$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Receptory, zwłaszcza receptory sprzężone z białkiem G (GPCR), są rutynowo transportowane wewnątrzkomórkowo, do i z powierzchni komórki1. Te złożone i ściśle kontrolowane procesy dyktują dostępne w komórkach uzupełnienia receptorów i regulują aktywność czasową receptora, odczulanie i uwrażliwienie 2-4. Co ważne, procesy te reagują na środowisko komórkowe, w tym na aktywność lub brak aktywności receptorów wywołanych przez leki. Oznacza to, że działanie ligandów na receptory może zmieniać wewnątrzkomórkowy transport tych receptorów, zmieniając w ten sposób odpowiedź komórki. W ten sposób zewnętrzne ligandy wywierają jeszcze większy wpływ na funkcjonowanie komórki, nawet poza klasycznymi kaskadami posłańca-efektora5,6.
Badanie takich zmian w indukowanym transporcie receptorów jest trudne. Wszystkie dostępne techniki wiążą się z ograniczeniami. Testy ochrony biotyny zostały wykorzystane do monitorowania populacji receptorów powierzchniowych. Receptory te są biotynylowane i przeprowadza się przebieg immunoprecypitacji w czasie w celu ilościowego określenia zmniejszenia biotynylowanych receptorów w czasie. Technika ta zasadniczo monitoruje stopniową degradację początkowej, znakowanej populacji receptorów7 i jest bardzo przydatna w konstruowaniu przebiegów czasowych tego procesu. Niestety, test ten nie jest w stanie monitorować żadnego procesu poza degradacją pierwotnej puli receptorów, takim jak internalizacja, recykling lub nowe receptory. Ponadto dodanie przeciwciała w zakresie 150 kDa do receptora w zakresie 50 kDa może zmienić transport receptora8,9, a technika ta może być trudna do zastosowania w przypadku receptorów o niskim poziomie ekspresji.
Inne procedury wykorzystują różne metody do identyfikacji wewnątrzkomórkowych przedziałów transportowych (np. endosomów, itp.) i oceny ich kolokalizacji z interesującymi receptorami. Obejmuje to wykorzystanie systemów heterologicznych eksprymujących chimeryczne konstrukty receptorów i markerów przedziałów znakowane białkiem fluorescencyjnym (np. GTPazy z rodziny Rab). Potencjalnie umożliwia to wykorzystanie obrazowania żywych komórek, usuwając problemy związane z fiksacją i przepuszczalnością. Chociaż taka strategia jest skuteczna, cierpi z powodu tych samych ograniczeń, co systemy heterologiczne w ogóle: wpływ znaczników i poziomu wyrażeń na zachowanie związane z handlem i niezgodność z bardziej fizjologicznie reprezentatywnymi typami komórek. Bardziej popularne barwniki są używane do łatwego oznaczania przedziałów wewnątrzkomórkowych (np. lizosomów, rzekomo)10. Barwniki mogą jednak być pozbawione specyficzności (wszystkie organelle kwasowe w przypadku barwników do lizosomów) i nie oceniają transportu przez inne przedziały. Mimo to techniki te pozwalają na znaczną kontrolę nad systemem i warunkami eksperymentalnymi i mogą korzystać z metod analizy kolokalizacji przedstawionych poniżej.
Metoda, którą tutaj prezentujemy, udoskonala śledzenie transportu receptorów poprzez kolokalizację. Wykorzystując immunocytochemię (ICC) do oznaczania odpowiednich markerów, możliwe jest zidentyfikowanie wielu odrębnych przedziałów wewnątrzkomórkowych. Pozwala to również na stosowanie fizjologicznie istotnych pierwotnych kultur komórkowych zamiast systemów heterologicznych. Ten protokół ICC polega na ustaleniu komórek będących przedmiotem zainteresowania przed znakowaniem; Pozwala to na etykietowanie w określonym punkcie czasowym po leczeniu farmakologicznym. W ten sposób powstaje "migawka" globalnych powiązań receptor-przedział w tym punkcie czasowym. Mając wiele punktów czasowych, można również skonstruować przebieg zmian w czasie trafikowania.
Krótko mówiąc, komórki są traktowane lekami, oznaczane dla interesującego nas receptora i wewnątrzkomórkowego przedziału, konfokalnie obrazowane, a mikrofotografie są analizowane w celu matematycznego ilościowego określenia kolokalizacji receptora i przedziału11. W naszym zastosowaniu zbadaliśmy kolokalizację receptora z Rab5, Rab11 i białkiem błonowym związanym z lizosomalnym białkiem błonowym 1 (LAMP1). Markery te identyfikują odpowiednio wczesne endosomy, endosomy recyklingowe i lizosomy. Te środki kolokalizacji działają jako wskaźniki zastępcze dla nadrzędnych procesów internalizacji, recyklingu i degradacji12.
Podobnie jak w przypadku wszystkich technik, należy wziąć pod uwagę pewne ograniczenia. Ze względu na konieczność zobrazowania każdego analizowanego neuronu, technika ta może stać się dość pracochłonna w zależności od liczby warunków i punktów czasowych. Wszystkie znakowanie immunologiczne musi również zmagać się z wpływem na ultrastrukturę komórkową, lokalizację białek i dostępność epitopów spowodowanym utrwaleniem i przepuszczalnością13.
Chociaż pierwotnie zoptymalizowana do użytku z pierwotnymi hodowlami pierwotnych neuronów czuciowych, ta metoda jest szeroko kompatybilna z innymi monowarstwowymi modelami hodowli.
Użycie matematycznie skwantyfikowanej miary kolokalizacji jest, w szczególności, znacznie bardziej rygorystyczne metodologicznie niż poprzednie techniki używane do oceny zmian w transporcie receptorów, które często opierały się na niejasnych, subiektywnych miarach, takich jak wizualnie sprawdzone nakładki wielokanałowe14.
Ta technika jest szczególnie przydatna ze względu na jej szeroką kompatybilność z interwencjami in vivo (przed generacją hodowli pierwotnej), interwencjami in vitro (podczas wzrostu hodowli) i różnymi celami znakowania15. W związku z tym może być dostosowany do wielu różnych pytań badawczych.