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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este manuscrito descreve um método para visualizar e quantificar eventos tradução localizada em compartimentos subcellular. A abordagem proposta neste manuscrito requer um sistema básico de imagens confocal e reagentes e é rápido e econômico.
Os mecanismos de regulação tradução do mRNA estão envolvidos em diversos processos biológicos, tais como o desenvolvimento de linha germinal, diferenciação celular e organogênese, bem como em várias doenças. Inúmeras publicações têm demonstrado convincentemente que mecanismos específicos firmemente regulam tradução do mRNA. Aumento do interesse na regulação da expressão da proteína induzida em tradução tem levado ao desenvolvimento de novos métodos de estudar e seguir de novo proteína síntese em cellulo. No entanto, a maioria desses métodos é complexa, tornando-os dispendiosos e muitas vezes limitar o número de destinos de mRNA que podem ser estudados. Este manuscrito propõe um método que requer somente reagentes básicos e um sistema de imagens de fluorescência confocal para medir e visualizar as alterações na tradução de mRNA que ocorrem em qualquer linha de celular em diversas condições. Este método foi usado recentemente mostrar tradução localizada nas estruturas subcelulares de células aderentes durante um curto período de tempo, oferecendo assim a possibilidade de visualizar a tradução de novo por um curto período durante uma variedade de biológicas processos ou de Validando alterações na atividade translacional em resposta a estímulos específicos.
O Regulamento de tradução por diferentes funções celulares levou muitas equipes de investigação para desenvolver novas ferramentas e métodos para determinar a Localização subcellular da tradução do mRNA e proteína regulamentado síntese1,2 ,3,4. Estes recentes avanços tecnológicos permitem uma melhor compreensão dos mecanismos que envolvem a tradução upregulation ou a repressão de mRNAs específicos durante processos biológicos, tais como o desenvolvimento neuronal, a resposta de drogas e metástase5 ,6,7,8. No entanto, a maioria desses métodos requerem equipamentos específicos que podem não estar disponíveis para a maioria dos laboratórios e reagentes caros ou perigosos. Como tal, um método de baixo custo para permitir a rápida avaliação de eventos de tradução foi desenvolvido para especificamente contornar esses problemas potenciais. Este método detecta modulações translacionais agudas que ocorrem durante os processos celulares específicos e também permite a localização de tradução usando microscopia confocal.
Os métodos descritos aqui foram usados para monitorar uma tradução localizada dentro de compartimentos subcellular chamado espalhamento iniciação centros (SIC)5. SICs são transitórias estruturas encontradas nas células semeadas que são localizadas no topo de complexos de adesão nascente. Embora SICs e complexos de adesão são distintos, seus destinos estão intimamente ligados. Com efeito, SICs são conhecidos por desaparecer gradualmente após maturação complexo de adesão focal em um site de adesão durante a fase inicial de adesão. Descobrimos que RNA-proteínas conhecidas para controlar especificamente tradução mRNA (por exemplo, Sam68, FMRP e G3BP1) e polyadenylated RNAs foram enriquecidos dentro estas estruturas5. Usando os métodos descritos aqui, nós mostramos que o Regulamento de SIC-associada mRNA tradução age como uma barreira, permitindo semeado células para consolidar a adesão celular. Este método, baseado na incorporação de puromicina, poderia ser considerado uma versão adaptada da superfície de sensoriamento de tradução do ensaio (pôr do sol). Originalmente desenvolvido para medir as taxas de síntese de proteína global usando um aminoácido não-radioativa etiquetado, proteína puromycilation oferece uma maneira eficiente de Visualizar de síntese de proteínas de novo 9. Esse método depende o comportamento intrínseco de puromicina, um antibiótico que bloqueia a tradução por meio de encerramento prematuro da cadeia no Ribossoma10. Com efeito, a puromicina é estruturalmente análoga ao tRNA-correntes, que permite a incorporação alongando cadeias peptídicas através da formação de uma ligação peptídica. No entanto, vinculação de puromicina para uma crescente cadeia peptídica impede que uma nova ligação peptídica sendo formado com o próximo aminoacil-tRNA, desde puromicina tem uma ligação Amida não hidrolisável em vez da ligação éster hidrolisável encontrada em tRNAs. Assim, a incorporação de puromicina alongando polipeptídeos resulta na liberação prematura de numerosos polipeptídeos de puromycilated truncado correspondente ativamente traduzido do mRNA9,11,12 .
Usando este método, foi possível avaliar tradução ativa dentro de uma viúva de curto período de tempo (por exemplo, 5 min) durante a adesão celular usando um anticorpo específico dirigido contra puromicina em células que foram suplementados com o antibiótico para períodos de 5-min em pontos de tempo diferentes durante a adesão célula processo5. A precisão deste teste depende altamente específicos anticorpos dirigidos contra a fracção puromycilated. Detecção de imunofluorescência do polypeptide puromycilated fornece uma repartição geral subcellular do mRNA recentemente traduzidas, que também pode ser quantificada com grande precisão usando sistemas de imagiologia confocal.
Portanto, esse método oferece uma opção relevante para um grande número de laboratórios estudando mecanismos de regulação traducional envolvidos em processos como granulação neuronal6,13,14, 15, morphogen mRNA de localização e tradução durante desenvolvimento16,17. Também é adequado para estudar tradução localizada ou compartimentada durante rápidas eventos biológicos, tais como a migração celular, adesão ou invasão, ou simplesmente avaliar tratamentos com drogas que podem induzir alterações translacional5, 7 , 18. em geral, esse método permite que para a visualização de eventos tradução localizadas ou controlada de uma forma rápida, precisa e econômica.
1. determinação das condições de Puromycilation
Nota: esta técnica descreve o método usado para avaliar a tradução localizada durante o MRC-5 célula adesão processo 5. Como puromycilation pode ser feito em qualquer célula, é importante otimizar as condições de puromycilation para as linhas de célula específica a ser usado, porque as condições de tratamento não são idênticas para cada linha de celular em termos de concentração de puromicina e o desejado tempo de incubação. Para mostrar como essas condições são definidas, três linhas de célula exemplo (ou seja, HeLa, MRC-5 e 7-Huh) foram tratadas com concentrações crescentes de puromicina para tempos de incubação diferentes ( Figura 1).
2. Em Cellulo Localizada a visualização de tradução
Nota: A técnica descrita aqui foi usada para avaliar a tradução localizada dentro SICs em MRC-5 células durante o processo de adesão 5. Embora MRC-5 células são usadas aqui, outras linhas de células podem ser usadas com a mesma metodologia descrita no passo 2.1.
3. Aquisição de imagens de imunofluorescência
Nota: A metodologia a seguir pode ser usada com qualquer sistema da imagem latente confocal comercialmente disponível.
Configurações de4. Quantificação de imagem imunofluorescência
Para observar com precisão eventos de tradução usando a incorporação de puromicina, é fundamental para determinar as condições ideais para cada linha de celular porque cada mostra diferentes puromicina incorporação cinética (Figura 1)9,11 ,12,18. Portanto, para validar a incorporação de puromicina, é necessário tratar a linha de celular desejado com um espectro normalizado de concentrações crescentes de puromicina (1.0, 2,5, 5,0, 7,5, 10,0 e 15,0 µ g/mL) por diferentes períodos de tempo (5 a 10 min). Para avaliar a tradução localizada ou uma resposta inicial ao tratamento medicamentoso, um menor tempo de incubação é preferencial (por exemplo, menos do que 5 min), pois permite a avaliação direta dos eventos translacionais diretamente a seguir um tratamento específico. Idealmente, o sinal de puromicina deve ser facilmente detectável, mas também deve evitar o ponto de saturação (Figura 2). Conforme representado na Figura 2 (painéis à esquerda), uma concentração de puromicina aceitável é 7.5-10,0 µ g/mL para MRC-5 e HeLa, Considerando que 5,0-7,5 µ g/mL de puromicina é sugerido para Huh-7. Otimização dos parâmetros experimentais é crucial, porque o objetivo desse método é para não inibir completamente todos os alongamento translacional no momento da iniciação, mas a tag recentemente as correntes do polypeptide synthetized durante a tradução para detectar aguda variações na tradução. Esta fase inicial no protocolo não deve ser negligenciada, como excessiva puromicina disponibilidade e tempo de tratamento prolongado causará grandes consequências indesejadas. Como observado na Figura 2 (painéis de certo), as células tratadas por 10 min com uma concentração alta de puromicina gerará principalmente menores puromycilated polipeptídeos (por exemplo, Huh-7, 7,5 µ g/mL ou mais por 10 min). Esses polipeptídeos menores serão difundir mais rapidamente na célula, o que pode interferir com a avaliar com precisão a Localização subcellular. Outro problema é que esse aumento de proteólise ocorre após a puromicina excessivo tratamento19. Este resultado foi observado em células de MRC-5 e HeLa tratadas por 10 min, que mostrou sinal de diminuição da intensidade na presença de 10 ou 15 µ g/mL de puromicina. Ambos estes fenômenos são enganosos, se a incorporação de puromicina é avaliada pela imunofluorescência porque maior difusão impede a visualização precisa de localização de tradução, Considerando que a degradação induzida por puromicina diminui significativamente sensibilidade de detecção. Estas consequências não desejadas são facilmente evitadas definindo adequadamente condições experimentais ideais, conforme descrito na seção 1 do protocolo.
Ao mesmo tempo visualizando a incorporação de puromicina, também é importante realizar um controlo adequado. Como mostrado na Figura 3A, incorporação de puromicina pode ser eficientemente bloqueada pela adição de 50 cicloheximida µ g/mL, um composto conhecido por inibir a tradução alongamento20 e, portanto, a incorporação de puromicina. Esse comportamento é mostrado na Figura 3B, que mostra que tratamento cicloheximida impedido eficientemente a maioria do sinal correspondente à incorporação de puromicina em células aderentes do MRC-5. Com efeito, enquanto os peptídeos de puromycilated podem ser visualizados em células tratadas com puromicina apenas, é detectado um sinal fraco em células que também foram tratadas com cicloheximida sob condições idênticas de coloração. Como alternativa, a outro antibiótico (anisomycin) também pode ser usado como um controle negativo, pois tem a capacidade de bloquear peptidyl transferase atividade5 e foi mostrado para ser tão eficiente quanto cicloheximida na incorporação de puromicina5 de bloqueio ,18
Após a aquisição de imagens de imunofluorescência, é possível avaliar a localização geral do puromycilated polipeptídeos correspondentes a recém synthetized proteínas (Figura 4). Camadas de imagem são selecionadas em diferentes profundidades no interior das células aderentes, permitindo que a intensidade do sinal em compartimentos subcellular ser avaliada em planos diferentes da célula. Como tal, é possível comparar a reação de puromycilation localizadas na parte inferior da célula (Figura 4A), no meio da célula (Figura 4B), ou a parte superior da célula (Figura 4). Situado ligeiramente acima de estruturas de adesão nascente e amadurecimento, SICs são observados principalmente no meio da célula. Como esperado, puromycilation intensa é detectado no SICs, sugerindo que a tradução de mRNA é isolada para estas estruturas subcelulares. Como mencionado anteriormente, é possível comparar a intensidade de sinal ao longo de um eixo desejado. Essa comparação só é possível se as imagens adquiridas não incluem pixels saturados, que aparecem em vermelhos na imagem em tons de cinza (segundo painéis de cima) obtidos utilizando o microscópio software operacional. Estas imagens podem ser importadas para o software ImageJ para quantificação e análise de intensidade ao longo de um eixo designado pixel. A quantificação do pixel pode ser representada graficamente (painel central) para ilustrar a intensidade relativa de pixel em posições designadas ao longo do eixo. Um olhar mais atento a inserir os painéis superior mostra os limites da SIC-actina (em vermelho) e um sinal verde dentro da estrutura que corresponde aos eventos de tradução altamente ativo, que são enriquecidos dentro destas estruturas (parte inferior). Embora este método de quantificação não é a melhor maneira de determinar o percentual exato da tradução total ocorrendo nessas estruturas, é visualmente informativo permitindo a rápida avaliação da intensidade de sinal e é uma boa aproximação da distribuição de sinal em toda a célula.
Para obter uma distribuição quantitativa do sinal em toda a célula inteira, outro método deve ser usado. Como mostrado na Figura 5, uma das principais etapas é denotar as áreas de interesse que precisam ser quantificadas para cada plano z compondo os arquivos de imagem confocal. Esta atribuição pode ser conseguida usando uma ferramenta de desenho diferente encontrada no ImageJ. Usando este método, é possível quantificar a uma única área ou várias áreas, que podem ser comparadas, subtraídas ou até mesmo compiladas. As principais dificuldades são: (i) encontrar a imagem ideal de condições que evitar saturação de pixel e sinal de fundo, que podem deturpar o valor quantitativo do sinal obtido e (ii) estabelecer uma calibração óptima do limiar no ImageJ. Supondo que ambas as condições forem ideais, este método de quantificação é altamente reprodutível, permanecendo ainda fácil de executar. Antes da aquisição de imagens, também é importante determinar cuidadosamente os limites inferior e superiores dos aviões-z da célula selecionada para quantificação. No caso apresentado na Figura 4, a seção inferior corresponde ao limite de resolução do objectivo, que muitas vezes inclui contaminando evanescente da fluorescência, que pode diminuir a taxa de sinal de corpo SIC/célula. Como mencionado anteriormente, SICs estão envolvidos na formação local de aderência e maturação; Portanto, estruturas SIC situam-se ligeiramente acima recém formando complexos de adesão, que exclui a fluorescência evanescente das camadas mais baixas. Assim, o sinal de puromycilation ligados a SIC é pouco visível nas seções inferior, Considerando que podemos claramente obsErve ele na seção intermediária, explicando a maior proporção de corpo SIC/celular sinal na região média em comparação aos planos inferiores ou superiores.

Figura 1. Representação experimental da otimização puromicina tratamento descrita no ponto 1.
(A) uma representação de 24-poço de células sendo propagada para o experimento (etapa 1.1). (B) representação esquemática da etapa 1.4 mostrando a mudança média nas linhas 1 e 2 da placa de 24 poços e a adição de cicloheximida (CHX) a cada poço da terceira linha para uma concentração final de 50 µ g/mL. (C) representação esquemática da puromicina nas segunda e terceiros linhas (passo 1.6) 15 min após a etapa 1.4. (D) representação esquemática da puromicina na primeira linha (passo 1.8) 5 min depois passo 1.6. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2. Determinação das condições ideais para a incorporação de puromicina.
Análise ocidental do borrão da célula inteira extrair do (A)MRC-5, (B) Huh-7 e (C) as células HeLa, incubadas com concentrações crescentes de puromicina (0, 2,5, 5, 7,5, 10 e 15 µ g/mL) por um período de 5 min (painéis esquerdos) ou 10 min (à direita painéis). Peptídeos de Puromycilated foram detectados usando um anticorpo contra puromicina. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3. Inibição da puromycilation usando cicloheximida.
(A) borrão ocidental, mostrando o efeito de cicloheximida sobre um ensaio de puromycilation 5-min. Eficiência de incorporação em MRC-5, Huh-7 e as células HeLa após simulação (PBS 1x) ou tratamento de cicloheximida. (B) imagem Confocal mostrando o efeito de cicloheximida na incorporação de puromicina. MRC-5 células foram pré-tratadas com PBS (simulação) ou cicloheximida por 15 min e depois completadas com 10 µ g/mL de puromicina + PBS 1x (painel esquerdo) ou 10 µ g/mL de puromicina + 50 µ g/mL de cicloheximida (painel direito) para 5 min. Puromycilated proteínas foram detectados usando um anticorpo contra puromicina (verde). F-Actina foi detectado usando faloidina (vermelho), e o núcleo estava manchado com DAPI (azul). Inserções no lado direito correspondem a uma ampliação de 2,5 x de caixa branca. Bares = 10 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4. Quantificação da atividade translacional em SICs em células aderentes do MRC-5.
(A-C) Imagem confocal representativa das células aderentes do MRC-5 tratados com 10 puromicina µ g/mL por 5 min. As imagens apresentadas correspondem a parte inferior (A), médio (B)e superior (C) partes da célula. Os painéis superiores mostram as proteínas puromycilated detectadas utilizando um anticorpo contra puromicina (verde). F-Actina foi detectado usando faloidina (vermelho), e o núcleo estava manchado com DAPI (azul). Inserções no lado direito correspondem a uma ampliação de 2x de caixa branca. Bares = 10 μm. Os painéis de médios comprovar a ausência de pixels saturados, o que poderia ter sido destacadas em vermelho. Os painéis inferiores mostram uma representação gráfica de enriquecimento de proteína puromycilated em uma célula de MRC-5 aderente, comparando a intensidade de sinal por puromicina (verde), F-Actina (vermelho), e DAPI (azul) ao longo do eixo da célula indicada pela seta branca. (D-F) As imagens apresentadas correspondem a 4.4 x inserção de ampliação dos SICs apresentado em (A-C). A quantificação mostra a fronteira da SIC (picos vermelhos: actina), bem como uma tradução localizada dentro do SICs (verde picos: puromicina) no mais baixo (D), meio (E), e as regiões superiores (F) da célula. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5. Quantificação de células inteiras sinal de puromycilated de proteínas nas células aderentes do MRC-5.
(A) determinação do sinal dentro de diferentes áreas da camada de z-plano de fundo de uma célula de MRC-5 aderente. (Painel esquerdo) Seleção de área (I), cobrindo a totalidade da célula para obter um valor quantitativo correspondente ao sinal de celular total para esta camada plano z. (Painel do meio) Seleção da área celular correspondente para o núcleo e a parte citoplasmática que não inclui SIC (II). (Painel direito) Visualização da área correspondente para o SICs (III) subtraindo o valor obtido a partir da área II do valor obtido para a célula inteira (área eu). Bares = 10 μm. (B) valores de pixel quantitativos para cada área estão listados na tabela para a imagem representando a seleção de área em (A), seguida por um gráfico mostrando a proporção (%) do sinal encontrado no SICs. (C) determinação do sinal dentro de diferentes áreas da camada de z-plano média de uma célula de MRC-5 aderente. (Painel esquerdo) Seleção da área de (I), cobrindo a totalidade da célula para obter um valor quantitativo correspondente ao sinal de celular total para esta camada plano z. (Painel do meio) Seleção da área de célula correspondente para o núcleo e a parte citoplasmática que não inclui SIC (II). (Painel direito) Visualização da área correspondente para o SICs (III) subtraindo o valor obtido para a área II do valor obtido para a célula inteira (área eu). (D) valores de pixel quantitativos para cada área estão listados na tabela para a imagem representando a seleção de área em (C), seguida por um gráfico mostrando a proporção (%) do sinal encontrado no SICs. (E) determinação do sinal dentro de diferentes áreas da camada superior de z-plano de uma célula de MRC-5 aderente. (Painel esquerdo) Seleção da área de (I), cobrindo a totalidade da célula para obter um valor quantitativo correspondente ao sinal de celular total para esta camada plano z. (Painel médio) seleção da área de célula correspondente para o núcleo e a parte citoplasmática que não inclui SICs (II). (Painel direito) Visualização da área correspondente para o SICs (III) subtraindo o valor obtido para a área II do valor obtido para a célula inteira (área eu). (F) valores de pixel quantitativos para cada área estão listados na tabela para a imagem representando a seleção de área em (MI), seguida por um gráfico mostrando a proporção (%) do sinal encontrado no SICs. (G) quantificação valores para todas as camadas de z-plano da célula apresentada acima, incluindo um calculados para z-aviões apresentados na (z = 1), C (z = 9) e (z = 19), que são destacadas em vermelho em cima da mesa. (H) a representação gráfica da percentagem de sinal encontrado no SICs em todo o volume de toda a célula. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm nada para divulgar.
Este manuscrito descreve um método para visualizar e quantificar eventos tradução localizada em compartimentos subcellular. A abordagem proposta neste manuscrito requer um sistema básico de imagens confocal e reagentes e é rápido e econômico.
Agradecemos o Dr. Rachid Mazroui (Université Laval, Quebec, Canadá) para a leitura crítica do manuscrito. Agradecemos a célula Imaging unidade do centro de pesquisa para sua assistência técnica. M.-é Huot é um estudioso de pesquisa Junior 1 do de Fonds Recherche du Québec-Santé (FRQ-S). Este trabalho foi apoiado pelo canadense institutos de pesquisa em saúde (número CIHR, MOP-286437 de M.-nao de concessão. Huot).
| DMEM | wisent | 319-005-CL | |
| Tripsina | wisent | 325-043 EL | |
| FBS | Thermo Fisher Scientific | 12483020 | |
| Anticorpo Puroycin 12D10 | EMD millipore | MABE343 | diluição western blot 1:25.000 Diluição de imunofluorescência 1:10.000 |
| IgG anti-camundongo, HRP-linked Sinalização | celular de anticorpos tecnologia | 7076 | diluição western blot 1:8.000 |
| Western Lightning Plus-ECL | Perkin Elmer | NEL104001EA | |
| Anti-mouse IgG (H+L), F(ab')2 Fragmento (Alexa Fluor 488 Conjugado) | tecnologia de sinalização celular | 4408 | diluição de imunofluoresecência 1:400 |
| CF568 Faloidina | biotium | 00044 | diluição de imunofluoresecência 1:400 |
| Ciclohexmida | Sigma | C1988-1G | 50µ g/ml de concentração final |
| DAPI (4',6-Diamidino-2-Fenilindol, Dicloridrato) | Invitrogen | D1306 | concentração final 1µ g/ml |
| de Puromicina | bio-Basic | PJ593 | 2.5µ g/ml a 10µ g/ml |
| Ibidi µ-Dish 35 mm, alto, ibiTreat | Ibidi | 81156 | |
| células MRC-5 | ATCC | CCL-171 | |
| células HeLa | ATCC | CCL-2 | |
| células Huh-7 | do Dr. Mazroui (Université Laval) | ||
| Fv1000 | olympus | sistema de | imagem confocal |
| Fiji software | http://fiji.sc | ||
| PBS (Phosphate BuffeRed Saline) | bio-Basic | PD8117 | |
| Formaldeído 37% Solução | bio-Basic | C5300-1 | |
| Triton X-100 | bio-Basic | TB0198 | |
| BSA | Biorreagentes Fisher | BP9702-100 | |
| Tween20 | Biorreagentes Fisher | BP337-500 |