Ten protokół opisuje, jak stymulować komórki peptydami pochodzącymi z mitochondriów i oceniać kaskadę sygnałową oraz lokalizację fosfobiałek.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje, jak stymulować komórki peptydami pochodzącymi z mitochondriów i oceniać kaskadę sygnałową oraz lokalizację fosfobiałek.
Pojawiające się badania pokazują, że peptydy pochodzenia mitochondrialnego (MDP) odgrywają ważną rolę w cytoprotekcji i metabolizmie1,2,3. Zrozumienie szlaku transdukcji sygnału w obecności MDP daje nam wgląd w mechanizm, za pomocą którego MDP modulują różne funkcje. Wykazano, że pierwszy zidentyfikowany MDP, humanina, zwiększa fosforylację kinazy 1/2 regulowanej sygnałem zewnątrzkomórkowym (ERK1/2) poprzez wiązanie z receptorem4,5. Jednak dalszy efekt aktywacji ERK1/2 jest nadal niedostatecznie zbadany.
Kaskada ERK1/2 służy jako niezbędny mediator w różnych procesach komórkowych, w tym proliferacji, migracji komórek, metabolizmu komórkowego, przeżycia i apoptozy6,7,8. Aby zaaranżować wszystkie te odrębne procesy komórkowe, aktywność i subkomórkowa lokalizacja ERK1/2 są ściśle regulowane przez fosfatazy i białka rusztowania9,10. Oprócz modyfikacji potranslacyjnej, dynamiczne przenoszenie ERK1/2 reguluje również jego funkcję sygnalizacyjną, aktywność i swoistość11,12. ERK1/2 jest przede wszystkim zlokalizowany w klasie cytozol13. Zestaw białek kotwiczących i rusztujących pomaga zatrzymać ERK1/2 w elementach cytoszkieletu, na powierzchni organelli lub rozproszonych w cytoplazmie13. Po stymulacji ERK1/2 ulega fosforylacji i zostaje odłączony od białek kotwiczących, umożliwiając translokację ERK1/2 do innych przedziałów subkomórkowych, w tym jądra, mitochondriów, Golgiego i lizosomów14,15,16.
Chociaż wiadomo, że humanina aktywuje szlak sygnałowy ERK1/2, aktywacja ERK1/2 jest obserwowana tylko w całkowitych lizatach komórkowych. Jak opisano wcześniej, ponieważ lokalizacja subkomórkowa ERK1 / 2 odgrywa kluczową rolę w jego dalszym efekcie, analiza zarówno lokalizacji subkomórkowej, jak i całkowitych poziomów fosforylowanego ERK1 / 2 jest konieczna, aby zapewnić kompleksowe zrozumienie indukowanej przez człowieka aktywacji ERK1 / 2 i aktywacji dalszych celów.
Aby zrozumieć docelowe organelle aktywowanego ERK1/2, przeprowadzono subkomórkowe frakcjonowanie, a następnie western blot dla fosforylowanego ERK1/2. Ta metoda może być łatwo wdrożona, ponieważ wykorzystuje standardowy sprzęt laboratoryjny i odczynniki. Izolowane przedziały subkomórkowe mają wysoką czystość, co pozwala na bezpośrednią interpretację wyników. Barwienie immunologiczne ERK1/2 może dać podobne wyniki. Jednak niektóre przedziały subkomórkowe są stosunkowo trudne do uwidocznienia i wymagają specjalnych metod utrwalania i przepuszczalności. Poziomy ERK1/2 różnią się w przedziałach subkomórkowych, a ta zmienność może powodować fałszywie dodatnie i fałszywie ujemne sygnały, gdy patrzy się na lizaty całych komórek. Dlatego immunoblot wykorzystujący izolowane przedziały subkomórkowe daje nam lepsze zrozumienie lokalizacji ERK1/2.
Wszechstronność metody umożliwia modyfikacje protokołu w celu zbadania efektów innych stymulantów, w tym innych MDP, lub translokacji innych cząsteczek sygnałowych, takich jak STAT3. Niedawno odkryte małe peptydy podobne do humaniny (THLP) są kodowane z regionu 16S rRNA, w którym kodowana jest humanina, i mają podobne, ale odrębne właściwości w porównaniu do HN17. Na przykład SHLP2 i SHLP3 aktywują ERK1/2 po 8 godzinach, chociaż humanin aktywuje ERK1/2 w ciągu 5 minut. Badanie subkomórkowej lokalizacji ERK1/2 w odpowiedzi na różne peptydy pozwoli nam lepiej zrozumieć biologię tych peptydów. Pojawiające się dowody wykazały, że subkomórkowa lokalizacja cząsteczek sygnałowych odgrywa kluczową rolę w ich dalszych skutkach. Na przykład, tradycyjnie wiadomo, że STAT3 jest pierwotnie zlokalizowany w cytozolu w komórkach w stanie spoczynku, a następnie przemieszcza się do jądra, aby aktywować ekspresję genów w odpowiedzi na cytokiny18. STAT3 również translokuje się do mitochondriów i reguluje cykl TCA oraz produkcję ATP19. Jeśli chodzi o regulację autofagii, różna subkomórkowa lokalizacja STAT3 moduluje autofagię na różne sposoby20. Na przykład jądrowy STAT3 transkrypcyjnie reguluje geny związane z autofagią i działa jako modulator autofagii. Cytoplazmatyczny STAT3 konstytutywnie hamuje autofagię poprzez interakcję z cząsteczkami sygnalizacyjnymi autofagii. Mitochondrialny STAT3 hamuje i zapobiega mitofagii poprzez tłumienie autofagii wywołanej stresem oksydacyjnym. Dlatego ta metoda izolacji przedziałów subkomórkowych ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia roli innych cząsteczek sygnałowych, a także ERK1/2.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Leczenie komórek peptydami
2. Subkomórkowe frakcjonowanie cytozolu i jądra
3. Surowa frakcja mitochondrialna
4. Western Blotting dla białek fosfospecyficznych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Stosując przedstawioną tutaj procedurę, traktowaliśmy komórki HEK293 i SH-SY5Y odpowiednio 1 μM i 100 μM S14G-humaniny, silnego analogu humaniny21, w pożywce kompletnej przez wskazane okresy czasu (Rycina 1A i Rycina 1B). Następnie w całkowitych ekstraktach białkowych badaliśmy całkowitą i fosforylowaną formę ERK1/2 w obrębie Thr202/Tyr204. Leczenie S...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tutaj wykazaliśmy, że aktywacja ERK1 / 2 za pośrednictwem peptydu humaniny zachodzi w dwóch różnych typach komórek, a subkomórkowa lokalizacja aktywowanego ERK1 / 2 może być różna w zależności od warunków (np. dawki peptydu, punktu czasowego i typu komórki). Wykazano, że humanina wysyła sygnały przez dwa różne receptory22,23, co może wyjaśniać różnice w sygnalizacji między dwiema liniami komórkowymi, a także zapotrzebowanie na różne dawki humaniny. Fizjo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pinchas Cohen jest udziałowcem i konsultantem w CohBar, Inc. Kelvin Yen pełnił funkcję konsultanta w CohBar, Inc.
Ta praca była wspierana przez Ellison/AFAR Postdoctoral Fellowship in Aging Research Program dla SJK, oraz Glenn Foundation Award i granty NIH dla PC (1P01AG034906, 1R01GM 090311, 1R01ES 020812). W filmie pojawiają się wszyscy autorzy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| p44 / 42 MAPK (ERK1 / 2) | Sygnalizacja komórkowa | 9102 | Rozcieńczenie 1: 1,000 |
| phospho-p44 / 42 MAPK (ERK1 / 2) (Thr202 / Tyr204) | Sygnalizacja komórkowa | 4370 | Rozcieńczenie 1: 1,000 |
| Lamina B1 | Sygnalizacja komórkowa | 12586 | Marker jądrowy, Rozcieńczenie 1: 1,000 |
| GAPDH | Sygnalizacja komórkowa | 5174 | Marker cytoplazmatyczny, Rozcieńczenie 1: 2,000 |
| Tom20 | Santa cruz | SC-17764 | Marker mitochondriów, Rozcieńczenie 1:2,000 |
| Sprzężony anty-Rabbit-HRP | Sygnalizacja komórkowa | 7074 | Rozcieńczenie 1:30,000 |
| Bufor do lizy i ekstrakcji RIPA | ThermoFisher SCIENTIFIC | 89900 | |
| 100 mm Naczynie hodowlane | ThermoFisher SCIENTIFIC | 12556002 | |
| Peptyd HNG | Genescript | ||
| 25mm Filtr filtracyjny | ThermoFisher SCIENTIFIC | 09-719A | |
| HEPES | Sigma | H3375 | |
| MgCl2 | Sigma | M8266 | |
| KCl | Sigma | P9333 | |
| Glicerol | Sigma | G9012 | |
| Triton X-100 | ThermoFisher SCIENTIFIC | BP151-100 | |
| EDTA | Sigma | 3609 | |
| MOPS | Sigma | M1254 | |
| EGTA | Sigma | E3889 | |
| Sacharoza | Sigma | S7903 | |
| Tris-base | ThermoFisher SCIENTIFIC | BP152-1 | |
| HCL | Sigma | H1758 | |
| PBS | Lonza | 17-512F | |
| Skrobak do komórek | FALCON | 353085 | |
| Zatrzymaj się i handluj; Koktajl inhibitorów proteazy i fosfatazy (100X) | ThermoFisher SCIENTIFIC | 78440 | |
| Thomas Pulle Młynek do tkanek z gładkimi tłuczkami | Thomas Scientific | 3432S90 | |
| Tween-20 | ThermoFisher SCIENTIFIC | BP337-500 | |
| BSA | ThermoFisher SCIENTIFIC | BP1600-100 | |
| 8-16% prefabrykowane żele | białkowe Mini-PROTEAN TGXBIO RAD | 4561104 | |
| Mini moduł Trans-Blot | BIO RAD | 1658030 | |
| System Turbotransferu Trans-Blot | BIO RAD | 1704150 | |
| Zestaw transferowy Trans-Blot Turbo RTA Mini PVDF | BIO RAD | 1704272 | |
| Clarity Zachodnie podłoża do bibułowania ECL | RAD | 1705060 | |
| Restore Bufor | do usuwania plam Western blotThermoFisher SCIENTIFIC | 21059 | |
| Zmodyfikowany Dulbecco's Eagle Medium | ThermoFisher SCIENTIFIC | 11965-092 | |
| Sonikator, Nazwa: FB120 | ThermoFisher SCIENTIFIC | 695320-07-12 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.