Die Analyse der Autophagie in<em> Penicillium chrysogenum</em> Mithilfe von Starvation Pads in Kombination mit Fluoreszenzmikroskopie
Summary
A convenient and powerful method for studying autophagy in Penicillium chrysogenum by using starvation pads (mixtures of agarose and tap water in a microscope slide containing a central cavity) is presented here.
Abstract
The study of cellular quality control systems has emerged as a highly dynamic and relevant field of contemporary research. It has become clear that cells possess several lines of defense against damage to biologically relevant molecules like nucleic acids, lipids and proteins. In addition to organelle dynamics (fusion/fission/motility/inheritance) and tightly controlled protease activity, the degradation of surplus, damaged or compromised organelles by autophagy (cellular ‘self-eating’) has received much attention from the scientific community. The regulation of autophagy is quite complex and depends on genetic and environmental factors, many of which have so far not been elucidated. Here a novel method is presented that allows the convenient study of autophagy in the filamentous fungus Penicillium chrysogenum. It is based on growth of the fungus on so-called ‘starvation pads’ for stimulation of autophagy in a reproducible manner. Samples are directly assayed by microscopy and evaluated for autophagy induction / progress. The protocol presented here is not limited for use with P. chrysogenum and can be easily adapted for use in other filamentous fungi.
Introduction
Fadenpilze sind ausgezeichnete Modellsysteme zur Untersuchung von Entwicklungsprozessen. Sie bieten mehrere experimentelle Vorteile wie billige Anbau, eine hohe Zahl von Nachkommen und genetische Zugänglichkeit. Der letzte Punkt ist von besonderer Bedeutung für den Bau der Transformanten, die die Untersuchung der Bedeutung der so weit nicht charakterisierte Gene für verschiedene zelluläre Mechanismen ermöglichen. Filamentöse Pilze haben wesentlich zur Aufklärung von mehreren Elementen und Mechanismen der zellulären Qualitätskontrolle Wege wie Protease-Aktivität zum Abbau von anomalen Proteinen mitochondrialen Dynamik zum Aufrechterhalten mitochondrialen Integrität und autophagy zur Entfernung von Überschuß und / oder gestörte Zellkomponenten und zum Aufrechterhalten Zelllebensfähigkeit in Zeiten der Hungersnot 1,2,3.
Es gibt verschiedene experimentelle Techniken für das Studium der Autophagie in Fadenpilzen 2 zur Verfügung: (i) Untersuchung der Vakuolen if enthaltenen dichten phage Stellen bei Proteasen werden durch Transmissionselektronenmikroskopie 4 inhibiert, (ii) Darstellung von Autophagosomen durch Überwachen GFP-Atg8 Brennpunkte über Fluoreszenzmikroskopie 5,6 und (iii) Detektion angesäuert autophagosomalen Strukturen unter Verwendung der Fluoreszenzfarbstoff monodansyl Cadaverin 7.
Hier wird ein neues Verfahren zum Züchten von Penicillium chrysogenum zur autophagy Studien vorgestellt. Das wichtigste Element ist der "Hunger-Pad", das lediglich aus 1% Agarose in sterilisierte Leitungswasser gelöst. Zusätzliche Verbindungen (zB Stressoren, Abfänger, autophagy Modulatoren) auf die Unterlage so lange sie keine Autofluoreszenz angezeigt hinzugefügt. Das Kissen wird in Objektträgern, die einen flachen zentralen Hohlraum enthalten, entfernt. Dieses Pad in impft entweder mit einer Sporensuspension oder mit kleinen Mycelfragmente. Letzteres ist sinnvoll, wenn die Belastung von Interesse nicht sporulate effizient (zB Δ ATG1 Stämme 8). Die Objektträger werden in feuchten Kammern positioniert, um ein Austrocknen der Probe zu verhindern (diese können einfach mit leeren Pipettenspitze Boxen gebaut werden) und bei Raumtemperatur inkubiert. P. chrysogenum ist in der Lage, für ein paar Tage unter diesen Bedingungen wachsen. Autophagie kann mikroskopisch durch vakuoläre Erweiterung, die eine positive Marker für Pilz Autophagie ist zu beachten. In diesem Beitrag einem P. chrysogenum Stamm (Wisconsin 54-1255) verwendet wird, das grünes fluoreszierendes Protein, das an Peroxisomen durch ihre C-terminalen "SKL" Sequenz 9 ausgerichtet ist bildet. Daher ist es möglich, die Verschlechterung von Peroxisomen überwachen. Es ist möglich, unter Verwendung von geeigneten Lokalisierungssignale kenn auch andere Kompartimente der Zelle (zB Mitochondrien) und ihre Abbau analysieren. Obwohl Daten aus P. chrysogenum Ws54-1255 (GFP-SKL) wird hier dargestellt, ist es durchaus möglich,um den "Hunger-Pad 'Methode auch für andere Fadenpilze verwenden (zB Neurospora crassa, Sordaria macrospora, Aspergillus-Arten, etc.).
Protocol
Representative Results
Discussion
Die hier vorgestellte Methode ermöglicht die bequeme und reproduzierbare Untersuchung der Autophagie in P. chrysogenum. Beispielsweise kann es zum Screening der Wirksamkeit von verschiedenen Verbindungen, ob sie zur Modulation der autophagy Reaktion dieses Pilzes sind oder nicht verwendet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass mit Rapamycin Hemmung der TOR-Signalisierung führt zu einer deutlichen Induktion der Autophagie in P. chrysogenum, die auch für andere Organismen 11 gezeigt.
<p cl…Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
CQS receives a fellowship from the LOEWE Excellence Cluster for Integrative Fungal Research (IPF). The author would like to thank Ida J. van der Klei for the P. chrysogenum strains used in this work and Andreas S. Reichert for the gift of rapamycin.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Microscope slides with central cavity | Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany | H884.1 | These can be used multiple times after cleaning. |
| Glass beads | Carl Roth GmbH, Karlsruhe, Germany | A553.1 | Diameter: 0.25 – 0.50 mm |
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