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Análise Quantitativa de Autophagy usando microscopia de fluorescência avançada 3D

DOI:

10.3791/50047

May 3rd, 2013

In This Article

Summary

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Autophagy é um processo ubíquo que permite que as células para se degradarem e reciclar proteínas e organelas. Aplicamos microscopia de fluorescência para visualizar avançada e quantificar o pequeno, mas, alterações físicas essenciais associados com a indução de autofagia, incluindo a formação e distribuição de autofagossomas e lisossomas, e sua fusão em autolysosomes.

Abstract

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O câncer de próstata é a forma principal de tumores malignos entre os homens em os EUA Enquanto a cirurgia acarreta um risco significativo de impotência e incontinência, as abordagens quimioterápicos tradicionais têm falhado. A terapia hormonal é eficaz na fase inicial, mas muitas vezes falha com o eventual desenvolvimento de tumores hormônio-refratário. Nós estávamos interessados ​​no desenvolvimento de terapêuticas dirigidas deficiência metabólica específica de células tumorais. Recentemente, mostrou que as células de tumor da próstata não têm especificamente uma enzima (sintase argininosuccinato ou ASS) envolvida na síntese da arginina, um aminoácido. Esta condição faz com que as células do tumor se tornar dependente de arginina exógena, e eles passam por estresse metabólico quando arginina livre está esgotada pela arginina deiminase (ADI) 1,10. Na verdade, temos demonstrado que as células cancerosas humanas da próstata CWR22 RV1 são efetivamente morto por ADI com apoptose caspase-independente e autopha agressivogy (ou macroautophagy) 1,2,3. A autofagia é um processo evolutivamente conservada que permite que as células de metabolizar proteínas indesejadas pelo colapso lisossômico durante inanição nutricional 4,5. Embora os componentes essenciais desta via são bem caracterizados 6,7,8,9, muitos aspectos do mecanismo molecular não são ainda claras - em particular, o que é o papel de autofagia no-resposta a morte de células de cancro da próstata após o tratamento ADI ? A fim de resolver esta questão, necessário um método experimental para medir o nível ea extensão da resposta autofágica em células - e uma vez que não há marcadores moleculares conhecidos que podem controlar com precisão este processo, optamos por desenvolver uma abordagem baseada em imagens, usando 3D microscopia de fluorescência quantitativa 11,12.

Usando CWR22Rv1 células especificamente marcados com sondas fluorescentes para autophagosomes e lisossomos, mostramos que pilhas de imagens 3D adquirido com ou widefield microscopia desconvolução (e mais tarde, com super-resolução, microscopia de iluminação estruturada) pode capturar claramente as fases iniciais de indução autofagia. Com as aplicações de análise de imagem digitais disponíveis comercialmente, podemos facilmente obter informação estatística sobre o número e autophagosome lisossoma, o tamanho, a distribuição, e do grau de co-localização de qualquer célula de imagens. Esta informação permite-nos acompanhar com precisão o progresso da autofagia em células vivas e permite que nossa investigação contínua sobre o papel da autofagia na quimioterapia do cancro.

Protocol

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1. Parte 1: Cultura de Células e Rotulagem Imuno-fluorescência

  1. Cresça CWR22 RV1 células tumorais da próstata humana em lamelas de vidro (# 1,5 ou 170 m de espessura), colocadas em placas de 6 poços, com meio RPMI (Mediatech, VA) contendo 10% de soro fetal bovino (FBS) e 1% de penicilina / estreptomicina / glutamina.
  2. Induzir autofagia amostras seleccionadas por tratamento com arginina deiminase (ADI, 0,3 ug / ml) em solução salina tamponada com fosfato (PBS).
  3. Fixar as células com paraformaldeído a 4% (PFA, Fisher Scientific, NH), diluídas em PBS, 100 ul por lamela, durante 10 min à TA.
  4. Lave as células 3x com 1 ml de HB....

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Results

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A sequência da imagem mostrada na Figura 1 mostra as mudanças físicas que ocorrem em CWR22 células durante os primeiros 80 minutos de indução autofagia. Neste e em outros estudos (não mostrado), consistentemente, observada: (1) de deslocamento do núcleo de distância do centro da célula, (2) redução dos pontos de adesão focal, e (3) a translocação geral autofagossomas e lisossomas em direcção ao centro da célula. Além disso, também observamos um pequeno aumento na co-localização (indicado em amarelo) ent.......

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Discussion

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Enquanto a observação direta de células marcadas com sondas fluorescentes contra LC3 é amplamente aceito como um método padrão para confirmar resposta autofágica 6, imagens 3D quantitativa do mesmo sistema (como temos feito) fornece informações e detalhes sem precedentes sobre o complexo processo de autofagia celular . Em particular, observa-se que centenas (se não milhares) de autophagosomes em células vivas são formadas dentro de 80 min de indução de autofagia. Da mesma forma, observa-se alterações morfológ.......

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Disclosures

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Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgements

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Apoio Grant: NIH CA165263, CA150197 NIH, NIH CA150197S1 (HJ Kung), NIH CA150197S1 (CA Changou), NSF PHY-0120999 Centro de Biofotônica da Ciência e Tecnologia (DL Wolfson, FYS Chuang), DOD PC073420 (RJ Negrito), a pesquisa Conselho da Noruega, Leiv Eiriksson viagem Grant 209286/F11 (BS Ahluwalia). HJ Kung também agradece o apoio do Fundo Endowment Cancer Comunidade Auburn. RJ Negrito também reconhece o apoio da J. McDonald investidura.

Agradecemos ao Dr. Jenny Wei-Jen Kung e Dr. Bor-wen Wu em DesigneRx para generosa oferta de ADI.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Arginina Deiminase (ADI)DesigneRx
HEPESSigmaH4034
CaseínaSigmaC5890
ParaformaldeídoFisher4042
SaponinaSigmaS4521
Alexa anti-mouse 555InvitrogenA21422
Alexa anti-coelho 647InvitrogenA21244
LysoTracker Vermelho DND-99InvitrogenL7528
anti-Lâmpada1DSHBH4A3
anti-CaderinaSinalização Celular#3195
SlowFade GoldInvitrogenS36936
35 mm placa inferior de vidro revestido de poli-d-lisinaMatTekP35GC-1.5-1.4-C
No.1, lamínula de 22 mmCorning#2865-22
Lâminas de microscópioGlobe Scientific1324G

References

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  1. Kim, R. H., Coates, J. M., Bowles, T. L., McNerney, G. P., Sutcliffe, J., Jung, J. U., Gandour-Edwards, R., Chuang, F. Y., Bold, R. J., Kung, H. J. Arginine deiminase as a novel therapy for prostate cancer induces autophagy and caspase-independent apoptosis. Cancer Res. 69 (2), 700-708 (2009).
  2. Miyazaki, K., Takaku, H., Umeda, M., et al.

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