Ten protokół opisuje wywołaną światłem translokację jądrową gości w żywych komórkach za pomocą klatkowanych znaczników kleju molekularnego. Metoda ta jest obiecująca w przypadku selektywnego dostarczania leków ukierunkowanych na cele jądrowe.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje wywołaną światłem translokację jądrową gości w żywych komórkach za pomocą klatkowanych znaczników kleju molekularnego. Metoda ta jest obiecująca w przypadku selektywnego dostarczania leków ukierunkowanych na cele jądrowe.
Jądro komórkowe jest jednym z najważniejszych organelli jako subkomórkowy cel dostarczania leków, ponieważ modulacja replikacji i ekspresji genów jest skuteczna w leczeniu różnych chorób. Tutaj demonstrujemy wyzwalaną światłem translokację jądrową gości za pomocą znaczników kleju molekularnego w klatce (CagedGlue-R), których wisiorki z wieloma jonami guanidyny (Gu +) są chronione przez anionową grupę fotorozszczepialną (nitroweratryloksykarbonyl podstawiony maślanem; BaNVOC). Goście oznaczeni klejem CagedGlue-R są wchłaniani do żywych komórek przez endocytozę i pozostają w endosomach. Jednak po napromieniowaniu fotoelektrycznym klej w klatcejest przekształcany w klej molekularny bez klatki (UncagedGlue-R) zawierający wiele wisiorków Gu +, co ułatwia ucieczkę endosomalną i późniejszą translokację jądrową gości. Metoda ta jest obiecująca w przypadku selektywnego dostarczania leków ukierunkowanych na jądro, ponieważ oznaczeni goście mogą migrować do cytoplazmy, a następnie do jądra komórkowego tylko wtedy, gdy zostaną napromieniowani. KlatceZnaczniki Glue-R mogą dostarczać gości makromolekularnych, takich jak kropki kwantowe (QD), a także gości małocząsteczkowych. KlatceZnaczniki Glue-R można rozpakować nie tylko za pomocą światła UV, ale także dwufotonowego światła bliskiej podczerwieni (NIR), które może głęboko wnikać w tkankę.
Jądro komórkowe, zawierające informacje genetyczne, jest jednym z najważniejszych organelli jako wewnątrzkomórkowy cel dostarczania leków, ponieważ modulacja replikacji i ekspresji genów jest skuteczna w leczeniu różnych chorób, w tym nowotworów i zaburzeń genetycznych1,2,3. W celu dostarczania leków do jądra szeroko badano sprzęganie znaczników peptydowych, takich jak sygnały lokalizacji jądrowej (NLS)4,5,6. Jednakże, aby zminimalizować niepożądane skutki uboczne, niezbędna jest czasowo-przestrzenna kontrola translokacji jądrowej.
Wcześniej translokacja białek do jądra komórkowego wyzwalana światłem była osiągana przy użyciu klatkowanych NLS7,8,9. NLS migruje do jądra komórkowego poprzez wiązanie się z cytoplazmatycznymi białkami transportowymi6. W opisanych metodach białka gościnne zawierające klatkowane NLS są wprowadzane bezpośrednio do cytoplazmy poprzez mikroiniekcję8 lub ekspresjonowane w komórkach docelowych przy użyciu techniki rozszerzania kodu genetycznego9. Dlatego metoda umożliwiająca zarówno pobranie komórkowe, jak i fotoindukowaną translokację jądrową jest korzystna w zastosowaniach praktycznych.
W niniejszej pracy opisujemy wyzwalaną światłem translokację jądrową gości w żywych komórkach z wykorzystaniem dendrytycznego klatkowanego kleju molekularnego (KlatkoweGlue-R, Rysunek 1) tagi. Rozpuszczalne w wodzie kleje molekularne10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23 posiadający wiele Gu+ opracowano wcześniej zawiesiny, które ściśle przylegają do białek11,12,13,14,15,16,17, kwasy nukleinowe18,19,20, błony fosfolipidowe21, oraz nanoarkusze glinki22,23 poprzez tworzenie wielu mostków solnych pomiędzy ich Gu+ podstawniki i grupy oksyanionowe na celach. Gu+ zawieszek do Zamknięte w klatkachGlue-R są chronione anionową grupą fotolabilną, butyrylowanym nitroveratryloksykarbonylem (BANVOC). Goście oznaczeni za pomocą W klatceGlue-R są pobierane przez żywe komórki poprzez endocytoza i pozostawanie w endosomach (Rysunek 2). Po naświetleniu, BAgrupy NVOC w ramach Związane z klatką / w klatceGlue-R zostają odłączone, w wyniku czego powstaje uwolniony molekularny klej (Uwolniony z klatkiGlue-R) przenoszący wiele Gu+ zawieszek, co ułatwia migrację znakowanego gościa do cytoplazmy, a następnie do jądra komórkowego (Rysunek 2). The KlatkowaneZnacznik Glue-R może zostać odblokowany poprzez ekspozycję na światło UV lub dwufotonowe światło bliskiej podczerwieni (NIR) bez wywoływania poważnej fototoksyczności. Demonstrujemy spatiotemporalnie kontrolowane dostarczanie do jądra komórkowego gości makromolekularnych, a także gości małocząsteczkowych z Uwięziony (w klatce molekularnej)Znaczniki Glue-R, przyjmując odpowiednio kropki kwantowe (QDs) oraz barwnik fluorescencyjny (nitrobenzooksadiazol; NBD) jako przykłady.

Rysunek 1: Schematy struktur UwięzioneGlue-R. 9 jonów guanidyniowych (Gu+zawieszki z KlatkoweGlue-R są chronione grupą nitroveratryloksykarbonylową podstawioną maślanem (BAgrupa NVOC). Ta BAGrupy NVOC są odszczepiane poprzez naświetlanie promieniowaniem UV lub dwufotonowym światłem NIR. Rdzeń ogniskowy... Uwięziony (w klatce)Glue-R jest funkcjonalizowany za pomocą nitrobenzooksadiazolu (NBD) lub dibenzocyklooktynu (DBCO). Przedruk za zgodą autora z literatury20. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rysunek 2: Schematyczne przedstawienie wyzwalanej światłem translokacji jądrowej gości sprzężonych z a Związany (uwolniony światłem)znacznik Glue-R Gość/Uwięziony (w klatce)Konjugat Glue-R jest pobierany przez żywe komórki poprzez endocytoza. Po naświetleniu, Uwięzione (w klatce)Znacznik Glue-R zostaje odblokowany w celu uzyskania Uwolniony z klatkiznacznik Glue-R, który może ułatwiać ucieczkę z endosomów znakowanego gościa. Następnie znakowany gość migruje do jądra komórkowego. Przedruk za zgodą źródła20. Prosimy o kliknięcie tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie gości z Uwięziony (w klatce)Znaczniki Glue-R

Rysunek 3: Schematyczne przedstawienie przygotowania Zamknięte w klatceGlue-QD. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
2. Przygotowanie próbki komórek Hep3B do obserwacji mikroskopowych
3. Obserwacja translokacji jądrowej gości małocząsteczkowych wywołanej światłem UV
4. Obserwacja translokacji jądrowej małocząsteczkowych gości wywołanej dwufotonowym światłem NIR
5. Obserwacja translokacji jądrowej makromolekularnych gości wywołanej światłem UV
6. Test żywotności komórek
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przed fotoirradiacją komórki Hep3B inkubowane z CagedGlue-NBD wykazywały punktową emisję fluorescencji z wnętrza komórek (λext = 488 nm; Rysunki 4A i 4C, kolor zielony). Analogowy mikrograf uzyskano po wzbudzeniu przy 543 nm dla barwnika fluorescencyjnego o czerwonej emisji (Rysunki 4B i 4C, kolor czerwony), co wskazuje, że CagedGlue-NBD zlokalizował się w endosom...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wcześniejsze badania nad wywołaną światłem translokacją białek do jądra komórkowego zostały przeprowadzone przy użyciu klatkowanego NLS 7,8,9. Jak wspomniano wcześniej, metody te wymagają dodatkowych technik w celu włączenia białek znakowanych NLS do cytoplazmy. W przeciwieństwie do tego, nasz przywieszka CagedGlue-R umożliwia nie tylko fotoindukowaną translokację jądrową, ale także absorpcję komórkową gości. Ta cecha...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Uznajemy Centrum Integracji Nanobiologicznej, Uniwersytet Tokijski. Praca ta była wspierana przez Grant-in-Aid for Young Scientists (B) (26810046) dla K.O. i częściowo wspierana przez Grant-in-Aid for Specially Promote Research (25000005) dla T.A. R.M. dziękuje Research Fellowships of Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) dla Młodych Naukowców oraz Programowi dla Wiodących Szkół Podyplomowych (GPLLI).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Azide-PEG4-NHS ester | Click Narzędzia chemiczne | AZ103 | |
| Q-dot 655 ITK | Invitrogen | Q21521MP | |
| Regenerowana membrana celulozowa (MWCO 3,500) | NIPPON Genetics | TOR-3K | |
| Regenerowana membrana celulozowa (MWCO 25,000) | Aparat Harvarda | 7425-RC25K | |
| Ogniwa Hep3B | ATCC | HB-8064 | |
| 8-komorowe podłoże szklane | Nunc | 155411JP | |
| 96-dołkowa płytka hodowlana | Nunc | 167008 | |
| Minimalna pożywka egzogenna Eagle (EMEM) | Thermo Fisher Scientific | 10370-021 | |
| Surowica bydlęca płodu (FBS) | GE Healthcare | SH30406.02 | |
| Bufor fosforanowy Dulbecco sól fizjologiczna (D-PBS) | Wako Pure Chemical Branże | 045-29795 | |
| LysoTracker Red | Lonza Walkersville | PA-3015 | |
| Hoechst 33342 | Dojindo | H342 | |
| Zestaw do liczenia komórek-8 | Dojindo | CK04 | |
| Konfokalny laserowy mikroskop skaningowy | Carl-Zeiss | LSM 510 | Wyposażony w dwufotonowy laser wzbudzający (laser Mai Tai, Spectra-Physics) |
| Laser konfokalny mikroskop skaningowy | Leica | TCS SP8 | |
| Ksenoniowe źródło światła | Asahi Spectra | LAX-102 | |
| Czytnik mikropłytek | Urządzenia molekularne | Paradygmat |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.