Consegna di proteine, peptidi o cella-impermeabile piccole molecole in cellule vive mediante incubazione con il reagente Endosomolytic dfTAT
Summary
We describe how to deliver proteins and cell-impermeable small molecules into cultured mammalian cells by a simple co-incubation protocol with a reagent that causes endocytic organelles to become leaky.
Abstract
Strategie di consegna macromolecolari in genere utilizzano il percorso endocitica come una via di ingresso cellulare. Tuttavia, endosomal intrappolamento limita fortemente l'efficienza con cui macromolecole penetrare il locale citosolico di cellule. Recentemente, abbiamo aggirato il problema individuando il reagente dfTAT, un dimero legame disolfuro della TAT peptide marcato con il fluoroforo tetrametilrodamina. Abbiamo generato un dimero fluorescente della cellula-penetrante peptide (CPP) TAT prototipo, dfTAT, che penetra cellule vive e raggiunge lo spazio citosolico di cellule con una particolarmente alta efficienza. Consegna citosolico di dfTAT è raggiunto in linee cellulari multiple, comprese le cellule primarie. Inoltre, la consegna non influisce notevolmente la vitalità cellulare, la proliferazione e l'espressione genica. dfTAT in grado di fornire piccole molecole, peptidi, anticorpi, enzimi biologicamente attivi e un fattore di trascrizione. In questo rapporto, si descrivono i protocolli coinvolti nella DFTASintesi T e consegna cellulare. Il manoscritto descrive come controllare la quantità di proteine consegnato allo spazio citosolico di cellule variando la quantità di proteina somministrata extracellulare. Infine, gli attuali limiti di questa nuova tecnologia e passaggi necessari per la validazione di consegna sono discussi. I protocolli descritti devono essere estremamente utili per saggi cellulari e per la manipolazione ex vivo e riprogrammazione delle cellule.
Introduction
La consegna di proteine, peptidi o piccole molecole cellulari impermeabili in cellule vive è spesso desiderabile in molte applicazioni biologiche o biotecnologiche (di imaging cellulare, test funzionali, riprogrammazione cellulare, ecc.) 1-4. Molti approcci di consegna sono già stati segnalati, tra cui la microiniezione, elettroporazione, o l'uso di agenti portanti (ad es., Peptidi cellule penetrante, come TAT, lipidi) 5-7. Ogni tecnica ha tipicamente pro e contro specifici che potrebbero rendere questi approcci adeguati per determinate applicazioni, ma non per gli altri. Problemi comuni riguardano l'efficienza di consegna poveri e / o la mancanza di controllo di quanto materiale viene consegnato 8,9, tossicità o impatto fisiologico deleterio 10,11, la mancanza di controllo temporale, consegna in poche cellule, ma non in un intero popolo (ad es., microiniezione) 12, e complessi coniugazione chimica o formulazione regimi 11.
<p clas s = "jove_content"> Di recente, abbiamo sviluppato una strategia di consegna romanzo che elude queste limitazioni. Questa strategia si basa su un peptide chiamato dfTAT (dimero TAT fluorescente) 13. dfTAT deriva dal peptide ben sanno cellule penetrante (CPP) TAT. dfTAT contiene due copie disolfuro incollato di TAT etichettati con il tetrametilrodamina fluoroforo. Nonostante le loro somiglianze, TAT e dfTAT differiscono in modo significativo in attività. TAT è tipicamente internalizzato nelle cellule per endocitosi. Questo CPP rimane tuttavia per lo più intrappolato dentro endosomi (questo di solito porta ad una distribuzione puntiformi del peptide all'interno delle cellule, se esaminato al microscopio a fluorescenza). Come TAT, dfTAT è efficacemente endocitato dalle cellule. Tuttavia, dfTAT non rimane intrappolato all'interno endosomi. Invece, essa media perdite endosomal in un modo che è estremamente efficiente. L'attività di endosomolytic dfTAT può essere sfruttata per fornire macromolecole da un semplice saggio di incubazione. S copi "> L'attuale comprensione del processo di consegna è il seguente. dfTAT induce macropinocitosi. Di conseguenza, le cellule incubate con dfTAT occupano proteine solubili, peptidi, o piccole molecole (molecole di interesse, MOI) presenti in media da parte di fase fluida endocitosi (vedi Figura 1). Interazioni tra dfTAT e MOI non sono necessari fino a quando sia il traffico entità insieme all'interno del percorso endocitico. Come dfTAT raggiunge una determinata soglia all'interno del lume di organelli endocitiche, esprime la sua attività perdite endosomal (i dettagli molecolari restano essere pienamente caratterizzato). Il contenuto del lume di organelli dispersioni, e quindi il MOI, viene poi rilasciato nelle cellule. Questo approccio è quindi molto conveniente come non sono richieste coniugazione o formulazione regimi con MOI. Inoltre, perché dfTAT è Non modificare direttamente una MOI, non dovrebbe interferire con la funzione MOI volta consegna intracellulare è raggiunto. Inoltre, la concentrazione didfTAT utilizzato consegna è indipendente da quello del MOI in media. Ad esempio, la concentrazione dfTAT può essere mantenuta costante tra i diversi esperimenti per garantire l'efficienza riproducibili in perdite endosomal. Al contrario, la concentrazione di MOI nei media può essere gradualmente modificata per raggiungere livelli desiderati di MOI consegnato nel citoplasma.L'alta efficienza di dispersione endosomal realizzato con dfTAT è notevolmente innocuo a molte delle cellule esaminate fino ad oggi. Si tratta di una sorpresa perché organelli endocytic sono componente importante delle cellule e ci si aspetterebbe che la perdita drammatica mediata da dfTAT sarebbe stato accompagnato da risposte cellulari deleteri. Eppure, cellule trattate proliferano alla stessa velocità come cellule non trattate e non visualizzano i cambiamenti significativi nella loro trascrittoma. Inoltre, la consegna può essere ripetuto in pochi minuti con l'efficienza di consegna riproducibili, indicando che le cellule possono sia tollerare o recuperare dal processo di consegna, senza perderela loro capacità di endocitosi o perdite endosomal. Risposte cellulari sottili potrebbero aver luogo durante la consegna dfTAT e i dettagli molecolari di ciò che queste risposte potrebbero essere ancora essere esplorate. Tuttavia, combinando ad alta efficienza, la convenienza di protocolli, e la mancanza di tossicità, questo approccio consegna risulti immediatamente utili in molte applicazioni basati su celle. I protocolli qui presentati hanno lo scopo di rendere questa tecnologia accessibile alla comunità di ricerca.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le cellule utilizzate per la consegna dfTAT non dovrebbe essere eccessivamente confluenti (> 90% di confluenza), poiché questo potrebbe influenzare l'efficienza di consegna. Le cellule dovrebbero anche essere in buona salute: le cellule morte nella cultura possono rilasciare frammenti apoptotici con cui dfTAT può interagire (ad esempio, il DNA dai nuclei degradate). Questo a sua volta può interferire con efficienza di consegna e la qualità delle immagini. Le cellule devono essere lavati accuratamente…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This article was supported by Award Number R01GM087227 from the National Institute of General Medical Sciences, the Norman Ackerman Advanced Research Program, and the Robert A. Welch foundation (Grant A-1769).
Materials
| Heparin | Sigma | CAS 9041-08-1 | |
| SYTOX Blue | Invitrogen | S11348 | |
| SYTOX Green | Invitrogen | S7020 | |
| nrL15 L-15 (–) cysteine | Hyclone | Special order | |
| Fmoc-protected Amino acids | Novabiochem | ||
| dfTAT | Samples will be provided upon request (contact: pellois@tamu.edu) | ||
| Biosafety Cabinet | |||
| Inverted epifluorescence microscope | Olympus | model IXB1 | equipped with a heating stage maintained at 37 °C and with a Rolera-MGI Plus back-illuminated electron-multiplying charge-coupled device (EMCCD) camera (Qimaging). |
| 37 °C humidified, 5% CO2 incubator | |||
| Peptide synthesizer or vessel to preform manual peptide synthesis |
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