Isolierung von Cellular Lipid Droplets: Zwei Reinigungstechniken Ausgehend von Hefezellen und menschlichen Plazenten
Summary
Zwei Techniken zur Isolierung zellulärer Lipidtröpfchen von 1) Hefe-Zellen und 2) menschlichen Plazenten werden vorgestellt. Das Herzstück der beiden Verfahren ist die Dichte-Zentrifugation, wobei die resultierende Schwimmschicht, die die Tröpfchen leicht mit dem Auge sichtbar gemacht werden, extrahiert und mittels Western-Blot-Analyse für Reinheit quantifiziert.
Abstract
Lipidtröpfchen dynamischen Organellen, die in den meisten eukaryotischen und prokaryotischen Zellen bestimmte gefunden werden können. Strukturell die Tröpfchen bestehen aus einem Kern aus neutralen Lipiden durch eine Phospholipid-Monolayer umgeben. Eine der nützlichsten Techniken zur Bestimmung der zellulären Funktionen von Tröpfchen wurde Proteom Identifizierung von gebundenen Proteinen, die zusammen mit den Tröpfchen, die isoliert werden können. Hier werden zwei Methoden beschrieben, um Lipidtröpfchen und ihre gebundenen Proteine aus zwei weit reich Eukaryoten zu isolieren: Die Kernspaltung Hefe und menschlichen Plazenta villous Zellen. Obwohl beide Techniken haben Unterschiede, die wichtigste Methode – Dichtegradientenzentrifugation – wird von beiden Präparaten geteilt. Dies zeigt die breite Anwendbarkeit der vorgestellten Tröpfchenisolationstechniken.
Im ersten Protokoll werden in Hefezellen-Sphäroplasten durch enzymatischen Verdau der Zellwände umgewandelt. Die daraus resultierenden Spheroplasten werden dann gently lysiert in einem locker sitz Homogenisator. Ficoll ist mit dem Lysat zugegeben, um einen Dichtegradienten zu schaffen, und das Gemisch wird dreimal zentrifugiert. Nach dem ersten Durchlauf werden die Lipidtröpfchen auf die weiß gefärbte Schwimmschicht der Zentrifugenröhrchen zusammen mit dem endoplasmatischen Retikulum (ER), der Plasmamembran und Vakuolen lokalisiert. Zwei aufeinanderfolgende Drehungen verwendet werden, um diese drei Organellen zu entfernen. Das Ergebnis ist eine Schicht, die nur Tröpfchen und die gebundenen Proteine hat.
Im zweiten Protokoll werden plazentaren Zotten-Zellen aus menschlichen Plazenten Zeit durch enzymatischen Verdau mit Trypsin und DNase I. Die Zellen werden in einem locker sitzenden Homogenisator isoliert. Low-Speed-und mittelschnell Zentrifugationsschritte werden verwendet, um aufgebrochene Zellen, Zelltrümmer, Zellkerne, Mitochondrien und zu entfernen. Sucrose wird zu dem Homogenat zugegeben, um einen Dichtegradienten liefern und die Mischung wird zentrifugiert, um die Lipidtröpfchen von der anderen zu trennen cellular Fraktionen.
Die Reinheit der Lipidtröpfchen in beiden Protokollen wird durch Western-Blot-Analyse bestätigt. Die Tröpfchen Fraktionen aus beiden Preps sind geeignet für die anschließende Proteom-und der Lipid-Analyse.
Introduction
Cellular Lipidtröpfchen sind dynamische Organellen, die mehrere Funktionen in Zellen dienen. Sie sind lager Hubs für neutrale Lipide, die in Energie umgewandelt oder Phospholipid-Synthese verwendet werden können. Die Tropfen spielen eine zentrale Rolle in physiologischen und pathologischen Bedingungen, einschließlich Atherosklerose, Fettleibigkeit und die damit verbundenen Stoffwechselerkrankungen, Infektionskrankheiten und auch 1,2. Darüber hinaus sind sie faszinierende Quellen für die Biodiesel-Kraftstoffen.
Viele Informationen über die Rolle der zellulären Lipidtröpfchen wurde von Proteom-und der Lipid-Analyse von Tröpfchen aus weitreichenden Organismen gereinigt 3 erhalten. Diese Organismen sind Bakterien, 4,5, Hefe 6-11 enthalten, pflanzen 12,13, Nematoden 14, 15,16 und fliegt. Angesichts des Interesses in der Rolle von Fetttröpfchen in der menschlichen Stoffwechselerkrankungen, haben auch Tröpfchen von kultivierten tierischen Zellen und eine isoliertenimal Gewebe. Kultivierte Zelllinien 3T3-L1 Adipozyten 17, chinesische Hamster-Eierstock (CHO)-K2-Zellen 18, die menschliche hepatocyes 19,20 und epithelialen Zelllinien 21 enthalten. Tierische Gewebe, aus dem Tröpfchen isoliert wurden, Maus Skelettmuskel 22, Leber 23 und 23 Milchdrüsen enthalten. Wie oben erwähnt, ist das Ziel der meisten Tröpfchen Isolationsstudien zur Proteom-Analyse der Faktoren gebunden und der Lipid-Analyse auf die neutrale Phospholipide und auszuführen.
Seit neutralen Lipiden – die zahlreichen Komponenten von Lipidtröpfchen – sind weniger dicht als die meisten anderen zellulären Materialien, Isolierung von Tröpfchen hat traditionell durchgeführt unter Verwendung von Dichtegradientenzentrifugation. Diese Technik ist das Herzstück der beiden Preps hier vorgestellt. Zurück Techniken 6,24 kombiniert und in eine visuelle Darstellung der Isolierung von Tröpfchen aus kultivierten Zellen Spalthefe geändertnoncultured und menschliche Zellen aus Plazentagewebe erhalten. Ziel ist es, die breite Anwendbarkeit dieser Technik, indem Sie zwei sehr unterschiedliche Zelltypen als Ausgangspunkte für die Tröpfchen Isolation zu zeigen. Diese Technik sollte nützlich für diejenigen, die Tröpfchen von den meisten Organismen zu isolieren.
Protokoll 1 beschreibt die Isolierung von Lipidtröpfchen von der Spalthefe Schizosaccharomyces pombe, die als Modell für die Beobachtung der Tropfenbildung während der eukaryotischen Zellteilung 25 verwendet wurde. Die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae wurde ausgiebig als Modellorganismus für das Studium der Biologie Fetttröpfchen verwendet. Protokoll 1 ist auf beiden Organismen und Unterschiede in den Zubereitungen sind hervorgehoben.
Protokoll 2 beschreibt die Isolierung von Lipidtröpfchen aus Plazentazellen Villi, die wiederum aus menschlichen Plazenten Ausdruck erhalten werden. DieSammlung von Zeit Plazenten bietet eine einzigartige Gelegenheit, um sicher und ethisch zu erhalten 200-250 g leicht verfügbar menschlichen Gewebe 26, die eine erhebliche Anzahl von Lipidtröpfchen enthält. Dies steht im Gegensatz zu den meisten Lipidtröpfchen Isolierung Arbeit in höheren Eukaryonten, wo die Tropfen stammen aus kultivierten Zellen. In diesen Studien werden Fettsäuren häufig zu der Kultur zugegeben, um die Synthese von Neutrallipiden und somit das Wachstum der Tröpfchen zu fördern. Dies steht im Gegensatz zu der Arbeit hier wo Lipidtröpfchen unter nativen Bedingungen in Plazentagewebe gebildet.
Die Reinheiten der Lipidtröpfchen Fraktionen durch Western-Blot-Analyse unter Verwendung von Organellen Marker-Antikörper bestimmt. Diese beiden Protokolle werden Lipidtröpfchen Fraktionen, die sich für nachfolgende Proteom-und der Lipid-Analyse sind zu erhalten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritische Schritte innerhalb dieses Protokolls
Sicherzustellen, dass während des Wachstums von kultivierten Zellen, die mit Medium und die Zelldichten werden. Cellular Lipidtröpfchen sind einzigartig, ihre assoziierten Proteine sind stark abhängig von der Umgebung, in der die Zellen kultiviert werden, 17. Daher sollten die Medien, in denen die Zellen gezüchtet und die Dichte der Zellen vor der Lyse eng überwacht werden.
<p cla…Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der American Heart Association Award 13SDG14500046 PD, eine nachhaltige Energie Education & Research Center Award (Univ. of Tennessee) PD unterstützt und von den Ärzten "Medical Education and Research Foundation (Univ. of Tennessee) Auszeichnung an JM Die Autoren danken Caroline Leplante (Yale Univ.) für das Protokoll für die Umwandlung von Spalthefe zu Spheroplasten; Eric T. Boder (Univ. of Tennessee) für die Nutzung seiner Schüttelinkubatoren, Tischzentrifuge, und Western-Blot-Analysegeräte, und das Zentrum für Umweltbiotechnologie (Univ. Tennessee) für die Nutzung ihrer ultra-Zentrifuge; Günther Daum für Hefe-Antikörper (Graz Univ of Technology, Österreich.), das Personal der Abteilung für Gynäkologie und Geburtshilfe (Univ. Tennessee Medical Center) für die technische Unterstützung .
Materials
| PROTOCOL #1: | |||
| 1.Growing yeast cells and converting to spheroplasts | |||
| Edinburgh Minimal Media (EMM) | Sunrise Science Products | 2005 | |
| Yeast extract with 5 supplements (YE5S) | Sunrise Science Products | 2011 | YE5S media with 225 mg/ml of each supplement: adeninie, histidine, leucine, lysine, uracil. The equivalent for budding yeast would be YPD. |
| YPD powder | Sunrise Science Products | 1875 | For S. cerevisiae |
| Sorbitol | Fisher Scientific | BP439 | |
| Yeast Lytic Enzyme | MP Biomedicals | 215352610 | |
| Lysing Enzymes from Trichoderma harzianum | Sigma-Aldrich | L1412 | |
| Zymolayse-20T | Sunrise Science Products | N0766391 | For S. cerevisiae |
| BODIPY 493/503 | Invitrogen | D-3922 | |
| Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-544-7 | |
| Microscope Cover Glass | Fisher Scientific | 12-542-B | |
| Plastic transfer pipette | Fisher Scientific | 137115AM | |
| 1 liter glass bottle | |||
| 250 ml flask | |||
| 2.8 liter flasks | |||
| 2. Yeast lipid droplet isolation | |||
| Tris-HCl | Fisher Scientific | BP153 | |
| EDTA | Fisher Scientific | BP120 | |
| Ficoll 400 | Fisher Scientific | BP525 | |
| 12-14k Spectra/Por Dialysis Membrane | SpectrumLabs | 132680 | |
| EDTA-free Protease Inhibitor Cocktail Tablets | Roche Diagnostics | 11873580001 | irritant |
| Dounce Homogenizer | Sigma-Aldrich | D9938 | |
| Ultracentrifuge Tubes 25x89mm (for SW28) | Beckman-Coulter | 355642 | |
| 12-14k Spectra/Por Dialysis Membrane | SpectrumLabs | 132680 | |
| Name of Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Temperature-controlled shaker | New Brunswick Scientific | C25KC | |
| Thermo Sorvall Legend XTR centrifuge | Thermo-Scientific | 75004521 | |
| Swinging Bucket Centrifuge Rotor | Thermo-Scientific | 75003607 | |
| Fiberlite* F15-6x100y Fixed-Angle Rotor | Thermo-Scientific | 75003698 | |
| Ultracentrifuge LB-M | Beckman-Coulter | ||
| SW28 Ultracentrifuge Rotor | Beckman-Coulter | 342204 | |
| PROTOCOL #2 | |||
| 1. Placental villous cells isolation | |||
| Disposable underpads | Fisher Scientific | 23666062 | |
| Autoclavable pan (container), 3L | Fisher Scientific | 1336110 | |
| Fine scissors, sharp-sharp, straight | Fine science tools | 1406011 | |
| London Forceps | Fine science tools | 1108002 | |
| Dumont #7b Forceps | Fine science tools | 1127020 | |
| Razor blades | Fisher Scientific | S65921 | |
| Screen cup for CD-1 | Fisher Scientific | S1145 | |
| 40 mesh screen | Fisher Scientific | S0770 | |
| Fisherbrand cell stainers 100μm | Fisher Scientific | 22363549 | |
| 150 mm Petri Dishes | Fisher Scientific | NC9054771 | |
| NaCl | Fisher Scientific | S642 | |
| KCl | Fisher Scientific | P333 | |
| KH2PO4 | Fisher Scientific | P386 | |
| Na2HPO4 | Fisher Scientific | S374 | |
| D-glucose | Fisher Scientific | D16 | |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310 | |
| 2.5% trypsin 10x | Invitrogen | 15090046 | |
| DNase I grade II, from bovine pancreas | Roche Applied Science | 10104159001 | |
| Sodium bicarbonate solution | Sigma-aldrich | S8761 | |
| 500 ml Erlenmeyer flasks | |||
| 250 ml beakers | |||
| 15 ml centrifuge tubes | |||
| 10 ml serological pipettes | |||
| 50 ml centrifuge tubes | |||
| DMEM | Invitrogen | 11965084 | |
| 2. Lipid droplets isolation from villous placental cells | |||
| Tris-HCl | Fisher Scientific | BP153 | |
| EDTA | Fisher Scientific | BP120 | |
| D-Sucrose | Fisher Scientific | BP220 | |
| Sodium Carbonate | Fisher Scientific | BP357 | |
| EDTA-free protease inhibitor cocktail tablets | Roche Diagnostics | 11873580001 | irritant |
| Dounce homogenizer | Sigma-Aldrich | D9938 | |
| Ultracentrifuge tubes 25x89mm (for SW28) | Beckman-Coulter | 355642 | |
| Ultra-Clear centrifuge tubes 14x89mm (for SW41) | Beckman-Coulter | 344059 | |
| Disposable borosilicate glass pasteur pipets | Fisher Scientific | 1367820C | |
| Name of Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Biological safety hood | Thermo-Scientific | ||
| Waterbath | Fisher Scientific | ||
| Temperature-controlled shaker | New Brunswick Scientific | C25KC | |
| Thermo Sorvall Legend XTR centrifuge | Thermo-Scientific | 75004521 | |
| Swinging Bucket Centrifuge Rotor | Thermo-Scientific | 75003607 | |
| Ultracentrifuge LB-M | Beckman-Coulter | ||
| SW28 Ultracentrifuge Rotor | Beckman-Coulter | 342204 | |
| SW41 Ti Ultracentrifuge Rotor | Beckman-Coulter | 331336 | |
| Western blot | |||
| IRDye 680 Goat Anti-Rabbit IgG | LI-COR | 926-68071 | dilution 1:15000 |
| IRDye 800CW Goat Anti-Mouse IgG | LI-COR | 926-32210 | dilution 1:5000 |
| NuPAGE® Novex® 12% Bis-Tris gels | Invitrogen | NP0341 | |
| primary antibodies for PROTOCOL #1 | |||
| Erg6p | gift from Dr. G. Daum | Graz University of Technology, Austria | dilution 1:5000 |
| Dpm1p | Abcam | ab113686 | 4 μg/ml |
| Por1p | gift from Dr. G. Daum | Graz University of Technology, Austria | dilution 1:5000 |
| Pma1p | gift from Dr. G. Daum | Graz University of Technology, Austria | dilution 1:10000 |
| Vma1p (anti-ATP6V1A) | Abcam | ab113745 | 0.5 μg/ml |
| primary antibodies for PROTOCOL #2 | |||
| perilipin 2 (anti-ADFP) | Abcam | ab52355 | 2 μg/ml |
| calnexin | Cell Signaling technology | 2679 | dilution 1:1000 |
| GM130 | Biorbyt | orb40533 | dilution 1:25 |
| COX IV | Cell Signaling technology | 4850 | dilution 1:1000 |
| MEK1 | Biorbyt | orb38775 | dilution 1:50 |
Referenzen
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