本文介绍了一种简便、有效的测量哺乳动物细胞中大块自噬性螯合活性的协议。该方法以定量测定乳酸脱氢酶 (ldh) 在 sedimentable 细胞分数与总细胞 LDH 水平的比例。
大块自噬的特点是将大部分细胞质封存成双/多膜结构, 称为自噬体。这里介绍了一个用于监视此过程的简单协议。此外, 还提供了不同类型培养哺乳动物细胞在自噬诱导条件下的典型结果和实验验证。在大块自噬期间, 自噬体封存细胞质, 从而也可溶胞浆蛋白, 连同其他自噬性货物。乳酸脱氢酶是一种稳定、高度丰富的可溶性胞浆酵素, 无选择性地将其自噬体。因此, LDH 螯合的数量反映了散装自噬性封存的数量。为了有效、准确地测定细胞中 LDH 的封存, 我们采用了一种基于 electrodisruption 的分馏协议, 有效地将 sedimentable 与胞浆 ldh 分离, 其次是 sedimentable 酶活性的测定。分数与全细胞样本。自噬性螯合是通过从治疗细胞中减去未经处理细胞中 sedimentable LDH 的比例来确定的。LDH 螯合法的优点是它能定量测量内源性货物的自噬性封存, 而不是其他涉及螯合探针或半定量蛋白酶的异位表达的方法。自噬标记物或受体的保护分析。
自噬 (希腊语为 “自我吃”) 是一个进化保守的过程, 泡/溶酶体降解细胞内物质。在发现自噬相关的 (“ATG”) 基因, 这是重要的是在酵母和人类的自噬, 并认识到自噬在人类健康和疾病中发挥重要作用 (承认2016诺贝尔医学或生理学奖, 以Ohsumi), 自噬已迅速成为细胞生物学1,2最强烈的研究过程之一。
Macroautophagy (以下简称 “自噬”) 的特点是将胞内膜池 (“phagophores”) 扩展和折叠成密封、双层或多膜结构 (“自噬体”), 有效地封存从细胞质的其余部分包裹材料。自噬体与溶酶体融合后, 内 autophagosomal 膜和螯合货物均被降解和回收。自噬体可以在随机 (非选择性自噬) 和选择性 (选择性自噬) 方式中封存细胞质材料。大块自噬很可能代表了非选择性和选择性自噬的混合。
在1960代和70代 (自噬研究的 “形态学时代”), 自噬性封存主要通过超微结构分析来评估。在1980代和开始的1990代 (“生物化学时代”) 每 Seglen 和同事-谁研究了自噬在主要鼠肝细胞-开发了第一种方法定量测量自噬性封存活动3。使用这些化验, Seglen 定义和描绘了自噬性溶酶通路4,5的不同步骤, 发现和铸造 amphisome6 (endosome autophagosome 融合的产物), 是第一个描述蛋白质磷酸化在自噬规则7中的作用。然而, 在 ATGs 的发现以后在1990代 (“分子时代”) 和第一个描述哺乳动物 ATG8 蛋白质, 微管伴生的蛋白质 1 a/1 b 光链子 3 (LC3) 在 2000年8, 使用 ATG 蛋白质作为标记为自噬性过程迅速获得普及, 并留下了更古老和更费力的生化方法。事实上, 在过去的18年中, LC3 的印迹和荧光显微分析已经成为目前为止最受欢迎的 (在许多情况下, 唯一的) 方法研究哺乳动物细胞的自噬。好处是这些方法的相对易用性可以进行。缺点是, 一个是研究车组件 (LC3) 而不是实际的自噬性货物。这是一个相当严重的劣势, 因为 LC3 的状态和/或通径与货物的封存和通量之间的关系是非常不清楚的。事实上, 我们已经表明, 尽管在细胞9中存在共轭 LC3, 但在没有 LC3 通量的情况下, 散装货物流量可以保持在高水平。此外, 我们证明了大体积自噬不受有效 LC3 损耗的影响, 因此很可能是 LC3-independent9。这一发现后来得到了10,11LC3 的研究证实, 这也表明, 依赖于 mitophagy (选择性自噬线粒体) 是独立的 LC310,11.
总而言之, 显然需要以货物为基础的化验来监测自噬性活动。最佳的这种化验应广泛适用, 定义明确, 易于执行。在过去的几年中, 我们对 LDH 螯合法的研究特别感兴趣, 这是在1980的12中由每 Seglen 开发的, 并以测量胞浆 ldh 为 sedimentable、自噬性液泡细胞的方法为基础。分数。乳酸脱氢酶是一种稳定的可溶性胞浆蛋白, 在 phagophores 包裹细胞质货物时易于相互隔离。因此, LDH 的封存是自噬性封存的一般措施。LDH 是完全退化的自噬性溶酶通路12。因此, 在酶抑制剂的存在,例如, bafilomycin A1 (生物滤池)13, 实验治疗效果直接反映了自噬性螯合活动的变化。在没有降解抑制剂的情况下, 可以测量 LDH 螯合和降解的改变的净效应。
乳酸脱氢酶螯合的测定是广泛适用的, 因为 ldh 是高度和无所不在表达的所有细胞类型, 和 LDH 水平可以准确地量化的酵素化验14,15。然而, 最初的协议12 -建立在原发鼠肝细胞-是相当耗时, 需要大量的启动材料以及一个定制的放电电容器。以循序渐进的方式, 我们已逐步将该检测转化为一种简便、通用的方法。首先, 原始的协议被适应了用于哺乳动物细胞线16。第二, 该方法实质上是缩小3,9。第三, 消除了协议中的几个步骤, 包括一个费力的密度缓冲步骤17。这同时使方法的进一步降尺度, 从最初的起点使用 10 cm 板材每样品16使用一个井从12井板材每样品 (即, 大约15倍较少开始材料)17。第四, 我们确定了一种商用电穿孔装置, 可取代自定义的放电电容器17。
在这里, 我们最新的乳酸脱氢酶封存试验的协议, 其中包括一些进一步简化的方法与以前发表的17相比, 提出。同时, 给出了一系列不同细胞类型的典型结果, 并给出了利用药理学和遗传击倒和剔除方法进行多行实验验证的方法。有关整个协议的总体流程方案, 请参见图 1。
总之, 这里描述的协议是一种可靠和广泛适用的方法来监测哺乳动物细胞中的大块自噬性封存活动。与原来的方法12,16相比, 我们已经删除了一些不必要的步骤, 简化了几个剩余的步骤, 并引入了一个实质性的降尺度。因此, 该协议在成本和时间效率方面有了很大的改进, 与原始协议相比, 现在可以在不到一半的时间内处理相同数量的样本。对于24个样本, 步…
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了挪威研究委员会、奥斯陆大学、安德斯 Jahre 基金会、南森基金会的资助, 以及纪念亨利霍曼的遗产。我们感谢郎水岛博士 ATG5+/+ MEFs 和 ATG5-/MEFs, 为 ATG7+/+ MEFs 和 ATG7-/MEFs, 并 Shizuo 博士为 ATG9A+/+ MEFs 和 ATG9A-/MEFs。我们感谢弗兰克 Sætre 的技术援助, 以及每 Seglen 博士为建设性的方法讨论。
1.5 ml and 2 ml microcentrifuge tubes | Eppendorf | 211-2130 and 211-2120 | |
12-well plates | Falcon | 353043 | |
Accumax cell detachment solution | Innovative Cell Technologies | A7089 | Keep aliquots at -20 °C for years, and in fridge for a few months |
Bafilomycin A1 | Enzo | BML-CM110-0100 | Dissolve in DMSO |
BJ cells | ATCC | CRL-2522 | use at passage <30 |
Bovine serum albumin (BSA) | VWR | 422361V | |
Burker counting chamber | Fisher Scientific | 139-658585 | |
Countess Cell Counting Chamber Slides | ThermoFisher Scientfic | C10228 | |
Countess II Automated Cell Counter | ThermoFisher Scientfic | AMQAX1000 | |
Cover glass for the Burker counting chamber | Fisher Scientific | 139-658586 | |
Criterion Tris-HCl Gel, 4–20%, 26-well, 15 µl, 13.3 x 8.7 cm (W x L) | Bio-Rad | 3450034 | |
DTT | Sigma-Aldrich | D0632 | |
Earle's balanced salt solution (EBSS) | Gibco | 24010-043 | conatains 0.1% glucose |
EDTA | Sigma-Aldrich | E7889 | |
Electroporation cuvette (4 mm) | Bio-Rad | 1652088 | |
Exponential decay wave electroporator | BTX Harvard Apparatus | EMC 630 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Sigma | F7524 | 10% final concentration in RPMI 1640 medium |
HEK293 cells | ATCC | CRL-1573 | |
Imidazole | Sigma-Aldrich | 56750 | Autoclave a 65 mM solution and keep in fridge for months |
Incubator; Autoflow IR Direct Heat CO2 incubator | NuAire | NU-5510E | |
Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent | ThermoFisher | 13778150 | |
LNCaP cells | ATCC | CRL-1740 | use at passage <30 |
3-Methyl Adenine (3MA) | Sigma-Aldrich | M9281 | Stock 100 mM in RPMI in -20 °C. Heat stock to 65 °C for 10 minutes, and use at 10 mM final concentration |
Refridgerated Microcentrifuge | Beckman Coulter Life Sciences | 368831 | |
Refridgerated Microcentrifuge with soft-mode function | Eppendorf | Eppendorf 5417R | |
MRT67307 hydrochloride (ULKi) | Sigma-Aldrich | SML0702 | Inhibits ULK kinase activity. Dissolve in DMSO. |
MaxMat Multianalyzer instrument | Erba Diagnostics | PL-II | |
MCF7 cells | ATCC | HTB-22 | |
NADH | Merck-Millipore | 1.24644.001 | |
Nycodenz | Axis-Shield | 1002424 | |
Opti-MEM Reduced Serum Medium | ThermoFisher | 31985062 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Gibco | 20012-019 | |
Pipette tips 3 (0.5-20 µl) | VWR | 732-2223 | Thermo Fischer ART Barrier tips |
Pipette tips (1-200 µl) | VWR | 732-2207 | Thermo Fischer ART Barrier tips |
Pipette tips (100-1000µl) | VWR | 732-2355 | Thermo Fischer ART Barrier tips |
Pipettes | ThermoFisher | 4701070 | Finnpipette F2 GLP Kit |
Poly-D-lysine | Sigma-Aldrich | P6407-10X5MG | Make a 1 mg/ml stock solution in sterile H2O. This solution is stable at -20 °C for at least 1 year. |
Pyruvate | Merck-Millipore | 1066190050 | |
RPE-1 cells (hTERT RPE-1) | ATCC | CRL-4000 | |
RPMI 1640 | Gibco | 21875-037 | |
SAR-405 | ApexBio | A8883 | Inhibits phosphoinositide 3-kinase class III (PIK3C3). Dissolve in DMSO. |
Silencer Select Negative Control #1 (siCtrl) | ThermoFisher/Ambion | 4390843 | |
Silencer Select ATG9-targeting siRNA (siATG9A) | ThermoFisher/Ambion | s35504 | |
Silencer Select FIP200-targeting siRNA (siFIP200) | ThermoFisher/Ambion | s18995 | |
Silencer Select ULK1-targeting siRNA (siULK1) | ThermoFisher/Ambion | s15964 | |
Silencer Select ULK2-targeting siRNA (siULK2) | ThermoFisher/Ambion | s18705 | |
Silencer Select GABARAP-targeting siRNA (siGABARAP) | ThermoFisher/Ambion | s22362 | |
Silencer Select GABARAPL1-targeting siRNA (siGABARAPL1) | ThermoFisher/Ambion | s24333 | |
Silencer Select GABARAPL2-targeting siRNA (siGABARAPL2) | ThermoFisher/Ambion | s22387 | |
Sodium phosphate monobasic dihydrate (NaH2PO4 • 2H2O) | Merck-Millipore | 1.06580.1000 | |
Sodium phosphate dibasic dihydrate (Na2HPO4 • 2H2O ) | Prolabo | 28014.291 | |
Sucrose | VWR | 443816T | 10% final concentration in water; filter through 0.45 µm filter and keep in fridge for months |
Thapsigargin | Sigma-Aldrich | T9033 | Inhibits the SERCA ER Ca2+ pump. Dissolve in DMSO. |
Triton X-405 | Sigma-Aldrich | X405 | 1% final |
Trypan Blue stain 0.4% | Molecular Probes | T10282 | |
Trypsin-EDTA (0.25% w/v Trypsin) | Gibco | 25200-056 | |
Tween-20 | Sigma-Aldrich | P2287 | 0.01% final |