活细胞钙成像相结合的siRNA介导的基因沉默标识CA 2 +泄漏通道内质网膜和监管机制

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Summary

内质网在蛋白质生物合成和钙稳态的关键作用。我们已经建立了一个实验系统,使我们能够解决的Ca2 +泄漏通道的作用,并表征其公认的监管机制。该系统涉及的siRNA介导的基因沉默和活细胞内Ca2 +成像。

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Lang, S., Schäuble, N., Cavalié, A., Zimmermann, R. Live Cell Calcium Imaging Combined with siRNA Mediated Gene Silencing Identifies Ca2+ Leak Channels in the ER Membrane and their Regulatory Mechanisms. J. Vis. Exp. (53), e2730, doi:10.3791/2730 (2011).

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Abstract

在哺乳动物细胞内质网(ER),起着关键作用在蛋白质生物合成以及钙信号 1 。在ER膜的异三聚体Sec61复杂提供了一个新进入管腔内质网合成的多肽水溶液的路径。最近从不同的实验室的工作表明,这种异源复杂,也可能形成瞬变的Ca 2 +泄漏通道 2-8 。重点观察这个概念是从核糖体和Sec61复杂的嘌呤导致瞬态释放的Ca 2 +从内质网,新生多肽的释放。此外,它已在体外观察,二管腔蛋白BIP是防止Sec61 复杂 9,10水平的离子通透性。我们已经建立了一个实验系统,使我们能够直接解决Sec61复杂的潜在的Ca 2 +泄漏通道的作用,并描述其公认的监管机制 11-13 。该系统结合的siRNA介导的基因沉默和细胞的Ca 2 +影像13。细胞被视为是对编码和非编码区(UTR),分别在SEC61A1基因或负对照siRNA定向的siRNA 。互补分析,共同的细胞转染与IRES - GFP的抗性的野生型SEC61A1基因的siRNA表达载体,让。然后装入细胞与比例的Ca 2 +指标FURA - 2监测同时改变胞浆的Ca 2 +通过荧光显微镜观察细胞的数量,浓度。胞浆的连续测量 +还允许的各种药物的影响,如嘌呤,小分子抑制剂,毒胡萝卜素, 对Ca 2 +漏评价。这个实验系统为我们提供了独特的机会,以便i)评估在各种细胞类型,II的ER,不同的ER膜蛋白的贡献 ,从被动的Ca 2 +外流)特征的蛋白质和机制限制了这种被动的Ca 2 +外流,并iii)研究疾病联系在一起的相关组件中的突变的影响。

Protocol

1。股票方案的制备

  1. 准备无钙缓冲液(140毫米氯化钠,氯化钾,5毫米1毫米氯化镁 2,0.5毫米EGTA,10毫米的葡萄糖,在10毫米的HEPES - KOH(pH值7.35) )。
  2. 溶解FURA - 2 DMSO获得1毫米的原液。混合使用一个漩涡,直至溶液是均匀的浅黄色。保护灯杯。稀释FURA - 2原液上午到1毫升贝科的改良Eagle培养基(DMEM)加载HeLa细胞含有10%小牛血清(FBS),1%青霉素/链霉素的终浓度为4微米。
  3. 准备在蒸馏水(pH值7.0)12.5毫米嘌呤原液。在-20 ° C店等分稀12.5毫米,在无钙缓冲嘌呤股票的解决方案到500微米的嘌呤的最终浓度。
  4. 毒胡萝卜素溶解在DMSO中获得1毫米原液。
  5. 溶解1毫克ophiobolin一个在20μL氯仿,并随后与25μL二甲基亚砜混合。的离心管中保持打开状态,直到氯仿蒸发。因此,最终ophiobolin A的浓度是100毫米。在-20 ° C店等分在使用之前,无钙缓冲储备液稀释成终浓度为100μm。因此,最终DMSO为活细胞成像的浓度不超过0.1%。
  6. 溶解在DMSO中三氟到10毫米,存储等分集中在-20 ° C。无钙缓冲储备液稀释成终浓度为10μm,使用前。因此最终的DMSO浓度为活细胞成像,像ophiobolin一个,不超过0.1%。
  7. 在核糖核酸酶自由水溶解的siRNA(SEC61A1 SEC61A1 - UTR的siRNA,siRNA和对照siRNA)准备20微米的原液。混合使用一个旋涡,并通过眼睛观察的增溶。商店50μL分装于-20 ° C

2。在HeLa细胞中的基因沉默

为了研究某种蛋白质的贡献ER的Ca 2 +外流,分别的基因有两个不同的siRNA(图 1)要有效地沉默。此外,要克服各自的野生型基因表达的沉默效果。通常情况下,我们使用对编码和非编码区域(UTR),分别感兴趣的基因,定向的siRNA。采用非编码区,定向的siRNA提供了一个便捷的方式为互补。

  1. 种子5.2 × 10 5 HeLa细胞(ATCC没有。CCL - 2)在一个6厘米的培养皿中,用25毫米的盖玻片(聚- L -赖氨酸(1毫克/毫升)与200μL1小时前处理)在饱和湿度的环境中, 5%的CO 2(终体积为3.9毫升)贝科的改良Eagle培养基(DMEM)中含有10%胎牛血清(FBS)和1%青霉素/链霉素和孵化在37 ° C。
  2. SEC61A1 SEC61A1 - UTR的siRNA,siRNA或阴性对照siRNA的,使用HiPerFect的试剂,根据制造商的说明(终浓度的siRNA:20纳米)转染的细胞。简单地说,准备siRNAs的新鲜实际转程序之前,在一个单独的离心管:添加20μLHiPerFect转染试剂4μL(20μM)每个siRNA的是溶解在80μLOptiMEM。这种混合是轻轻振荡孵育,并在室温为10分钟。添加滴加种子5.2 × 10 5 HeLa细胞(3.9毫升)的siRNA结构(104μL)。
  3. 24 h后,改变培养基(3.9毫升)和转染的细胞,与第二次相同的siRNA组合(104μL)。
  4. Western blot分析评估沉默。它应在80%以上。洗细胞从细胞培养皿中的磷酸盐缓冲液(PBS)和收获的DMEM。通过采用伯爵夫人自动细胞计数器计数细胞。裂解细胞,在细胞裂解液(氯化钠10毫米,10毫米的Tris - HCl,pH值8.0,3毫米氯化镁 2,0,5%NP40)辅以一种蛋白酶抑制剂的鸡尾酒(3微克/毫升胃酶抑素,3微克/毫升3微克/毫升Antipain,亮肽素,3微克/毫升Chymastatin)和混合SDS样品缓冲液(60毫米的Tris - HCl,pH值6.8,2%SDS,10%甘油,5%β-巯基乙醇,0.01%溴酚蓝),获得了10.000细胞/μL终浓度。热样品在56 ° C下15分钟,随后,添加一些GLAS珠和20分钟的旋涡DNA片段。独立的20μL,每个样品由Laemmli型的SDS - PAGE(通常为15%聚丙烯酰胺分离胶)。 electroblotting(“湿污点”)在恒定的400 mA的3小时或过夜(100毫米,12.5毫米的Tris - HCl甘氨酸)在传输缓冲区转移到PVDF膜分离蛋白。随后,与5%(W / V)低脂肪奶粉的PBS在室温为30分钟,然后块暴露的印迹对C -末端的Sec61α兔执导的主要抗体,抗β-肌动蛋白抗体从鼠标。洗净的印迹(0.05%),PBS,TritonX - 100和TWICE的PBS分别为5分钟,。可视化的主要抗体,使用ECL Plex的山羊抗兔IgG抗体- Cy5的或ECL Plex的羊抗鼠IgG抗体,Cy3标记共轭和台风三星成像系统与图像定量TL软件7.0相结合的。 SEC61A1基因的情况下,最大的沉默效果通常是96小时后看到的第一个转。一个代表性的实验是在所示。 2。

3。 HeLa细胞的互补

为了拯救SEC61A1沉默的表 ,SEC61A1 cDNA插入到多克隆位点(MCS)的一个载体pcDNA3内部核糖体进入位点(IRES)- GFP的载体,含有巨细胞病毒(CMV)启动子的MCS,浮粉,加上绿色fluoresecent蛋白(GFP)的编码序列。

  1. 交换的媒介,第二次(3.9毫升)和改造,要么空载体或使用Fugene高清根据制造商的协议(矢量最终比例Fugene高清是4 微克 SEC61A1表达质粒的细胞48 h后的第一个siRNA的转载体,以16μLFugene HD)。简而言之,准备质粒刚在一个单独的离心管之前的转型过程:添加16μLFugene HD改造试剂每个质粒溶解在80μLOptiMEM到4微克。轻轻涡旋混合,在室温下孵育10分钟。加入质粒组合(0.1毫升)滴加种子5.2 × 10 5 HeLa细胞(3.9毫升)。
  2. 经过48小时的表达质粒,荧光显微镜钙成像和收获前的主题培养皿。如果有必要更好的荧光信号的DMEM培养液以PBS代替。荧光显微镜配备冷却CCD相机记录荧光图像。转化效率可在明模式计算,并应在80%以上的细胞显示绿色荧光的细胞数量除以决定。一个典型的结果如图。 3。

4。活细胞钙成像

  1. 在测量之前,转让与转染的HeLa细胞涂在一个单独的3.5厘米的培养皿中的盖玻片。装入4微米FURA - 2在1毫升的DMEM,45分钟在25 °彗星在黑暗 11,12的细胞。
  2. 修正了一个25毫米盖玻片iMIC金属腔和洗细胞两次,并在一个无钙缓冲液(每次300μL)孵育。
  3. 彩瓷V iMIC显微镜在340 nm和380 nm交替兴奋开始收集数据,并发出荧光测量在510 nm(过滤器设置:分光镜,565 nm的发射器,纳米七十〇分之六百〇五)。样品含有20-50细胞/帧的图像,每3秒记录FURA - 2信号的比值F340/F380,F340和F380分别在340和380 nm,对应减去背景荧光强度。
  4. 1分钟后,在无钙缓冲或相同的缓冲处理的细胞嘌呤霉素(500微米)。另外,对待一个小分子抑制剂(如10μM三氟或100微米ophibolin一个)或细胞与无钙缓冲。
  5. 比例测量后进行第2或10分钟,加毒胡萝卜素(1μM),并继续测量。
  6. 最终,cytoslic的[Ca 2 +]是一个既定的标定方法比测量估计。Excel 2007和原产6.1分析数据。

5。代表性的成果:

到目前为止,我们讨论问题(SEC61A1基因沉默是否影响钙的Ca 2 +)ER(图1)泄漏。 SEC61A1基因是由两个不同的siRNA在HeLa细胞96小时的沉默。虽然沉默几乎没有影响细胞的生长和活力,蛋白质的半通透细胞的ER的交通几乎完全被抑制。此外,SEC61A1沉默细胞受到严重影响钙2 +从ER泄漏。逆转的SEC61A1基因表达,基因沉默的效果。因此,Sec61复合物,在所有有核细胞的ER膜形成的Ca 2 +,可以预期,发挥了至关重要的作用在Ca 2 +稳态泄漏渠道。然而,大,装满水的毛孔不受控制的离子通透性Sec61在ER膜的复合物的形成,存在,将严重干扰监管释放 Ca 2 +从ER的管腔进入细胞质,细胞内的重要机制信号。我们确定了一个钙调蛋白(CAM)结合基序,在哺乳动物Sec61α胞质的N - 末端约束CAM Ca 2 +纳摩尔亲和力和序列特异性apocalmodulin。在细胞水平上,两个不同的CaM拮抗剂钙刺激(图4和5)的情况下释放。后者没有观察时Sec61渠道,载于Sec61α智商图案的突变。因此,参与的Ca 2 + - CAM是限制的Ca 2 +从ER( 图6)泄漏。

图1
图1。流程图。有关详细信息,请参阅文本。

图2
图2:沉默效率的数据分析。沉默了评价免疫印迹使用,对Sec61α和β-肌动蛋白(负载控制)的抗体分析。主要抗体,通过ECL Plex的二次抗体和荧光成像的可视化。

图3
图3数据分析转染效率。配备冷却CCD相机荧光显微镜图像记录。转化效率可在明模式计数细胞显示绿色荧光的细胞数量除以决定。

图4
图4中的屏幕快照,从活细胞成像HeLa细胞中的钙存在控制或SEC61A1 siRNA和CAM -拮抗剂ophiobolin A. HeLa细胞的存在缺乏对SEC61A1(B)或一个执导的siRNA治疗阴性对照siRNA(A)为96小时表示。装有这些细胞的钙指标FURA - 2上午在CA 2 +孵育自由缓冲区缓冲液中含有0.5毫米EGTA,缓冲区或ophiobolin(蛇绿岩)和恢复的孵化。 10分钟后的Ca 2 +释放发起毒胡萝卜素(TG)申请在没有外部CA 2 +和继续孵化。在指定的时间从连续钙成像的屏幕截图。

图5
图5数据分析活细胞钙离子成像实验。 (一)动能和定量分析所示的一系列实验4A。 Cytoslic的[Ca 2 +]比测量估计既定的标定方法2。毒胡萝卜素的效果显示为条形图。 (BD)的细胞与对照siRNA或48小时表示SEC61A1 - siRNA的治疗,要么控制向量(C) SEC61A1表达质粒(C)或突变 SEC61A1表达质粒(四)所示,然后转化。 48 h后,钙离子成像实验进行了在图4和 5A的电流。胞质变化的统计分析 +此外,如在一个显示的实验后的毒胡萝卜素浓度。 P值<0.001定义为显着的配对t检验,并表示由三个星号(***), NS,不显着。分析细胞的数字表示。平均值,误差棒代表的手段的标准误差(SEM)。我们注意到,这些例子改编自文献。 13。

图6
图6:这些数据表明,新生链释放Sec61复杂,确实导致从ER和形成Sec61复杂的胞浆内口周围的钙nanodomain的钙离子释放。钙势必钙调蛋白和钙 - 钙调蛋白关闭Sec61复杂。“

Discussion

在哺乳动物细胞内质网(ER)中起着关键作用在蛋白质生物合成以及钙信号。在这里,我们描述了一个实验系统,使我们能够直接解决一个潜在的Ca 2 +泄漏通道的作用,并表征公认的13个监管机制。这个实验系统为我们提供了独特的机会,以便i)评估在各种细胞类型,II的ER,不同的ER膜蛋白的贡献 ,从被动的Ca 2 +外流)特征的蛋白质和机制限制了这种被动的Ca 2 +外流,并iii)研究疾病联系在一起的相关组件中的突变的影响。

我们注意到,唯一可行的细胞进行分析,并应在80%以上,整体可行性。因此,细胞活力,定期评估采用核ID蓝色/绿色的细胞活力试剂,根据制造商的协议。此外,在胞浆的变化进行统计分析+浓度是强制性的。因此,实验要进行四个不同批次的细胞和两个盖玻片必须为每个在一个单一的实验条件分析至少有20个细胞。我们注意到,在盖玻片后播种的同时,要进行各种实验。

Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgments

SL是从东风集团(研究生研究学院845)的奖学金支持。这项工作是由东风集团(SFB的530/C1&967)赠款,由HOMFOR支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
DMEM+GlutaMAX Invitrogen 31966
OptiMEM+GlutaMAX Invitrogen 51985
FBS Biochrom AG S0115
Penicillin/ Streptomycin PAA Laboratories P11-010
HiPerFect Qiagen 301707
Fugene HD Roche Group 04709713
Nuclear-ID Blue/Green cell viability reagent Enzo Life Sciences ENZ-53004
FURA-2 AM Invitrogen F-1221
Puromycin Sigma-Aldrich P 7255
Thapsigargin Invitrogen T-7459
Ophiobolin A Enzo Life Sciences ALX-270-109
Trifluoperazine Sigma-Aldrich T 6062
Countess® Automated Cell Counter Invitrogen
Typhoon-Trio imaging system GE Healthcare
TE2000-S microscopewith DS-5Mc camera Nikon Instruments
iMIC microscope with polychrome V Till Photonics

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References

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