System endosomalny to główny aparat do sortowania błon, który pełni wiele kluczowych ról komórkowych, w tym transport receptorów sortowania enzymów lizosomalnych i recykling receptorów błony plazmatycznej (PM)1,2. Endosomy są podzielone na trzy różne przedziały, tj. endosomy wczesne (EE), endosomy późne (LE) i endosomy recyklingowe. Klasyfikacja ta opiera się na czasie potrzebnym do dotarcia do nich materiału endocytozowego, na specyficznych białkach markerowych i ich morfologii. Błony, tj. dwuwarstwy białkowe i lipidowe, zinternalizowane z PM mogą być dostarczane do lizosomów przez endosomy w celu degradacji lub być zawracane z powrotem. Błony są również transportowane do endosomów z Golgiego i podobnie, albo kontynuują lizosomy, albo są odzyskiwane z powrotem do Golgiego. Co więcej, białka mogą być sortowane w pęcherzyki świetlne pączkujące do wewnątrz od endosomalnej błony ograniczającej, proces, który prowadzi do powstania podkategorii LE, ciał wielopęcherzykowych.
Endosomalny system drożdży jest stosunkowo mniej skomplikowany niż ten z wysoko osadzonych komórek eukariotycznych. Endosomy drożdży dzielą się na EE i LE. W przeciwieństwie do komórek ssaków nie zawierają endosomów recyklingowych, ale także organelle związane z lizosomami specyficznymi dla tkanki. W związku z tym mają mniej złożoną sieć endosomalnych szlaków transportowych3,4. Dlatego drożdże stanowiły i nadal stanowią korzystny system eksperymentalny do badania niektórych zasad leżących u podstaw ruchu błonowego w układzie endosomalnym. Zaletę tę podkreśla fakt, że liczne geny zaangażowane w szlaki endosomalne zostały początkowo wyizolowane za pomocą genetycznych badań przesiewowych u drożdży5. Podczas gdy układ endosomalny drożdży w komórkach typu dzikiego i zmutowanych był szeroko badany przy użyciu metod mikroskopii biochemicznej i fluorescencyjnej, jego badania na poziomie ultrastrukturalnym były tylko minimalne. Analizy morfologiczne są szczególnie istotne w przypadku drożdży, ponieważ większość organelli endosomalnych jest wykrywana jako struktury punktowe za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej, co utrudnia ich jednoznaczną identyfikację6. Niestety, tylko ograniczona liczba surowic odpornościowych rozpoznających endosomalne markery białkowe drożdży działa w preparatach immuno-mikroskopii elektronowej (IEM)7-10. W przypadku niektórych białek problem ten został ominięty przez endogenne znakowanie interesującego genu i zastosowanie przeciwciała rozpoznającego znacznik w celu jego wykrycia7,11,12. Często jednak białka są niewykrywalne przez IEM ze względu na ich niski poziom ekspresji. Ich nadekspresja nie jest rozwiązaniem, ponieważ takie podejście może wywołać błędne lokalizacje i/lub zmiany w morfologii/funkcjach organelli. W związku z tym znakowanie przedziałów endocytarnych za pomocą sondy wykrywalnej za pomocą mikroskopii elektronowej EM jest skuteczną opcją. Jest to optymalne rozwiązanie zwłaszcza wtedy, gdy sonda wchodzi w drogę endocytarną w sposób zależny od czasu, co pozwala wiedzieć, kiedy oznaczy konkretną organellę6.
Wychwyt dodatnio naładowanego nanozłota przez sferoplasty drożdży (tj. drożdże, z których ściana komórkowa została enzymatycznie usunięta) został z powodzeniem wykorzystany do identyfikacji endosomalnych przedziałów drożdży10. Cząstki te silnie wiążą się z ujemnie naładowanymi lipidami tworzącymi błony biologiczne. W ten sposób dodatnio naładowane nanozłoto wiąże się z PM, przenika do komórki przez endocytozę i przechodzi przez EE i LE, zanim dotrze do wakuoli. Te małe cząsteczki złota nie mają jednak odpowiedniego rozmiaru, aby mogły być widziane przez EM. Aby uczynić je widocznymi, ich rozmiar można powiększyć w wyniku reakcji chemicznych, które prowadzą do osadzania się srebra lub złota wokół złotej sondy13-15. Opracowaliśmy i z powodzeniem zastosowaliśmy podejście IEM oparte na metodzie Tokuyasu do przeprowadzenia badań lokalizacji subkomórkowej8,16. Metoda ta pozwala na znakowanie immunozłotem preparatów drożdżowych z doskonałą rozdzielczością morfologii8,17-24. Ustaliliśmy również procedurę łączącą ten protokół IEM z znakowaniem nanozłotem przedziałów układu endosomalnegodrożdży 6. Stosując to podejście, scharakteryzowaliśmy morfologicznie różne podklasy endosomów i ultrastrukturalnie przebadano mutanty z endosomalnym defektem transportu6,25. Co więcej, wykazaliśmy, że to znakowanie nanozłotem można łączyć z znakowaniem immunozłotem, co daje możliwość zbadania dystrybucji interesującego białka w różnych subpopulacjach endosomów. W tym artykule przedstawiamy, w jaki sposób praktycznie przebiega znakowanie układu endosomalnego drożdży dodatnio naładowanym nanozłotem.