Adenofection: tükenmesi-Kurtarma Experiments Hücresel Morphodynamics Moleküler şaperonlar Rolü incelenmesi için Bir Yöntem
Summary
We describe a method for depletion-rescue experiments that preserves cellular integrity and protein homeostasis. Adenofection enables functional analyses of proteins within biological processes that rely on finely tuned actin-based dynamics, such as mitotic cell division and myogenesis, at the single-cell level.
Abstract
Böyle mitoz ve hücre farklılaşması gibi hücresel süreçleri büyük ölçüde hücre iskelet yapılarının doğru yeniden güvenmek hücre şekli değişiklikleri ile yönetilmektedir. Bu, belirli bir zaman ve yerde daha yüksek dereceden moleküler yapıların bağlanma-çözülme, proteinlerin aşırı ifadesi ile neden olduğu düzensizlikler, özellikle hassas olan bir işlemi içerir. yakın–normal hücre morfolojisi, protein homeostazını koruyan ve korumak yöntemler hücresel süreçlerin çeşitli ilgi konusu bir proteinin fonksiyonel katkı belirlenmesi yüksek ölçüde istenebilecektir. RNA müdahalesi dayalı geçici baskılanma-kurtarma deneyleri, protein fonksiyonları ve yapısal gereksinimlerini analiz güçlü yaklaşımlardır. Ancak, fizyolojik seviyesinden en az sapma ile hedef proteinin reintroduction gerçek bir mücadeledir. Burada moleküler şaperonlar rolünü incelemek için geliştirilmiş bir yöntem olarak adlandırılan adenofection açıklayan bird bölünen hücrelerin normal çalışma ortakları ve aktin biçimlenme ile ilişkisi. HeLa hücreleri siRNA dubleksler 3'UTR bölgeyi hedefliyor ile BAG3 tükenmiş bulundu. GFP etiketli BAG3 proteinleri transfeksiyon reaktifleri bağlanmış rekombinant adenovirüsler kullanarak hücrelerin>% 75 içine eş zamanlı olarak yeniden dahil edilmiştir. Adenofection stres yanıt verilmemesi halinde, BAG3 yoksun HeLa hücrelerinde yakın fizyolojik seviyede BAG3 GFP proteinleri ifade etmek için etkin. Etkisiz endojen ısı şoklu protein şaperonlar protein homeostazı ana stresle uyarılabilir düzenleyiciler düzeyde gözlenmiştir. Ayrıca, hücre iletimi-transfeksiyon sırasında floresan belirteçlerin ifadesini süren bakulovirüsleri ekleyerek, biz time-lapse mikroskobik tarafından mitotik hücre dinamiklerini incelemek olabilir, normal mitotik ilerlemesi minimum pertürbasyon ile analiz eder. Adenofection myoblast fark fonksiyonel analiz için zor enfekte fare hücreleri de uygulanabilir ve uygunmyotubes farklılık yaratmak. Böylece adenofection yapı-fonksiyon üst düzey iskelet dinamikleri güveniyor hassas biyolojik süreçlerde yer proteinlerin analizi gerçekleştirmek için çok yönlü bir yöntem sağlar.
Introduction
Memeli hücrelerinde gen ifadesinin fonksiyonel inaktivasyonu proteinlerin fonksiyonları incelemek için altın standarttır. Yeni tür Çinko parmak nükleazlara gibi site-spesifik nükleazların kullanımına dayanan genom düzenleme teknolojileri geliştirmiş ve kümelenmiş düzenli interspaced kısa palindromik tekrarlar (CRISPR) / CAS9 şimdi hedeflenen gen silme ve mutasyon 1,2 ile hücre hatlarının üretilmesini sağlar. Bu yeni yaklaşımlar biz protein fonksiyonu ve insan hastalıklarının genetik anlayışımızı okuyan yol devrim olmalıdır. Bazı durumlarda ise, uzun vadeli veya tam gen nakavt arzu edilmez ve sekonder hücre telafi mekanizmaları provoke edebilir. Genetik olarak tadil edilmiş hücre çizgilerinin üretimi de sınırlı bir proliferasyon kapasitesi, ya da farklı hücre tiplerinde mutasyonların büyük bir set tarama aranan primer hücre kültürleri ile uğraşırken sınırlayıcı olabilir. Bu genellikle, bir hücre b bağımlılığı belirlemek için gereklidirbir proteinin yapısal gereksinimleri malarla proses. Bu amaçla, çeşitli hücresel geçmişleri geçici tükenmesi-kurtarma deneyleri sağlayan RNA müdahalesi ile geri dönüşümlü demonte hala yapı-işlev ilgi 3'ün bir protein analizleri gerçekleştirmek için basit ve güçlü bir yaklaşım olmaya devam etmektedir. Ancak, bu yaklaşımın önemli bir dezavantajı zorluk verimli susturulması elde etmek ve hücre popülasyonunun bir çoğunluğu yakın fizyolojik düzeyde ilgi ya da türevleri protein reintroduce etmektir. Bu protein-protein etkileşimleri ile ilgili, örneğin hücre popülasyonu bazlı deneylerde görülen, tek hücreler (hypomorphic fenotipi) seviyesinde görülen işlevsel etkileri ilişkili girişimi kapsamlı çalışmalar sağlamak için çok önemlidir.
Klasik transfeksiyon yöntemleri kullanarak, bir güçlükle hücrelerin büyük bir nüfus eksojen proteinlerin homojen ve düşük ifadesini elde edebilirsiniz. Rekombinant virüs hücrelerin İletimiadenovirüsler gibi genellikle eksojen proteinin daha normal ifadesini sağlar. Bununla birlikte, adenovirüs alımı insan olmayan hücrelerde mevcut değildir veya sadece zayıf bir insan hücre tiplerinde ifade edilir ARAÇ reseptörü ile sınırlıdır. Ayrıca, adenovirüsler hücreye girişi hücre şekli ve yapışma 4-6 düzenleyen sinyal yollarının aktive eder. Hücre morphodynamics düzenleyici mekanizmaları okuyan bu besbelli istenmemektedir. Biz hücre bölünmesi ve aktin dinamikleri, bir koruyucuya kompleksi, BAG3-HSPB8 fonksiyonel analizleri üstlendi zaman biz bu sorunlu bakan. Öncü iş stresi 7,8 sırasında protein kalite kontrol ve otofaji bu hastabakıcı kompleksi için bir rol tarif etmişti. Bu çalışmaların çoğu, ancak, chaperones normalde stres sırasında düzenlenen varsayarak, protein aşırı ekspresyonu dayanıyordu. Bu HSPB8 ile kompleks içinde, ister BAG3 sorusunu açık bıraktı, th ifade bölünen hücrelerin normal çalışmasına katkıda bulunabilirBirçok kanser hücre tipleri 9 gibi ese şaperonlar. Özellikle, hastabakıcı kompleksi HspB'dir şaperonlar ve iskelet dinamikleri 10 arasında ortaya çıkan bağlantıları verilen büyük ilgi oldu mitoz ilerlemesini kontrol aktin-tabanlı yapıların yeniden bir katkısı olup olmadığını. Bu sorunu gidermek için, biz mitoz ilerlemesi veya hücresel morfoloji müdahale olmaz ve hücre şekil değişiklikleri düzenleyen makromoleküler kompleksleri dinamikleri ikincil pertürbasyon önlemek için, protein homeostazisini korumak hangi tükenmesi-kurtarma deneyler için etkili bir yöntem geliştirmeyi aramaktadır . Bu nedenle, ideal olarak söz konusu genin tükenmesi ekleyin geri eş zamanlı olarak yapılmalıdır.
Bir katyonik polimer veya lipidler ile adenovirüs komplekslerinin kullanımı, in vitro ve in vivo 11,12 gen transferini teşvik etmek için tarif edilmiştir. Örneğin, kalsiyum fosfat (Capi) sahip bir çökelti oluşturmak için görünürBir CAR-bağımsız yolunun 13 üzerinden virüs bağlayıcı girişi geliştirmek adenovirüs. Gerçekten de, katyonik bileşikler ile adenovirüs bazlı hücre transdüksiyonu ve transfeksiyon birleştiren tükenmesi kurtarma deneyler etkinliğini arttırabildiği bulunmuştur. Bu çoğunda yakınındaki endojen seviyelerde ekzojen proteinlerin ekspresyonunu ayarlamak için daha geniş bir pencere hücre hattı ve ilgi dahilindeki gen ve yarar bağlı olarak, US 20-kat 3- virüsün miktarını düşürmek için izin hücresel morfoloji üzerinde asgari etki ile ilgi bir hücre popülasyonunun. Bu koşullar altında, daha da endojen protein ekspresyonu (>% 75) yüksek verimli demonte elde edebiliriz. Biz burada fizyolojik ro fonksiyonel analizler için yöntem uygun hale adım yöntem adım tarif ve Isı Şoku Protein ailesinin stres kaynaklı chaperones değişmeden seviyeleri ile değerlendirilen protein homeostazı önemli ölçüde tedirgin olmadığını kanıttime-lapse video mikroskobu ile moleküler şaperonlar le. Protokol hücre senkronizasyon prosedürlere ve mitotik ilerlemesi sırasında, normal aktin bazlı ve mil dinamikleriyle en az müdahale ile flüoresan işaretlerin düşük seviyelerde, ko-ekspresyonu için ticari olarak temin edilebilir bakulovirüslerin kullanımı elverişlidir. Biz daha in vitro myotubes myoblast farklılaşma üzerinde önemli bir etkiye sahip fare C2C12 hücreleri, "uyum sağlamak zor" uygulanabilir yöntem çok yönlülüğünü gösteriyor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada, stokiyometri ve protein kompleksleri ve moleküler yapıların dinamiklerini etki proteinlerin aşın özellikle hassas olan hücre biyolojik süreçlerin işlevsel analizleri için de geçerlidir tükenmesi kurtarma deneyler için sağlayan bir yöntem açıklanmaktadır. Mitoz hücre bölünmesi, bir hücrenin genel yapısı içinde en dramatik ve muhteşem değişiklikleri içeren ince ayarlı hücre morphodynamics aşırı bir örnektir. hücre görüntüleme için aktin ve tubulin belirteçlerin düşük am…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Canadian Institutes of Health Research (Grant no 7077), and by the Bellini Foundation and Roby Fondazione.
Materials
| C2C12 Mouse Myoblasts | ATCC | CRL-1772 | |
| Adenovirus custom design | Welgen | Custom design | |
| Calcium Chloride | Fisher Scientific | C79-500 | |
| CellLight® Actin-GFP, BacMam 2.0 | Thermo Fisher | C10582 | |
| CellLight® Tubulin-RFP, BacMam 2.0 | Thermo Fisher | C10614 | |
| Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM), High Glucose | Thermo Fisher | 11965-092 | |
| EDTA | Sigma | E5134 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Thermo Fisher | 12483-020 | |
| Fibronectin | Sigma | F1141 | |
| Glass bottom dishes, 35mm | MatTek Corperation | P35G-1.5-20-C Case | |
| HeLa-RFP-H2B | Kind gift of Dr Sabine Elowe, Québec, Canada | Klebig C et al. 2009 | |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310-1 | |
| Horse Serum, New Zealand | Thermo Fisher | 16050-122 | |
| KCl | Fisher Scientific | BP366-500 | |
| L-Glutamine | Thermo Fisher | 25030081 | |
| Lipofectamine® RNAiMAX Transfection Reagent | Thermo Fisher | 13778-150 | |
| Minimal Essential Medium (MEM) Alpha | Wisent | 310-101-CL | |
| Minimal Essential Medium (MEM) Alpha without Desoxyribonuleosides/Ribonucleosides | Thermo Fisher | 12000-022 | |
| Minimal Essential Medium (MEM) Alpha without Phenol Red | Thermo Fisher | 41061-029 | |
| Na2HPO4 | Biobasic | S0404 | |
| NaCl | Fisher Scientific | BP358-10 | |
| OptiMEM | Thermo Fisher | 11058-021 | |
| rAVCMV-LifeAct-TagGFP2 | IBIDI | 60121 | |
| siRNA duplexes | Dharmacon | Custom design | |
| Thymidine | Sigma | T9250 | |
| Trypsine 2.5% | Thermo Fisher | 15090-046 |
References
- Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M. C., Zhang, H. S., Gregory, P. D. Genome editing with engineered zinc finger nucleases. Nat Rev Genet. 11 (9), 636-646 (2010).
- Hsu, P. D., Lander, E. S., Zhang, F. Development and applications of CRISPR-Cas9 for genome engineering. Cell. 157 (6), 1262-1278 (2014).
- Boettcher, M., McManus, M. T. Choosing the Right Tool for the Job: RNAi, TALEN, or CRISPR. Mol Cell. 58 (4), 575-585 (2015).
- Natarajan, K., Rajala, M. S., Chodosh, J. Corneal IL-8 expression following adenovirus infection is mediated by c-Src activation in human corneal fibroblasts. J Immunol. 170 (12), 6234-6243 (2003).
- Yousuf, M. A., et al. Caveolin-1 associated adenovirus entry into human corneal cells. PLoS One. 8 (10), e77462 (2013).
- Morton, P. E., Hicks, A., Nastos, T., Santis, G., Parsons, M. CAR regulates epithelial cell junction stability through control of E-cadherin trafficking. Sci Rep. 3, 2889 (2013).
- Carra, S., Seguin, S. J., Lambert, H., Landry, J. HspB8 chaperone activity toward poly(Q)-containing proteins depends on its association with Bag3, a stimulator of macroautophagy. J Biol Chem. 283 (3), 1437-1444 (2008).
- Fuchs, M., et al. Identification of the key structural motifs involved in HspB8/HspB6-Bag3 interaction. Biochem J. 425 (1), 245-255 (2010).
- Rosati, A., Graziano, V., De Laurenzi, V., Pascale, M., Turco, M. C. BAG3: a multifaceted protein that regulates major cell pathways. Cell Death Dis. 2, e141 (2011).
- Guilbert, S. M., Tanguay, R. M., Hightower, L. E., et al. . The Big Book of Small Heat Shock Proteins. , 435-456 (2015).
- Fasbender, A., et al. Complexes of adenovirus with polycationic polymers and cationic lipids increase the efficiency of gene transfer in vitro and in vivo. J Biol Chem. 272 (10), 6479-6489 (1997).
- Toyoda, K., et al. Cationic polymer and lipids enhance adenovirus-mediated gene transfer to rabbit carotid artery. Stroke. 29 (10), 2181-2188 (1998).
- Fasbender, A., et al. Incorporation of adenovirus in calcium phosphate precipitates enhances gene transfer to airway epithelia in vitro and in vivo. J Clin Invest. 102 (1), 184-193 (1998).
- Fuchs, M., et al. A Role for the Chaperone Complex BAG3-HSPB8 in Actin Dynamics, Spindle Orientation and Proper Chromosome Segregation during Mitosis. PLoS Genetics. 11 (10), e1005582 (2015).
- Champagne, C., Landry, M. C., Gingras, M. C., Lavoie, J. N. Activation of adenovirus type 2 early region 4 ORF4 cytoplasmic death function by direct binding to Src kinase domain. J Biol Chem. 279 (24), 25905-25915 (2004).
- Riedl, J., et al. Lifeact: a versatile marker to visualize F-actin. Nat Methods. 5 (7), 605-607 (2008).
- Takahashi, A., et al. Myogenic Akt signaling regulates blood vessel recruitment during myofiber growth. Mol Cell Biol. 22 (13), 4803-4814 (2002).
- Murray, T. V., et al. A non-apoptotic role for caspase-9 in muscle differentiation. J Cell Sci. 121 (Pt 22), 3786-3793 (2008).
- Terada, K., Misao, S., Katase, N., Nishimatsu, S., Nohno, T. Interaction of Wnt Signaling with BMP/Smad Signaling during the Transition from Cell Proliferation to Myogenic Differentiation in Mouse Myoblast-Derived Cells). Int J Cell Biol. 2013, 616294 (2013).
- Hindi, S. M., Tajrishi, M. M., Kumar, A. Signaling mechanisms in mammalian myoblast fusion. Sci Signal. 6 (272), re2 (2013).
- Klionsky, D. J., et al. Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (3rd edition). Autophagy. 12 (1), 1-222 (2016).
