미세 구조의 분석을위한 효모 엔도 좀의 시스템 Nanogold 라벨링
Summary
효모, 사카로 미세스 세 레비 시아는, 엔도 좀 시스템의 생합성과 기능을 조절하는 유전자를 확인하고 연구하는 중요한 모델 생물이다. 여기에서 우리는 초 미세 구조 연구를위한 엔도 좀 구획의 특정 표시에 대한 자세한 프로토콜을 제시한다.
Abstract
엔도 좀은 진핵 세포의 체크 포인트를 정렬 주요 막 중 하나이며 그들은 대부분 플라즈마 막과 골지체에서 단백질의 재활용 또는 파괴를 조절한다. 결과 엔도 솜 시스템은 세포의 항상성 유지에 중요한 역할을 담당하고, 소낭 수송에 의해 상호의 소기관이 네트워크에 속하는 유전자의 돌연변이, 암 및 신경 생물학적 장애 등 심각한 병변을 일으킨다. 이는 엔도 솜 시스템의 생합성 및 조직을 기본 메커니즘을 이해하는 것이 프라임 관련성이다. 효모 사카로 마이 세스 세레 비시 애의이 작업에 중요한되었습니다. 특히 라벨과 미세 수준에서이 모델 생물의 엔도 좀의 시스템을 분석하기 위해, 우리는 여기에 실버 향상 반응을 통해 이러한 입자의 시각화 다음 spheroplasts에 의해 적극적으로 청구 nanogold 흡수에 대한 자세한 프로토콜을 제시한다. 이 방법은 가치가 너무엔도 좀의 인신 매매에 결함이있는 돌연변이의 형태 학적 검사를위한 L. 또한, 그것은뿐만 아니라 미세 시험에 적용 할뿐만 아니라 단백질 현지화 수사 immunogold labelings와 결합 될 수있다.
Introduction
엔도 솜 시스템 1,2 수용체 리소좀 효소 선별 수용체의 매매와 원형질막 (PM)의 리사이클을 포함한 여러 중요한 역할을 담당하고 세포의 주요 막 선별 장치이다. 엔도 좀은 세 가지 구획, 즉 나누어집니다. 초기 엔도 좀 (EE), 후반 엔도 좀 (LE)와 재활용 엔도 좀. 이 분류는 그것이 특정 마커 단백질에 자신의 형태에, 그들에 도달하는 endocytosed 소재에 소요되는 시간을 기준으로합니다. PM에서 내면화 막, 즉 단백질과 지질 이중층은, 어느 저하에 엔도 좀을 통해 리소좀에 전달 될 수 또는 재순환 될 수있다. 멤브레인은 리소좀에 계속하거나 다시 골지로 검색 할 수도 마찬가지로 골지체에서 엔도 좀으로 이송하고있다. 또한, 단백질은 경계 막 엔도 솜의 형성에 이르게하는 과정에서 내측 신진 내강 소체로 분류 될 수있다LE의 하위 범주, multivesicular 기관.
효모 엔도 솜 시스템은 비교적 덜 복잡한 높은 진핵 세포 중 하나 이상이다. 효모 엔도 좀은 EE와 LE로 구분됩니다. 그들이 리사이클 엔도 솜 또한 조직 특이 리소좀 – 관련 세포 기관을 포함하지 않는 포유 동물 세포 대조적. 결과적으로 그들은 엔도 좀 인신 매매 경로 3,4의 덜 복잡한 네트워크를 가지고. 따라서 효모 표현 여전히 엔도 좀 시스템에서의 기본 원칙 막 트래픽의 일부를 연구하는 유리한 실험 시스템을 나타내고있다. 이러한 장점은 엔도 좀의 경로에 관련된 다수의 유전자가 처음 효모 5 유전자 화면으로 고립되어 있다는 사실을 강조했다. 야생형 및 돌연변이 세포에서 효모 엔도 솜 시스템이 광범위 생화학 및 형광 현미경을 이용하여 접근 연구되어 있지만, 미세 구조 레벨에서 그 조사는왔다최소. 엔도 좀의 세포 기관의 대부분이 자신의 명백한 식별 6 어렵게 형광 현미경에 의해 구두점 구조로 감지하기 때문에 형태 학적 분석은 효모에 특히 적합하다. 불행하게도 효모 엔도 좀의 단백질 마커를 인식 항혈청의 단지 제한된 수의 (IEM) 준비 7-10 면역 전자 현미경에서 일하고있다. 일부 단백질의 경우,이 문제는 또한 유전자의 내생 태깅하고 7,11,12를 검출하는 태그를 인식하는 항체의 사용에 의해 회피되었다. 그러나, 종종 단백질 때문에 자신의 낮은 발현 수준의 IEM으로는 발견 할 수없는 경우가 있습니다. 이 방법은 세포 내 소기관의 형태 / 기능에 잘못를 지역화 및 / 또는 변경을 유도 할 수 있기 때문에 자신의 과발현은 해결책이 아니다. 따라서 전자 현미경 EM에 의해 검출 프로브 세포 내 이입 구획의 라벨은 효과적인 옵션입니다. 특히 경우에 최적의 솔루션을 홍보탑재 장치는 특정 소기관 6을 표시 할 때 알 수 시간 의존적으로 세포 내 이입 경로를 입력한다.
효모 spheroplasts (세포벽이 효소 제거 된 예. 효모)에 의해 적극적으로 청구 nanogold의 이해 성공적으로 효모 엔도 솜 (10)을 구획 식별하는 데 사용되었습니다. 이 입자들은 강하게 생체막을 구성하는 음으로 하전 된 지질에 결합. 따라서 PM과 함께 적극적으로 청구 nanogold 관계자는 엔도 시토 시스에 의해 세포를 관통하고 공포에 도달하기 전에 EE와 LE를 통해 전달합니다. 이러한 작은 금 입자는, 그러나, EM으로 보이는 적절한 크기를 갖고 있지. 그들이 볼 수 렌더링하려면, 그 크기는 금 프로브 13-15 주위에은이나 금의 퇴적으로 이어질 화학 반응에 의해 확대 될 수있다. 우리가 개발하고 성공적 아세포 수행 Tokuyasu 방법에 근거 IEM 방식을 적용한현지화는 8,16 연구. 이 방법은 형태 8,17-24의 우수한 해상도와 효모 준비에 immunogold 라벨을 수행 할 수 있습니다. 우리는 또한 6 구획은 효모 엔도 좀 시스템의 nanogold 라벨에이 IEM 프로토콜을 결합하는 과정을 설립했다. 우리는 형태 학적 결함 6,25 엔도 좀의 인신 매매와 돌연변이를 엔도 좀의 다른 서브 클래스를 특징으로하고 ultrastructurally 검사 한이 방법을 사용. 또한, 우리는이 nanogold 라벨이 immunogold labelings가 다른 엔도 좀의 모집단에 대한 관심의 단백질의 분포를 탐구 할 수있는 가능성을 제공하는 결합 될 수 있다는 것을 증명하고있다. 여기에 우리가 적극적으로 청구 nanogold와 효모 엔도 좀 시스템의 라벨을 실질적으로 수행하는 방법을 제시한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
면역 전자 현미경은이 단백질이있는 사업자와 세포 소기관의 미세 해상도와 단백질의 현지화를 결합 할 수있는 기술이다. 그 구획은 형광 현미경에서와 구두점 구조를 표시하므로 효모 엔도 솜 시스템을 연구 할 때 특히 중요하다. 그것은 그것들을 구별하는 것이 곤란하다. 이러한 이유로 EM에 의해 검출 및 시간 의존적으로 세포 내 이입 경로를 입력하는 것은 매우 중요하다 프로브의 사용은 특?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 그림의 준비와 지원 르네 Scriwanek 감사합니다. FR은 ALW 오픈 프로그램 (821.02.017 및 822.02.014), DFG-NWO 협력 (DN82-303) 및 ZonMW VICI (016.130.606) 보조금, ECHO (700.59.003)에 의해 지원된다.
Materials
| PIPES (piperazin-1,4-bis (2-ethansulfensaure) | Merck, Darmstadt, Germany | 1,102,200,250 | |
| HEPES | Merck, Darmstadt, Germany | 391,340 | |
| EGTA | Sigma, St louis, MO | E4378 | |
| MgCl2.6H2O | Merck, Darmstadt, Germany | 1,058,330,250 | |
| DL-Dithiothreitol | Sigma, St louis, MO | D0632 | |
| Sorbitol | Sigma, St louis, MO | S1876 | |
| Positively charged Nanogold | Nanoprobes, Yaphank, NY | 2022 | store at -20 ̊C |
| HQ-silver™ enhancement kit | Nanoprobes, Yaphank, NY | 2012 | store at -20 ̊C |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma, St louis, MO | 441244 | |
| Glutaraldehyde 8% EM grade | Polyscience, Inc. , Warrington, PA | 216 | store at 4 ̊C |
| Lytic enzyme | MP Biomedicals, Santa Ana, CA | 153526 | store at 4 ̊C |
| Parafilm M | Sigma, St louis, MO | P7793 | |
| 50 meshes nickel grids | Agar Scientific, Stansted, United Kingdom | G209N | |
| Cryo-immuno diamond knife 35 º | Diatome AG, Biel, Switzerland | N.A. | |
| UCT ultramicrotome | Leica, Solms, Germany | N.A. | |
| Formvar 15/95 resine | Electron Microscopy Sciences, Hatfield, PA | 15800 | |
| 50 meshes nickel grids | Agar Scientific, Stansted, United Kingdom | AGG2050N | |
| Parafilm | Sigma, St louis, MO | P7793 | |
| Grids storage box | Leica, Solms, Germany | 162-50 | |
| Falcon 100mmx15mm petri dishe | Corning, Corning, NY | 351029 | |
| Pasteur capillary pipettes 150 mm | Van Bruggen Glas, Rotterdam, The Netherlands | 10216234 | |
| 1.5 ml microcentrifuge | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 72690001 | |
| 50 ml tube | Bio-one, Alphen aan den Rijn, The Netherlands | 210296 | |
| Benchkote surface protector | Whatman, Maidstone, United Kingdom | 1159201 |
Riferimenti
- Gruenberg, J. The endocytic pathway: a mosaic of domains. Nat Rev Mol Cell Biol. 2, 721-730 (2001).
- Sachse, M., Ramm, G., Strous, G., Klumperman, J. Endosomes: multipurpose designs for integrating housekeeping and specialized tasks. Histochem Cell Biol. 117, 91-104 (2002).
- Luzio, J. P., Pryor, P. R., Bright, N. A. Lysosomes: fusion and function. Nature Rev Mol Cell Biol. 8, 622-632 (2007).
- Meel, E., Klumperman, J. Imaging and imagination: understanding the endo-lysosomal system. Histochem Cell Biol. 129, 253-266 (2008).
- Bonangelino, C. J., Chavez, E. M., Bonifacino, J. S. Genomic screen for vacuolar protein sorting genes in Saccharomyces cerevisiae. Mol Biol Cell. 13, 2486-2501 (2002).
- Griffith, J., Reggiori, F. Ultrastructural analysis of nanogold-labeled endocytic compartments of yeast Saccharomyces cerevisiae using a cryosectioning procedure. J Histochem Cytochem. 57, 801-809 (2009).
- Babst, M., Katzmann, D. J., Estepa-Sabal, E. J., Meerloo, T., Emr, S. D. ESCRT-III: an endosome-associated heterooligomeric protein complex required for MVB sorting. Dev Cell. 3, 271-282 (2002).
- Griffith, J., Mari, M., De Maziere, A., Reggiori, F. A cryosectioning procedure for the ultrastructural analysis and the immunogold labelling of yeast Saccharomyces cerevisiae. Traffic. 9, 1060-1072 (2008).
- Lewis, M. J., Nichols, B. J., Prescianotto-Baschong, C., Riezman, H., Pelham, H. R. Specific retrieval of the exocytic SNARE Snc1p from early yeast endosomes. Mol Biol Cell. 11, 23-38 (2000).
- Prescianotto-Baschong, C., Riezman, H. Ordering of compartments in the yeast endocytic pathway. Traffic. 3, 37-49 (2002).
- Odorizzi, G., Babst, M., Emr, S. D. Fab1p PtdIns(3)P 5-kinase function essential for protein sorting in the multivesicular body. Cell. 95 (3), 847-858 (1998).
- Donselaar, E., Posthuma, G., Zeuschner, D., Humbel, B. M., Slot, J. W. Immunogold labeling of cryosections from high-pressure frozen cells. Traffic. 8, 471-485 (2007).
- Lah, J. J., Hayes, D. M., Burry, R. W. A neutral pH silver development method for the visualization of 1-nanometer gold particles in pre-embedding electron microscopic immunocytochemistry. J Histochem Cytochem. 38, 503-508 (1990).
- Shah, N., Zhang, S., Harada, S., Smith, R. M., Jarett, L. Electron microscopic visualization of insulin translocation into the cytoplasm and nuclei of intact H35 hepatoma cells using covalently linked Nanogold-insulin. Endocrinol. 136, 2825-2835 (1995).
- Weipoltshammer, K., Schofer, C., Almeder, M., Wachtler, F. Signal enhancement at the electron microscopic level using Nanogold and gold-based autometallography. Histochem Cell Biol. 114, 489-495 (2000).
- Tokuyasu, K. T. A technique for ultracryotomy of cell suspensions and tissues. J Cell Biol. 57, 551-565 (1973).
- Cabrera, M., et al. Phosphorylation of a membrane curvature-sensing motif switches function of the HOPS subunit Vps41 in membrane tethering. J Cell Biol. 191, 845-859 (2010).
- Harner, M., et al. The mitochondrial contact site complex, a determinant of mitochondrial architecture. EMBO J. 30, 4356-4370 (2011).
- Nair, U., et al. SNARE proteins are required for macroautophagy. Cell. 146, 290-302 (2011).
- Jacquier, N., et al. Lipid droplets are functionally connected to the endoplasmic reticulum in Saccharomyces cerevisiae. J Cell Sci. 124, 2424-2437 (2011).
- Karanasios, E., et al. Regulation of lipid droplet and membrane biogenesis by the acidic tail of the phosphatidate phosphatase Pah1p. Mol Biol Cell. 24, 2124-2133 (2013).
- Mari, M., et al. An Atg9-containing compartment that functions in the early steps of autophagosome biogenesis. J Cell Biol. 190, 1005-1022 (2010).
- Nair, U., et al. A role for Atg8-PE deconjugation in autophagosome biogenesis. Autophagy. 8, 780-793 (2012).
- Vaart, A., Griffith, J., Reggiori, F. Exit from the Golgi is required for the expansion of the autophagosomal phagophore in yeast Saccharomyces cerevisiae. Mol Biol Cell. 21, 2270-2284 (2010).
- Erpapazoglou, Z., et al. A dual role for K63-linked ubiquitin chains in multivesicular body biogenesis and cargo sorting. Mol Biol Cell. 23, 2170-2183 (2012).
- Tuinen, E., Riezman, H. Immunolocalization of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, hexokinase, and carboxypeptidase Y in yeast cells at the ultrastructural level. J Histochem Cytochem. 35, 327-333 (1987).
- Slot, J. W., Geuze, H. J. Cryosectioning and immunolabeling. Nat Protoc. 2, 2480-2491 (2007).
- Prescianotto-Baschong, C., Riezman, H. Morphology of the yeast endocytic pathway. Mol Biol Cell. 9, 173-189 (1998).
- Vida, T. A., Emr, S. D. A new vital stain for visualizing vacuolar membrane dynamics and endocytosis in yeast. J Cell Biol. 128, 779-792 (1995).
- Hainfeld, J. F., Powell, R. D. New frontiers in gold labeling. J Histochem Cytochem. 48, 471-480 (2000).
