Summary

液泡和胞质pH值的测量<em>在体内</em在酵母细胞悬浮液

Published: April 19, 2013
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Summary

可以测量活酵母液泡膜和细胞内pH值(<em> S。酵母</em>)定位到特定的细胞区室的使用比例荧光染料的细胞。我们描述BCECF-AM,定位于液泡酵母,细胞内pH值与胞浆的比例的pH敏感GFP(酵母pHluorin所指示)测量空泡pH值的程序。

Abstract

在酵母细胞中液泡和胞质pH值受到高度监管和整体pH值稳态占据了核心作用。我们描述了协议的比例测量pH值在体内使用pH敏感的荧光团本地化液泡或细胞质。 BCECF,乙酰甲酯形式导入细胞时,它定位在酵母液泡液泡pH值是衡量使用。细胞质pH值的测量是对pH敏感的绿色荧光蛋白表达的酵母启动子的控制下,酵母pHluorin所指示。在荧光计中的酵母细胞悬浮液的荧光比的测量方法进行说明。通过这些协议,单一时间点的pH值测量不同条件下或在不同的酵母突变体进行了比较,并已监测pH值的变化随着时间的推移。这些方法也适合于高通量实验的荧光板读数器的格式。比例比其他AP的pH测量的优点接近目前的用途,潜在实验的问题和解决方案,以备将来使用这些技术的前景也有所说明。

Introduction

pH值的平衡是一个充满活力和高度调节的过程中,在所有的生物1,2。生化过程严格监管的pH值,细胞内环境的调整,以使优化常住酶的活性狭窄的pH值范围。然而,细胞内pH稳态可以挑战的快速变化环境的pH值,代谢变化,以及某些信号传导通路。此外,细胞内pH值本身可以作为一个重要的信号。最后,许多细胞器保持腔的pH值是不同于周围的胞质溶胶和必需的细胞器的特定功能。

酵母酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)股数与高等真核生物2的pH的体内平衡机制。酸性细胞内吞/溶酶体途径,pH值主要控制高度保守的空泡质子转运ATP酶(V-ATP酶),随许多EXCHAN蒙古包依赖于pH梯度。所有真核细胞中也有质子出口机制。在真菌和植物,在质膜上的第二,不同的质子泵,PMA1,出口代谢质子和被认为是细胞内pH值和细胞膜电位的主要决定因素。 S.遗传灵活性酵母和其商业上的重要性,提出了一个非常有趣和重要的研究pH值稳态模型2。

除了细胞器酸化的主要驱动,V-ATP酶被高度管制的酶和我们实验室的兴趣了解V-ATPase的调节机制。为了实现这一目标,我们一直在使用液泡和胞质pH值在体内 pH值的测量:1)监测反应改变外条件,如葡萄糖的剥夺和readdition,2)审查突变,妥协V-ATPase活性的影响, 3)探索COORdination细胞器和质膜质子泵3-5。这些实验通过强劲的比例适合于使用在酵母细胞中的pH值指标的发展才成为可能。厂房等人首先表明,BCECF(2'7'-二(2 -羧基乙基)-5 – (6) -羧基荧光素),它已被广泛应用,以测量细胞内pH值在哺乳动物细胞中,积聚在酵母液泡而不是在细胞质6。这种差异在BCECF本地化已被归因于液泡中的水解酶,这是有可能负责裂解乙酰氧甲基酯BCECF-AM(乙酰氧基甲基酯,BCECF)和液泡保留6。阿里等人进一步开发的液泡pH测量使用BCECF,适应这些测量荧光酶标仪格式。布莱特等人介绍了酵母pHluorin所指示由表达质粒源性ŗ的在酵母细胞内pH值的测定作为一种手段pH敏感的绿色荧光蛋白atiometric 8酵母特异性启动子的控制下9。

BCECF酵母pHluorin所指示的激发光谱是对pH敏感的,因此它们被用作比例的pH值如下:两个激发波长,在一个单一的发射波长测量,荧光的比例提供了一个衡量的pH为8,10。这些酵母液泡和胞质pH传感器已用于单细胞和人口为基础的测量。 6,11测量单细胞进行荧光显微镜和图像分析。液泡膜或胞浆上​​面的两个波长的荧光的测量为每个小区。人口为基础的测量进行适当的荧光功能酶标仪或荧光计中。我们通常是在荧光计测量,因为它提供了方便添加组件,如葡萄糖在con连续动力学测量。下面列出我们目前实验室协议液泡和胞质pH值的测量,二者也容易适应微孔板检测。

Protocol

1。 BCECF-AM 在体内使用液泡pH值测量长出一个50毫升的液体培养过夜所需的媒体要被测量的酵母菌株。我们的目标是有细胞数中期(OD值(在600nm处的光密度)为约0.8的悬浮液中的测量)。 颗粒通过离心分离酵母细胞。悬浮颗粒0.6毫升培养基中生长和转移到已称重的离心管。颗粒细胞再次离心2,000 XG,持续60秒。尽可能完全去除上清,然后权衡细胞沉淀。重悬沉淀至最终密度为0….

Representative Results

图1给出营养丰富的培养基中生长的野生型酵母细胞(酵母提取物,蛋白胨-葡聚糖YEPD)与50毫米的MES缓冲pH值至5液泡pH值获得的数据。我们经常在缓冲介质中生长的细胞,因为培养基的pH变化相当显着的期间,特别是对基本培养基中生长过夜,我们已经发现,生长培养基的pH值可能会影响液泡pH值的反应3。然而,也可以接受多次实验,在非缓冲培养基中生长的细胞。 图1A<…

Discussion

我们利用这些协议处理若干方面的pH稳态。例如,我们已经比较4,5野生型和V-ATP酶缺陷的突变细胞的细胞质和pH响应。我们还研究改变生长条件,尤其是细胞外pH值,葡萄糖3液泡pH响应的影响。重要的是,我们观察到的响应都与其它方法定量的pH测量和一致的生化数据,描述改变质子泵活动。

这里所描述的两个最重要的功能不同的体内 pH测量的荧光基团的…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作是由美国国立卫生研究院R01 GM50322支持到PM凯恩。作者感谢pHluorin所指示的酵母质粒和建议比例pH值测量的约翰斯·霍普金斯大学博士饶Rajini,,凯莱博士A.马丁内斯·穆尼奥斯这些协议,我们的实验室工作。

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number Comments (optional)
Spectrofluorometer Horiba Jobin Yvon Model Fluoromax-4 Temperature control and stirring capability are desirable.
BCECF-AM Invitrogen/Molecular Probes B1150 Prepare a 12 mM stock in dry DMSO, store as aliquots at -20 °C
monensin Sigma M5273 Toxic.
nigericin Sigma N7143 Toxic.
MES Sigma M8250

References

  1. Casey, J. R., Grinstein, S., Orlowski, J. Sensors and regulators of intracellular pH. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 11, 50-61 (2010).
  2. Orij, R., Brul, S., Smits, G. J. Intracellular pH is a tightly controlled signal in yeast. Biochim. Biophys. Acta. 1810, 933-944 (2011).
  3. Diakov, T. T., Kane, P. M. Regulation of vacuolar proton-translocating ATPase activity and assembly by extracellular pH. J. Biol. Chem. 285, 23771-23778 (2010).
  4. Martinez-Munoz, G. A., Kane, P. Vacuolar and plasma membrane proton pumps collaborate to achieve cytosolic pH homeostasis in yeast. J. Biol. Chem. 283, 20309-20319 (2008).
  5. Tarsio, M., Zheng, H., Smardon, A. M., Martinez-Munoz, G. A., Kane, P. M. Consequences of loss of Vph1 protein-containing vacuolar ATPases (V-ATPases) for overall cellular pH homeostasis. J. Biol. Chem. 286, 28089-28096 (2011).
  6. Plant, P. J., Manolson, M. F., Grinstein, S., Demaurex, N. Alternative mechanisms of vacuolar acidification in H(+)-ATPase-deficient yeast. J. Biol. Chem. 274, 37270-37279 (1999).
  7. Ali, R., Brett, C. L., Mukherjee, S., Rao, R. Inhibition of sodium/proton exchange by a Rab-GTPase-activating protein regulates endosomal traffic in yeast. J. Biol. Chem. 279, 4498-4506 (2004).
  8. Miesenbock, G., De Angelis, D. A., Rothman, J. E. Visualizing secretion and synaptic transmission with pH-sensitive green fluorescent proteins. Nature. 394, 192-195 (1998).
  9. Brett, C. L., Tukaye, D. N., Mukherjee, S., Rao, R. The yeast endosomal Na+K+/H+ exchanger Nhx1 regulates cellular pH to control vesicle trafficking. Mol. Biol. Cell. 16, 1396-1405 (2005).
  10. Owen, C. S. Comparison of spectrum-shifting intracellular pH probes 5′(and 6′)-carboxy-10-dimethylamino-3-hydroxyspiro[7H-benzo[c]xanthene-7, 1′(3’H)-isobenzofuran]-3′-one and 2′,7′-biscarboxyethyl-5(and 6)-carboxyfluorescein. Anal. Biochem. 204, 65-71 (1992).
  11. Dechant, R., et al. Cytosolic pH is a second messenger for glucose and regulates the PKA pathway through V-ATPase. Embo J. 29, 2515-2526 (2010).
  12. Gustavsson, M., Barmark, G., Larsson, J., Muren, E., Ronne, H. Functional genomics of monensin sensitivity in yeast: implications for post-Golgi traffic and vacuolar H+-ATPase function. Mol. Genet. Genomics. 280, 233-248 (2008).
  13. Kovac, L., Bohmerova, E., Butko, P. Ionophores and intact cells. I. Valinomycin and nigericin act preferentially on mitochondria and not on the plasma membrane of Saccharomyces cerevisiae. Biochim. Biophys. Acta. 721, 341-348 (1982).
  14. Braun, N. A., Morgan, B., Dick, T. P., Schwappach, B. The yeast CLC protein counteracts vesicular acidification during iron starvation. J. Cell Sci. 123, 2342-2350 (2010).
  15. Orij, R., Postmus, J., Beek, T. e. r., Brul, A., S, G. J., Smits, In vivo measurement of cytosolic and mitochondrial pH using a pH-sensitive GFP derivative in Saccharomyces cerevisiae reveals a relation between intracellular pH and growth. Microbiology. 155, 268-278 (2009).
  16. Zhang, Y. Q., et al. Requirement for ergosterol in V-ATPase function underlies antifungal activity of azole drugs. PLoS Pathog. 6, e1000939 (2010).
  17. Brett, C. L., et al. Genome-wide analysis reveals the vacuolar pH-stat of Saccharomyces cerevisiae. PLoS One. 6, e17619 (2011).
  18. Roberts, C. J., Raymond, C. K., Yamashiro, C. T., Stevens, T. H. Methods for studying the yeast vacuole. Methods Enzymol. 194, 644-661 (1991).
  19. Chan, C. Y., et al. Inhibitors of V-ATPase proton transport reveal uncoupling functions of tether linking cytosolic and membrane domains of V0 subunit a (Vph1p). J. Biol. Chem. 287, 10236-10250 (2012).
  20. Johnson, R. M., et al. Identification of inhibitors of vacuolar proton-translocating ATPase pumps in yeast by high-throughput screening flow cytometry. Anal. Biochem. 398, 203-211 (2010).

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Citer Cet Article
Diakov, T. T., Tarsio, M., Kane, P. M. Measurement of Vacuolar and Cytosolic pH In Vivo in Yeast Cell Suspensions. J. Vis. Exp. (74), e50261, doi:10.3791/50261 (2013).

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