Fraccionamento subcelular para activação de ERK tratamento de peptídeo derivado mitocondrial
Summary
Este protocolo descreve como estimulam as células com peptídeos derivados mitocondriais e avaliar a cascata de sinalização e localização de fosfo-proteínas.
Abstract
Peptídeos derivados mitocondrial (MDPs) são uma nova classe de peptídeos que são codificados por frames de leitura abertos pequenos dentro de outros genes conhecidos do genoma mitocondrial. MDPs têm uma grande variedade de efeitos biológicos como protegendo os neurônios da apoptose, melhorando marcadores metabólicos e protegendo as células da quimioterapia. Humanin foi o MDP primeiro a ser descoberto e o peptídeo mais estudado entre a família MDP. Os receptores de membrana e vias de sinalização a jusante de humanin foram cuidadosamente caracterizadas. MDPs adicionais tais como MOTS-c e SHLP1-6 foram descobertos mais recentemente e os mecanismos de sinalização ainda precisa ser elucidado. Aqui nós descrevemos um método de cultura com base de célula para determinar a função destes peptides. Em particular, técnicas de fracionamento celular em combinação com mancha ocidental permitem a determinação quantitativa da ativação e translocação de importante molécula de sinalização. Embora existam outros métodos de fracionamento celular, o descrito aqui é um método fácil e simples. Estes métodos podem ser usados para elucidar ainda mais o mecanismo de ação desses peptídeos e outros agentes terapêuticos.
Introduction
Estudos emergentes mostram que peptídeos derivados mitocondriais (MDPs) desempenham importantes funções no metabolismo e cytoprotection1,2,3. Compreensão da via de transdução de sinal na presença de MDPs nos dá insight sobre o mecanismo pelo qual o MDPs modular várias funções. O primeiro PDM identificado, humanin, foi mostrado para aumentar a quinase de sinal-regulado extracellular 1/2 (ERK1/2) fosforilação através de seu receptor ligação4,5. No entanto, o efeito a jusante de ERK1/2 ativação é ainda underexplored.
A cascata de ERK1/2 serve como um mediador essencial em uma variedade de processos celulares, incluindo a proliferação, migração celular, metabolismo celular, sobrevivência e apoptose6,7,8. Para orquestrar todos estes processos celulares distintos, a atividade e Localização subcellular de ERK1/2 estão fortemente regulamentados por fosfatases e proteínas de andaime9,10. Além de modificação pós-traducional, o vaivém dinâmico de ERK1/2 também regula sua sinalização função, atividade e especificidade11,12. ERK1/2 é principalmente localizadas no citosol13. Um conjunto de proteínas de ancoragem e andaime ajudar a reter ERK1/2 elementos do citoesqueleto, na superfície das organelas, ou difusa no citoplasma13. Após a estimulação, ERK1/2 é fosforilada e torna-se dissociado de suas proteínas de ancoragem, permitindo a translocação de ERK1/2 para outros compartimentos subcelulares, incluindo o núcleo, mitocôndrias, Golgi e lisossomos14, 15 , 16.
Embora humanin seja conhecido para ativar a via de sinalização ERK1/2, a ativação de ERK1/2 só é observada no lisado celular total. Conforme descrito anteriormente, desde que a Localização subcellular ERK1/2 desempenha um papel crucial em seu efeito a jusante, a análise de tanto a Localização subcellular e os níveis totais de fosforilada ERK1/2 é necessário para fornecer uma compreensão abrangente de ativação induzida por humanin de ERK1/2 e a ativação dos destinos a jusante.
Para entender as organelas do alvo do ativado ERK1/2, realizou-se o fraccionamento subcelular seguido pela mancha ocidental para fosforilada ERK1/2. Este método pode ser implementado facilmente como ele utiliza reagentes e equipamentos laboratoriais padrão. Os compartimentos subcellular isolados são de alta pureza, permitindo que o resultado deve ser interpretado direta. Immunostaining de ERK1/2 pode produzir resultados semelhantes. No entanto, certos compartimentos subcellular são relativamente difíceis de Visualizar e requerem métodos especiais de fixação e permeabilização. ERK1/2 níveis variam em compartimentos subcelulares, e esta variação pode causar sinais falsos positivos e falsos negativos quando se olha para o lisado celular total. Portanto, um immunoblot usando compartimentos subcellular isolados dá-em uma melhor compreensão da localização ERK1/2.
A versatilidade do método permite modificações do protocolo para investigar os efeitos de outros estimulantes, incluindo outros MDPs ou translocação de outras moléculas de sinalização como STAT3. Recentemente descobertos pequenos humanin, como peptídeos (corsários) são codificados da região de rRNA 16S onde humanin é codificado, e eles têm propriedades semelhantes mas distintas em relação ao HN17. Por exemplo, SHLP2 e SHLP3 ativam ERK1/2 após 8 h embora humanin ativa ERK1/2 dentro de 5 min. Localização subcellular exame de ERK1/2, em resposta a diferentes peptídeos nos dará uma melhor compreensão da biologia destes peptides. Emergentes evidências mostraram que a Localização subcellular das moléculas de sinalização desempenha um papel crucial em seus efeitos a jusante. Por exemplo, STAT3 é tradicionalmente conhecida para ser localizada principalmente no citosol em células de descanso, e então ele translocates até ao núcleo para ativar a expressão gênica em resposta a citocinas18. STAT3 também translocates à mitocôndria e regula o ciclo TCA e de produção de ATP19. Sobre regulamento de autofagia, diferente Localização subcellular de STAT3 modula autofagia em várias maneiras20. Por exemplo, nuclear STAT3 transcricionalmente regula genes relacionados autofagia e atua como um modulador de autofagia. Citoplasmáticos STAT3 constitutivamente inibe a autofagia interagindo com moléculas de sinalização de autofagia. Mitocondrial STAT3 inibe e impede mitophagy suprimindo o estresse oxidativo induzido por autofagia. Portanto, esse método de isolamento do compartimento subcellular é crucial para compreender o papel da outra sinalização moléculas bem como ERK1/2.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui, temos demonstrado que humanin mediada por peptídeo ERK1/2 ativação ocorre em dois diferentes tipos de células, e a Localização subcellular de ERK1/2 registrados pode ser diferente dependendo das condições (por exemplo, dose de peptídeo, ponto do tempo e célula tipo). Tem sido demonstrado que humanin sinais através de dois receptores diferentes22,23, que pode explicar as diferenças na sinalização entre as linhas de duas células, bem c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por uma comunhão de Ellison/AFAR pós-doutorado no programa de pesquisa de envelhecimento de SJK, e um prêmio da Fundação de Glenn e NIH concede ao PC (1P01AG034906, 1R01GM 090311, 1R01ES 020812). Todos os autores aparecem no filme.
Materials
| p44/42 MAPK (ERK1/2) | Cell signaling | 9102 | Dilution 1:1,000 |
| phospho-p44/42 MAPK (ERK1/2)(Thr202/Tyr204) | Cell signaling | 4370 | Dilution 1:1,000 |
| Lamin B1 | Cell signaling | 12586 | Nuclear Marker, Dilution 1:1,000 |
| GAPDH | Cell signaling | 5174 | Cytoplasmic marker, Dilution 1:2,000 |
| Tom20 | Santa cruz | SC-17764 | Mitochondria marker, Dilution 1:2,000 |
| anti-Rabbit-HRP conjugated | Cell signaling | 7074 | Dilution 1:30,000 |
| RIPA Lysis and Extraction Buffer | ThermoFisher SCIENTIFIC | 89900 | |
| 100 mm Culture Dish | ThermoFisher SCIENTIFIC | 12556002 | |
| HNG peptide | Genescript | ||
| 25mm sylinge filter | ThermoFisher SCIENTIFIC | 09-719A | |
| HEPES | Sigma | H3375 | |
| MgCl2 | Sigma | M8266 | |
| KCl | Sigma | P9333 | |
| Glycerol | Sigma | G9012 | |
| Triton X-100 | ThermoFisher SCIENTIFIC | BP151-100 | |
| EDTA | Sigma | 3609 | |
| MOPS | Sigma | M1254 | |
| EGTA | Sigma | E3889 | |
| Sucrose | Sigma | S7903 | |
| Tris-base | ThermoFisher SCIENTIFIC | BP152-1 | |
| HCL | Sigma | H1758 | |
| PBS | Lonza | 17-512F | |
| Cell Scraper | FALCON | 353085 | |
| Halt™ Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail (100X) | ThermoFisher SCIENTIFIC | 78440 | |
| Thomas Pestle Tissue Grinder Assemblies with Smooth Pestles | Thomas Scientific | 3432S90 | |
| Tween-20 | ThermoFisher SCIENTIFIC | BP337-500 | |
| BSA | ThermoFisher SCIENTIFIC | BP1600-100 | |
| 8-16% Mini-PROTEAN TGX Precast Protein Gels | BIO RAD | 4561104 | |
| Mini Trans-Blot Module | BIO RAD | 1658030 | |
| Trans-Blot Turbo Transfer System | BIO RAD | 1704150 | |
| Trans-Blot Turbo RTA Mini PVDF Transfer Kit | BIO RAD | 1704272 | |
| Clarity Western ECL Blotting Substrates | BIO RAD | 1705060 | |
| Restore Western blot stripping buffer | ThermoFisher SCIENTIFIC | 21059 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium | ThermoFisher SCIENTIFIC | 11965-092 | |
| Sonicator, Medel: FB120 | ThermoFisher SCIENTIFIC | 695320-07-12 |
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