Ruch wsteczny białek i lipidów z powierzchni komórki do różnych przedziałów wewnątrzkomórkowych jest kluczowy dla utrzymania homeostazy błony, aby zrównoważyć wydzielanie i recykling składników następczych maszyn transportowych1,2. Po internalizacji poprzez endocytozę zależną lub niezależną od klatryny, ładunek białkowy i lipidowy najpierw zasiedla wczesne endosomy, skąd są dalej przekierowywane wzdłuż układu endo-lizosomalnego, zawracane do błony plazmatycznej lub kierowane do sieci trans-Golgiego (TGN). Recykling z endosomów i/lub powierzchni komórki do TGN jest częścią cyklu funkcjonalnego wielu następczych transbłonowych receptorów ładunkowych, takich jak zależne od kationów i niezależne od kationów receptory mannozo-6-fosforanu (CDMPR i CIMPR) dostarczające nowo zsyntetyzowane hydrolazy lizosomalne z TGN do późnych endosomów i lizosomów3,4,5, sortilin i SorLA6,7, a Wntless (WLS) transportuje ligandy Wnt na powierzchnię komórki8,9,10,11. Inne białka odzyskane z powrotem do TGN to TGN46 i pokrewne z nim izoformy12,13,14, SNAREs (rozpuszczalne receptory przyłączeniowe czynnika fuzji wrażliwe na N-etylomaleimid)15,16,17, białko prekursorowe amyloidu (APP)18,19, białko progresywnej ankylozy (ANK)20, transportery metali, takie jak ATP7A/B lub DMT121,22, oraz enzymy przetwarzania transbłonowego, w tym karboksypeptydaza D, furyna lub BACE123,24,25. Oprócz tych endogennych białek, toksyny bakteryjne i roślinne (np. toksyna Shiga i, rycyna i abryna) porywają wsteczne mechanizmy transportowe, aby dotrzeć do ER w celu retrotranslokacji do cytozolu26,27,28,29.
Aby bezpośrednio analizować ruch wsteczny, wcześniej opracowaliśmy zestaw narzędzi oparty na nanociałach do oznaczania i śledzenia białek ładunkowych od powierzchni komórki do przedziałów wewnątrzkomórkowych30. Nanociała reprezentują nową rodzinę spoiw białkowych pochodzących z homodimerycznych przeciwciał opartych wyłącznie na łańcuchach ciężkich (hcAb), które naturalnie występują u wielbłądowatych i ryb chrzęstnych31,32. Stanowią one zmienną domenę łańcucha ciężkiego (VHH) hcAb i mają wiele zalet w porównaniu z konwencjonalnymi przeciwciałami (np. IgG): Są monomeryczne, małe (~15 kDa), wysoce rozpuszczalne, pozbawione wiązań dwusiarczkowych, mogą ulegać ekspresji bakteryjnej i są wybierane pod kątem wysokiego powinowactwa wiązania33,34,35,36. Aby nasze narzędzie do nanowirusa było wszechstronne i miało szerokie zastosowanie, zastosowaliśmy funkcjonalizowane nanociała anty-GFP do znakowania powierzchniowego i śledzenia białek znakowanych GFP w ich domenie zewnątrzkomórkowej/świetlnej. Poprzez funkcjonalizację nanociał za pomocą mCherry, peroksydazy askorbinianowej 2 (APEX2)37 lub sekwencji siarczanowania tyrozyny (TS), wsteczny transport prawdziwych transbłonowych białek ładunkowych można analizować za pomocą obrazowania stałych i żywych komórek, mikroskopii elektronowej lub biochemicznie. Ponieważ siarczanowanie tyrozyny, w którym pośredniczą sulfotransferazy tyrozyloproteinowe (TPST1 i TPST2) jest modyfikacją potranslacyjną ograniczoną do trans-Golgiego/TGN, możemy bezpośrednio badać transport i kinetykę interesujących białek z powierzchni komórki do tego wewnątrzkomórkowego przedziału Golgiego38,39,40.
W tym artykule o metodach opisujemy łatwość produkcji funkcjonalizowanych nanociał (VHH-2xTS, -APEX2, -mCherry i pochodnych) nadających się do wielu zastosowań do analizy transportu wstecznego w komórkach ssaków30. Koncentrujemy się głównie na wykorzystaniu nanonika modyfikowanego w miejscu TS do analizy ruchu wewnątrzkomórkowego od powierzchni komórki do przedziału zasiarczenia.