leven in een populatie van gekweekte cellen, die niet gemakkelijk worden beoordeeld door andere methoden. De hier gepresenteerde benadering is van toepassing op elk type van gekweekte Adherente cellen, uiting geven aan een proteïne van belang gesmolten aan een module-code. Hier gebruiken we muis embryonale (ES) stamcellen gekweekt op E-cadherine-coated cel cultuur platen om te illustreren hoe één cel afbraak tarieven van eiwitten met een breed scala aan helft-leven kunnen worden bepaald.
Het is algemeen bekend dat cellulaire eiwitten ondergaan uitgebreide omzet, met synthese en degradatie tarieven specifiek voor elke proteïne en onder voorbehoud van fysiologische regelmechanismen. Traditioneel, zijn eiwit-afbraak-tarieven gemeten gebruik van bulk methoden, zoals radioactieve pulse chase analyse, of waarbij de eiwit synthese remmers zoals cycloheximide1. Meer recentelijk is te kwantificeren eiwit omzet op een wereldwijde schaal2stabiele isotoop labelen met aminozuren in celkweek (SILAC) in combinatie met massaspectrometrie opgezet. Echter, deze methoden worden beperkt door de bevolking gemiddeld, en informatie over de cel-naar-cel variabiliteit daarom verloren. Bovendien, voorbijgaande veranderingen in de afbraak van eiwitten die niet-gesynchroniseerde over de celpopulatie bevat zijn niet kunnen worden geïdentificeerd.
Als alternatief, eiwit halfwaardetijd kunnen ook worden bepaald door fluorescentie-gebaseerde benaderingen, die vaak het voordeel hebben van het verstrekken van eencellige resolutie. Bijvoorbeeld is een photoactivatable groen fluorescent proteïne (paGFP) gebruikt om te bepalen Oct4 halfwaardetijd in de vroege zoogdieren embryo3. Een andere methode om te controleren van eiwit verval in levende cellen is het gebruik van een module-tag in combinatie met fluorescentie time-lapse beeldvorming. De module-tag is een mutant versie van de DNA repair enzymen O6- alkylguanine DNA-alkyltransferase (AGT) die specifiek reageert met benzylguanine (BG) derivaten, die kunnen worden gekoppeld aan moleculaire sondes4,5, 6. daarom elke module-tag fusieproteïne onomkeerbaar kan worden aangeduid met een fluorescente, cel permeabele kleurstof. Pulse labeling van een proteïne van belang gesmolten tot de module-tag, gevolgd door wegspoeling van de resterende kleurstof, staat voor het toezicht op de afbraak van de gelabelde eiwit bevolking en dus voor de bepaling van eiwit half-life. MODULE-tags zijn met succes gebruikt voor het labelen van de puls-chase van eiwitten en voor de bepaling van eiwit halfwaardetijd in aanhanger cel cultuur en in vivo5,7,8,9. Een grote verscheidenheid van module-tag substraten die betrekking hebben op gebruikte TL spectra zijn commercieel verkrijgbaar, waardoor de selectie van de optimale kleurstof voor elke specifieke toepassing. MODULE-tags kunnen dus ook worden gebruikt voor multicolor imaging in combinatie met andere tl fusie-eiwitten of kleurstoffen. Cel-ondoordringbare kleurstoffen zijn geschikt voor het labelen van membraan-aangebonden proteïnen, terwijl cel-permeabele kleurstoffen die van toepassing zijn zijn voor het toezicht op zowel intracellulaire en membraan-gebonden eiwitten. Bovendien, sommige van deze sondes bijna geen basale fluorescentie vertonen en pas uitstoten een sterk fluorescerende signaal op binding aan een module-tag10.
Dit protocol beschrijft hoe meet je de tarieven van de afbraak van verschillende eiwitten van belang in afzonderlijke cellen met behulp van een module-tag. Hier wij deze methode toepassen op muis embryonale stamcellen (ES) cellen gekweekt op E-cadherine, maar het moet mogelijk zijn om het te gebruiken met elk celtype aanhangend gekweekte. We laten zien dat pols labeling van module-tag fusion eiwitten gevolgd door fluorescentie time-lapse imaging zorgt voor het bepalen van het eencellige half-leven van verschillende eiwitten van belang en schatting voorziet in de cel-naar-cel variabiliteit van helft-leven in een bevolking van gekweekte cellen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Opmerking: In deze studie, de E14 ES-cellijn werd gebruikt. Dit protocol is echter direct van toepassing op alle andere muis ES cellijn uiting geven aan een proteïne van belang gesmolten aan een module-code, door de endogene proteïne te labelen of met behulp van overexpressie. Voor een voorbeeld in het gedeelte ' resultaten ', doxycycline-afleidbare module-tag fusion cellijnen werden gebruikt (module-tag gesmolten aan de volgende eiwitten: Nanog, Oct4, Srsf11, of de mOrange2 van fluorescente proteïnen en sfGFP, en onder de controle van een Doxycycline-afleidbare promotor. (Zie11 voor meer informatie over de plasmiden gebruikt voor de generatie van de doxycycline-afleidbare fusion cellijnen van module-tag). De doxycycline-afleidbare systeem kunnen bijzonder nuttig, omdat het zorgt voor een strak controle van de timing en intensiteit van de uitdrukking van de proteïne van belang. C-terminal positionering van de module-tag wordt aanbevolen, als het veranderen van het N-terminaal aminozuur volgorde is meer kans om te veranderen de halfwaardetijd van het target-eiwit (N-einde regel12).
1. E-cadherine coating en cel zaaien
2. pulse labeling van de module-tag
Opmerking: Voor eiwit verval experimenten is het cruciaal om te gebruiken een adequate module kleurstof concentratie. De concentratie moet hoog genoeg om de opbrengst van een helder signaal in het begin van de tijd-tijdspanne, zoals de fluorescentie in de tijd afnemen zal. Echter, het gebruik van teveel kleurstof concentraties kan veroorzaken residuele kleurstof in het medium of in de cellen wordt overgelaten zelfs na het wassen. De gratis kleurstof kan het vervolgens binden aan nieuw geproduceerde module-tag moleculen in de loop van de film, die de verval-curve vervormen zal. De waargenomen fluorescentie signaal zal afhangen van de eigenschappen van de kleurstof, de cellijn gebruikt, evenals het niveau van de expressie van het overeenkomstige eiwit. Het is daarom van cruciaal belang voor het optimaliseren van de kleurstof concentratie door het testen van verschillende verdunningen, vanaf de verdunning voorgesteld voor beeldvorming van de levende cel door de fabrikant. Voor deze studie, werd een far-red fluorescerende substraat gebruikt. Een optimale concentratie van 12 nM was vastbesloten voor doxycycline-afleidbare overexpressie cellijnen.
3. time-lapse microscopie
4. verwerking en analyse van het beeld



Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het beschreven protocol biedt een schatting van de variabiliteit van cel naar cel in half-life voor een bepaald eiwit gesmolten aan een module-code. Het gebruik van recombinante E-cadherine-Fc afdekhoes voor de beeldvorming plaat zorgt voor eencellige resolutie in ES-cellen, die anders in kolonies groeien. Afzonderlijke cellen kunnen afzonderlijk worden bijgehouden in de loop van de film ( figuur 1A).
Om te bepalen de halfwaardetijd eiwit voor elke één cel, is het...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De meest cruciale stap bij het gebruik van een module-tag controleren eiwit verval om ervoor te zorgen is dat geen residuele ongebonden kleurstof niet in het medium of in de cellen na het wassen, anders het zou kunnen binden aan nieuw geproduceerd module-tag moleculen later in de loop van het experiment en ther Eby compromis de verval-curve. Dit is aan de ene kant bereikt door alle beschreven wassen stappen zorgvuldig uitvoert. Aan de andere kant, de kleurstof concentratie moeten zo laag mogelijk te houden, terwijl nog s...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Time-lapse microscopie experimenten werden uitgevoerd op de Biomoleculaire Screening faciliteit (BSF), EPFL. Wij danken Marc Delachaux (Service Audiovisuel, EPFL) voor de videografie en het bewerken van de film.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Uitrusting | |||
| ES-cellijn die een SNAP-tag-fusie-eiwit van belang tot expressie brengt | - | - | |
| Falcon 100 mm TC-behandelde celcultuurschaal | Corning | 353003 | |
| 96-wel, zwart/helder, weefselcultuurbehandeld plaatje | Corning | 353219 | |
| Neubauer-verbeterde telkamer, 0,1 mm | Marienfeld-superieur | 640030 | |
| CO2-incubator | Panasonic | MCO-170AICUV-PE | |
| Centrifuge 5804 R | Eppendorf | 5804000528 | |
| InCell Analyzer 2200 Celbeeldvormingssysteem | GE Healthcare Life Sciences | 29027886 | |
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
| Reagentia | |||
| Glasgow Minimum Essential Medium | Sigma-Aldrich | G5154 | |
| Fetaal runder serum, geschikt voor embryonale stamcellen | ThermoFisher | 16141-079 | |
| Natriumpyruvaat oplossing | Sigma-Aldrich | 113-24-6 | |
| Minimum Essential Medium Niet-essentiële aminozuren | ThermoFisher | 11140-035 | |
| Penicilline-Streptomycine | BioConcept | 4-01F00H | |
| L-Glutamine 200mM | ThermoFisher | 25030-024 | |
| 2-Mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | 63689-25ML-F | |
| Leukemie-remmende factor | - | - | Geproduceerd in het laboratorium door middel van transiente transfectie van HEK-293T-cellen, gevolgd door het verzamelen en filteren van het supernatant. |
| CHIR99021 (GSK-3-remmer XVI) | Merck Millipore | 361559 | |
| PD 0325901 | Sigma-Aldrich | 391210-10-9 | |
| Gelatine uit runderhuid | Sigma-Aldrich | 9000-70-8 | |
| Dulbecco's PBS 10x geconcentreerd | BioConcept | 3-05K00-I | |
| Dulbecco's PBS Zonder Ca++/Mg++ | BioConcept | 3-05F29-I | |
| Trypsine-EDTA-oplossing 0,25% | Sigma-Aldrich | T4049 | |
| Recombinant Muis E-Cadherin Fc Chimera-eiwit | R&D systems | 748-EC-050 | |
| Doxycycline hyclaat | Sigma-Aldrich | D9891 | |
| SNAP-Cell 647-SiR | New England BioLabs | S9102S | |
| FluoroBrite DMEM | ThermoFisher | A18967-01 | |
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
| Software | |||
| FIJI | - | - | Open-source beeldanalysesoftware |
| MATLAB R2014a | Mathworks | - | |
| Microsoft Excel | Microsoft | - |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen