AlPcS2a aracılı kromofor yardımlı lazer inaktivasyonu (CALI), canlı hücrelerde hücre içi veziküllerin (IV'ler) uzaysal zamansal hasarını incelemek için güçlü bir araçtır.
Yöntem makalesi
AlPcS2a aracılı kromofor yardımlı lazer inaktivasyonu (CALI), canlı hücrelerde hücre içi veziküllerin (IV'ler) uzaysal zamansal hasarını incelemek için güçlü bir araçtır.
Hücre içi veziküller (IV'ler), veziküllerin sitoplazmaya endositozu ile oluşur. IV oluşumu, IV membranlarının geçirgenliği ve endozom ve lizozomların oluşumu yoluyla çeşitli sinyal yolaklarının aktive edilmesinde rol oynar. IV'lerin oluşumunu ve IV regülasyonunu kontrol etmedeki materyalleri incelemek için kromofor yardımlı lazer inaktivasyonu (CALI) adı verilen bir yöntem uygulanır. CALI, membran geçirgenliği tarafından indüklenen sinyal yolunu incelemek için görüntüleme tabanlı bir fotodinamik metodolojidir. Yöntem, seçilen organelin mekansal zamansal manipülasyonunun bir hücrede geçirgenleştirilmesine izin verir. CALI yöntemi, endozomların ve lizozomların geçirgenliği yoluyla spesifik molekülleri gözlemlemek ve izlemek için uygulanmıştır. IV'lerin membran rüptürünün, galektin-3 gibi glikan bağlayıcı proteinleri seçici olarak işe aldığı bilinmektedir. Burada, protokol, IV rüptürünün AlPcS2a tarafından indüklenmesini ve bozulmuş lizozomları etiketlemek için bir belirteç olarak galektin-3'ün kullanılmasını açıklar; bu, IV membran rüptürünün aşağı akış etkilerini ve çeşitli durumlar altında aşağı akış etkilerini incelemede yararlıdır.
Bir tür hücre içi vezikül (IV) olan endozomlar, endositoz tarafından oluşturulur ve daha sonra lizozomlara olgunlaşır. IV'lerin oluşumunda çeşitli hücre içi sinyal yolları rol oynar; Ek olarak, farklı içsel ve dışsal uyaranlar IV'lere zarar verebilir (örneğin, patojenler enfeksiyon sırasında sınırlı zardan kaçabilir ve sitoplazma1'e girebilir). Buna genellikle endositotik veziküllerinrüptürü eşlik eder 2. Bu nedenle, IV'leri hedefleme ve zarar verme teknikleri ilgili çalışmalarda kullanılabilir3.
Fotodinamik terapi (PDT), tümörleri veya patojenleri öldürerek hastalıklarla mücadele etmek için ışığa bağımlı bir terapidir4. PDT'de, hedeflenen hücreler, ışık aydınlatmasıile lokal olarak aktive edilebilen fotosensitizörler adı verilen toksik olmayan kromoforlarla etiketlenir 5,6. Fotosensitizörler ışıktan enerjiyi emer ve uyarılmış bir singlet durumuna dönüşür ve uzun ömürlü uyarılmış üçlü duruma yol açar. Üçlü durumun fotosensitizörleri elektron veya enerji transferine uğrayabilir ve oksijen varlığında reaktif oksijen türleri (ROS) oluşturabilir ve aydınlatma bölgesi7 içindeki etiketli hücreleri mekansal olarak yok edebilir. Sonuç, ışığın gücüne bağlı olarak değişir8. Fotosensitizörlerin konsantrasyonunu ve ışık aydınlatmasının yoğunluğunu kontrol ederek, hedeflenen biyomoleküller, kromofor yardımlı ışık inaktivasyonu (CALI)9 olarak adlandırılan hücre lizisi olmadan seçici olarak inaktive edilebilir. Çeşitli hücre altı hedefleri seçici olarak etiketleyebilen fotosensitizörlerin önemli ölçüde gelişmesiyle CALI, nükleotidler ve proteinler gibi küçük biyomoleküllerin yanı sıra mitokondri ve endo-lizozomlar 3,10,11,12,13 gibi organeller için biyomoleküllerin ışık aracılı inaktivasyonunu kontrol etmek için değerli bir araç haline gelmiştir.
CALI ile karşılaştırıldığında, lizozomal hasar için bakteriyel toksin 14,15 ve Leu-Leu-OMe16 tedavisi gibi membranları bozmak için kimyasal veya fiziksel yöntemler de kullanılır. Bununla birlikte, bu yöntemler hücreler içindeki IV'lerin toplu bozulmasını gösterir. CALI'de sağlam fotosensitizörler (yani, Al(III) ftalosiyanin klorür disülfonik asit (AlPcS2a)) kullanılır; Endositoz yoluyla lizozomları hedef alan AlPcS2a, kontrollü bir bölgede endozomları veya lizozomları parçalamak için kullanılır17. AlPcS2a, plazma zarındaki lipitlere bağlanan ve endositoz yoluyla içselleştirilen ve sonunda endositik yol18 aracılığıyla lizozom içinde biriken hücre zarı geçirimsiz ftalosiyanin bazlı bir kromofordur. Yakın kızılötesi spektral bir bölgedeki ışığı emer ve uyarılmış AlPcS2a 18 tarafından üretilen büyük bir ROS olan singlet oksijen üretir. Singlet oksijeninin hızla bozunması, hücrelerdeki küçük bir bölgede (yaklaşık 10-20 nm) difüzyon ve reaksiyon mesafesini sınırlar19. AlPcS2a inkübasyon ve ışık aydınlatmasının süresini ayarlayarak, IV'lerin hücre altı bir alandaki hasarının mekansal zamansal kontrolüne izin verilir. Bu nedenle CALI, IV hasarının sonuçlarını ve IV'lerin oluşumunu ve düzenlenmesini incelemek için güçlü bir araç haline gelir.
Bu çalışmada, AlPcS2a'yı fotosensitizör olarak kullanan spesifik bir CALI protokolü ele alınmıştır. Bu protokol, endozomlar ve lizozomlar da dahil olmak üzere çeşitli IV tiplerine uygulanabilir ve membran rüptürü sonrası takip yanıtlarını incelemek için kullanılabilir. Lizozom rüptüründen sonra ortaya çıkan florofor konjuge galektin-316,20 eksprese eden HeLa hücreleri bu protokolü göstermek için kullanılır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. AlPcS2a stok hazırlama
2. Transfeksiyon
NOT: Gal3-GFP, lizozomal rüptürün canlı hücre görüntülemesi için bir gösterge olarak uygulanır.
3. AlPcS2a boyama

Şekil 1. AlPcS2a ile seçici IV hasarını temsil eden şematik bir figür. Şekil, seçici IV hasarının şematiklerini göstermektedir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2. AlPcS2a ile lizozomal boyama. HeLa hücrelerinde 1 μM AlPcS2a ile gece boyunca etiketlenen lizozomlar, 50 nM yeşil floresan boya ile pozitif boyanır. Ölçek çubuğu: 10 μm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
4. Örnek görüntüleme ve ışık aydınlatması
NOT: Tek bir hücrenin hücre altı bölgesinde veya bir kültür kabındaki tüm AlPcS2a etiketli hücrelerde IV hasarı gerçekleştirilebilir. Tüm kültür kabının toplu olarak aydınlatılması, biyokimyasal çalışmalar da dahil olmak üzere bu hasarın nicel olarak incelenmesine izin verir.

Şekil 3. AlPcS2a aracılı CALI, aydınlatma bölgesindeki lizozomlara TagRFP-galektin-3'ün (Gal3) yerel olarak işe alınmasını indükler. TagRFP-galektin-3 eksprese edilen HeLa hücrelerindeki lizozomlar, 1 μM AlPcS2a ile gece boyunca boyandı, ardından sarı kare içinde yakın kızılötesi ışıkla (633 nm) aydınlatmaya odaklandı. Sarı kare içindeki AlPcS2a sinyali, TagRFP-galektin-3 punkta oluşumu ile birlikte fotoağartılır. Ölçek çubuğu: 10 μm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Endozom ve lizozom da dahil olmak üzere IV'ün AlPcS2a kaynaklı hasarını temsil eden şematik bir şekil gösterilmiştir (Şekil 1).
Ticari olarak temin edilebilen belirteçler, AlPcS2a boyama koşullarını belirlemek için kullanılabilir. Örneğin, AlPcS2a puncta ve yeşil floresan boya22 kolokalizasyon (Şekil 2).
Florofor etiketli galektin-3, IV hasarını izlem...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
AlPcS2a plazma zarına bağlanır, daha sonra endositoz tarafından içselleştirilir ve sonunda lizozomlarda birikir. AlPcS2a böylece inkübasyon süresini ayarlayarak hücre altı bölmelerde lokalize edilebilir. Bu metodolojinin bir sınırlaması, IV'lerin sadece bir alt popülasyonunun AlPcS2a tarafından endositoz yoluyla etiketlenebilmesidir, çünkü ER ve Golgi aparatı gibi IV'lerin başka birçok membran kaynağı vardır. Ek olarak, AlPcS2a'nın erken veya geç endozomlara seçici olarak etike...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Yazarlar, araştırma desteği için IBMS, Academia Sinica Inflammation Core Facility'ye teşekkür etmek istiyor. Çekirdek tesis, Academia Sinica Çekirdek Tesisi ve Yenilikçi Enstrüman Projesi (AS-CFII-111-213) tarafından finanse edilmektedir. Yazarlar, görüntü edinimine yardımcı oldukları için Biyomedikal Bilimler Enstitüsü (IBMS), Academia Sinica (AS) Ortak Ekipman Çekirdek Tesisi'ne teşekkür eder.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Reaktif< / güçlü > | |||
| Al (III) Ftalosiyanin Klorür Disülfonik asit (AlPcS2a< / sub>) | Frontier Scientific | P40632 | |
| Kültür kabı | ibidi | 812128-200 | |
| 10 FBS ve 100 U/mL penisilin G ve 100 mg/mL Streptomisin DMEM ile desteklenmiş | Kültür Ortamı | ||
| DMEM | Gibco | 11965092 | |
| FBS | Thermo Fisher Scientific | A4736301 | |
| Gal3-GFP plazmid | addgene | ||
| Lipofectamine 3000 kiti | Thermo Fisher Scientific | L3000008 | |
| LysoTracker Yeşil DND-26 | Thermo Fisher Scientific | L7526 | yeşil floresan boya |
| Çok duvarlı plaka | perkinelmer | PK-6005550 | |
| NaOH | Thermo Fisher Scientific | Q15895 | |
| OptiMEM | Thermo Fisher Scientific | 31985070 | |
| Penisilin-streptomisin | Gibco | 15140163 | |
| Fosfat Tamponlu Salin (PBS) | Gibco | 21600-069 | 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10mM Na2HPO4, 1.8 mM KH2PO4 |
| Hücre hattı | |||
| HeLa Hücre Hattı | ATCC | CCL-2 | Yöntemler, bağlı hücre hatlarının çoğu için geçerlidir. Koşullar ayrı ayrı belirlenmelidir. |
| Ekipmanlar< / güçlü> | |||
| 0.22 ve mikro; m Filtre | Merck | SLGV013SL | |
| Kolimasyonlu LED Işık (660 deniz mili) | Thorlabs | M660L3-C1 ve DC2100 | Yakın kızılötesi ışık, AlPcS2a'nın uyarma spektrumu için ideal bir temeldir. |
| Konfokal mikroskopi | Carl Zeiss | LSM 780 | Uzun süreli görüntüleme için bir inkübasyon sistemi gereklidir. |
| NanoDrop 2000 / 2000c Spektrofotometreler | Thermo Fisher Scientific | ||
| Kırmızı LED ışık | Tholabs | M660L4-C1 |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste