Fraccionamiento subcelular para la activación de ERK a péptidos derivados de mitocondrial tratamiento
Summary
Este protocolo describe cómo estimular las células con péptidos derivados de mitocondrial y evaluar la cascada de señalización y localización de fosfo-proteínas.
Abstract
Péptidos de origen mitocondrial (MDPs) son una nueva clase de péptidos que son codificadas por Marcos de lectura abiertos pequeños dentro de otros genes conocidos del genoma mitocondrial. MDPs con una amplia variedad de efectos biológicos tales como proteger a las neuronas de la apoptosis, la mejora de marcadores metabólicos y protegiendo las células de la quimioterapia. Humanin fue el primer MDP por descubrir y es el péptido más estudiado entre la familia MDP. Los receptores de membrana y vías de señalización corriente abajo de humanin se han caracterizado cuidadosamente. MDPs adicionales como MOTS-c y SHLP1-6 han sido descubiertos más recientemente y los mecanismos de señalización tienen todavía ser aclarada. Aquí describimos un método basado en la cultura de célula para determinar la función de estos péptidos. En particular, técnicas de fraccionamiento celular en combinación con western blot permiten la determinación cuantitativa de la activación y translocación de la molécula de señalización importante. Mientras que hay otros métodos de fraccionamiento celular, descrito aquí es un método fácil y sencillo. Estos métodos pueden utilizarse para aclarar más lejos el mecanismo de acción de estos péptidos y otros agentes terapéuticos.
Introduction
Emergentes los estudios demuestran que los péptidos derivados de mitocondrial (MDPs) desempeñan papeles importantes en citoprotección y metabolismo1,2,3. Comprensión de la vía de transducción de señal en presencia de MDPs nos da información sobre el mecanismo por el cual MDPs modulan varias funciones. El primer identificado MDP, humanin, se ha demostrado para aumentar la quinasa regulada por señal extracelular 1/2 (ERK1/2) fosforilación a través de su receptor binding4,5. Sin embargo, el efecto aguas abajo de la activación de ERK1/2 es todavía underexplored.
La cascada de ERK1/2 sirve como un mediador esencial en una variedad de procesos celulares como proliferación, migración de la célula, metabolismo celular, supervivencia y apoptosis6,7,8. Para organizar todos estos distintos procesos celulares, la actividad y la localización subcelular de ERK1/2 están estrictamente regulados por fosfatasas y proteínas andamio9,10. Además de la modificación poste-de translación, el transporte dinámico de ERK1/2 regula también su señalización función, actividad y especificidad11,12. ERK1/2 se localiza principalmente en el citosol13. Un conjunto de proteínas de anclaje y andamio ayudar a retener ERK1/2 en elementos del citoesqueleto, sobre la superficie de los organelos, o difuso en el citoplasma13. Sobre el estímulo, ERK1/2 es fosforilada y se convierte en disociarse de sus proteínas de anclajes, permitiendo la translocación de ERK1/2 en otros compartimientos subcelulares, incluyendo el núcleo, mitocondrias, Golgi y lisosomas14, 15 , 16.
Aunque humanin es conocido por activar la vía de señalización de ERK1/2, la activación de ERK1/2 sólo se observa en los lysates de la célula total. Como se describió anteriormente, ya que la localización subcelular de ERK1/2 desempeña un papel crucial en su efecto aguas abajo, el análisis de la localización subcelular y los niveles totales de ERK1/2 fosforilado es necesario para proporcionar una comprensión global de humanin inducida por activación de ERK1/2 y la activación de objetivos posteriores.
Para entender los organelos objetivo activados ERK1/2, se realizó el fraccionamiento subcelular seguida de western blot para fosforilada ERK1/2. Este método se puede implementar fácilmente ya que utiliza reactivos y equipo normal de laboratorio. Los compartimientos subcelulares aislados son de alta pureza, permitiendo que los resultados de interpretarse directamente. Inmunotinción de ERK1/2 puede producir resultados similares. Sin embargo, ciertos compartimientos subcelulares son relativamente difíciles de visualizar y requieren métodos especiales de fijación y permeabilización. ERK1/2 niveles varían en compartimientos subcelulares, y esta variación podría causar señales falsas positivas y falsas negativas en lisados de células enteras. Por lo tanto, un immunoblot usando compartimientos subcelulares aislados nos da una mejor comprensión de la localización de ERK1/2.
La versatilidad del método permite modificaciones del Protocolo a investigar los efectos de otros estimulantes, incluyendo otros MDPs o translocación de otras moléculas de señalización como STAT3. Recientemente descubiertos pequeños péptidos humanin-como (SHLPs) se codifican de región de rRNA 16S donde humanin está codificada, y tienen propiedades similares pero distintos en comparación con HN17. Por ejemplo, SHLP2 y SHLP3 activarán ERK1/2 después de 8 h aunque humanin activa ERK1/2 en 5 minutos examen localización subcelular de ERK1/2 en respuesta a péptidos diferentes nos dará una mejor comprensión de la biología de estos péptidos. Nuevas pruebas demostraron que la localización subcelular de las moléculas de señalización juega un papel crucial en sus efectos aguas abajo. Por ejemplo, STAT3 es conocido tradicionalmente a localizarse principalmente en el citosol de las células de reclinación, y luego transloca en el núcleo para activar la expresión génica en respuesta a citoquinas18. STAT3 también se transloca a la mitocondria y regula el ciclo de TCA y ATP producción19. Con respecto a la regulación de la autofagia, diferente localización subcelular de STAT3 modula la autofagia en varias maneras20. Por ejemplo, STAT3 nuclear transcripcionalmente regula genes relacionados con la autofagia y actúa como un modulador de la autofagia. STAT3 citoplásmico constitutivamente inhibe la autofagia interactuando con moléculas señalizadoras de autofagia. STAT3 mitocondrial inhibe y previene la mitofagia suprimiendo el estrés oxidativo inducido por autofagia. Por lo tanto, este método de aislamiento del compartimento subcelular es crucial para entender el papel de otras moléculas de señalización así como ERK1/2.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aquí, demostramos que humanin mediada por el péptido de la activación de ERK1/2 se presenta en dos diferentes tipos de células, y la localización subcelular de activados ERK1/2 puede ser diferente dependiendo de las condiciones (p. ej., dosis de péptido, punto del tiempo y de la célula tipo). Se ha demostrado que humanin señales a través de dos diversos receptores22,23, que puede explicar las diferencias en la señalización entre las dos varied…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue financiado por una Beca Postdoctoral de Ellison/lejos en el programa de investigación envejecimiento a Santa Justa Klan, y un premio de la Fundación de Glenn y NIH concede a PC (1P01AG034906, 1R01GM 090311, 1R01ES 020812). Todos los autores aparecen en la película.
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 |
Referências
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