הערכת רמות אוטופגיה בשני מודלים שונים של תאי לבלב באמצעות LC3 immunofluorescence
Summary
מטרת פרוטוקול זה היא לקבוע רמות אוטופגיות בסרטן הלבלב ובתאי אסינר בלבלב באמצעות אימונופלואורסנציה LC3 וכימות נקודות LC3.
Abstract
אוטופגיה היא תהליך קטבולי מיוחד המפרק באופן סלקטיבי רכיבים ציטופלזמיים, כולל חלבונים ואברונים פגומים. אוטופגיה מאפשרת לתאים להגיב פיזיולוגית לגירויי לחץ, ובכך לשמור על הומאוסטזיס תאי. תאים סרטניים עשויים לווסת את רמות האוטופגיה שלהם כדי להסתגל לתנאים שליליים כגון היפוקסיה, מחסור בחומרים מזינים או נזק שנגרם על ידי כימותרפיה. אדנוקרצינומה של הלבלב היא אחד מסוגי הסרטן הקטלניים ביותר. לתאי סרטן הלבלב יש פעילות אוטופגיה גבוהה עקב הגברת השעתוק וההפעלה שלאחר התרגום של חלבוני אוטופגיה.
כאן, קו התאים PANC-1 שימש כמודל של תאי סרטן אנושיים בלבלב, וקו תאי הלבלב AR42J שימש כמודל פיזיולוגי של תאי יונקים ממוינים מאוד. מחקר זה השתמש באימונופלואורסנציה של שרשרת אור של חלבון הקשור למיקרוטובול 3 (LC3) כאינדיקטור למצב הפעלת אוטופגיה. LC3 הוא חלבון אוטופגיה אשר, בתנאי בסיס, מראה דפוס מפוזר של התפלגות בציטופלסמה (המכונה LC3-I במצב זה). השראת אוטופגיה מעוררת את הצמידות של LC3 לפוספטידיל-אתנולמין על פני השטח של אוטופגוזומים שזה עתה נוצרו ליצירת LC3-II, חלבון הקשור לקרום המסייע בהיווצרות ובהרחבה של אוטופגוזומים. כדי לכמת את מספר המבנים האוטופגיים המסומנים, נעשה שימוש בתוכנת הקוד הפתוח FIJI בעזרת הכלי “3D Objects Counter”.
מדידת הרמות האוטופגיות הן בתנאים פיזיולוגיים והן בתאים סרטניים מאפשרת לנו לחקור את אפנון האוטופגיה בתנאים מגוונים כגון היפוקסיה, טיפול כימותרפי או הפלת חלבונים מסוימים.
Introduction
מקרואוטופגיה (המכונה בדרך כלל אוטופגיה) הוא תהליך קטבולי מיוחד המפרק באופן סלקטיבי רכיבים ציטופלזמיים, כולל חלבונים ואברונים פגומים 1,2. אוטופגיה מאפשרת לתאים להגיב פיזיולוגית לגירויי לחץ, ובכך לשמור על הומאוסטזיס תאי3. במהלך אוטופגיה נוצרת שלפוחית קרום כפולה: האוטופגוזום. האוטופגוזום מכיל את מולקולות המטען ומניע אותן לליזוזום לפירוק 1,4.
אוטופגוזומים מעוטרים על ידי שרשרת אור החלבון האוטופגית המשויכת למיקרוטובול 3 (LC3)5. כאשר אוטופגיה אינה מושרית, LC3 מפוזר בציטופלסמה ובגרעין בקונפורמציה LC3-I. מצד שני, כאשר אוטופגיה מושרית, LC3 מצומד עם phosphatidylethanolamine בקרום של מבנים אוטופגיים6. קונפורמציה LC3 חדשה זו ידועה בשם LC3-II1. שינוי הקונפורמציה LC3 גורם לשינויים בלוקליזציה התאית שלו ובנדידת האלקטרופורזה של ג’ל דודציל נתרן סולפט-פוליאקרילאמיד (SDS-PAGE), אשר ניתן לזהות באמצעות טכניקות כגון אימונופלואורסנציה וכתם מערבי 5,7. בדרך זו, צימוד LC3 הוא אירוע מפתח בתהליך האוטופגי שניתן להשתמש בו כדי למדוד פעילות אוטופגית.
תא acinar הלבלב הוא תא ממוין מאוד, אשר, בתנאים בריאים, יש שיעור נמוך של אוטופגיה. עם זאת, בתנאים פיזיולוגיים שונים או תחת גירוי תרופתי, הם יכולים להפעיל אוטופגיה. לכן, קביעת רמות אוטופגיות בקו תאים זה שימושית לחקר ההשפעות הישירות או העקיפות האפשריות של סוכנים פרמקולוגיים או ביולוגיים שונים על אוטופגיה 8,9.
אדנוקרצינומה של הלבלב היא אחד מסוגי הסרטן הקטלניים ביותר, בהתחשב באבחנה המאוחרת שלה ובעמידות הגבוהה שלהלכימותרפיה 10. לתאי סרטן הלבלב יש פעילות אוטופגיה גבוהה עקב הגברת השעתוק וההפעלה שלאחר התרגום של חלבונים הקשורים לאוטופגיה11. תאי סרטן הלבלב עשויים להתאים את רמות האוטופגיה שלהם בתגובה לתנאים שליליים כמו היפוקסיה, מחסור בחומרים מזינים או נזק הנגרם על ידי כימותרפיה11. לפיכך, ניתוח רמות האוטופגיה בתאי סרטן הלבלב יכול לעזור להבין כיצד הם מסתגלים לסביבות משתנות ולהעריך את היעילות של טיפולים המווסתים אוטופגיה.
מחקר זה מראה שיטה לביצוע LC3 immunofluorescence בשני מודלים שונים של תאי הלבלב. המודל הראשון, תאי PANC-1, שימש כמודל לאדנוקרצינומה של צינור הלבלב. תאים אלה טופלו בגמציטאבין, חומר כימותרפי שהוכח בעבר כגורם לאוטופגיה, במיוחד בתאי סרטן הלבלב הנושאים את הגן האונקוגני Kirsten rat sarcoma virus (KRAS)12,13. המודל השני, תאי AR42J, שימש כמודל פיזיולוגי יותר של תאי לבלב אקסוקריניים. תאים אלה התמינו עם dexamethasone כדי להיות דומים יותר לתאי לבלב acinar14. בתאים אלה, אוטופגיה הושרה פרמקולוגית באמצעות שימוש ב- PP242, שהוא מעכב mTORרב עוצמה 15. במחקר זה אנו מדגימים את תחולת הפרוטוקול המתואר בשני מודלים שונים של הלבלב ואת יכולתו להבחין בין מצבים של אוטופגיה נמוכה וגבוהה.
Protocol
Representative Results
Discussion
השיטה המתוארת בפרוטוקול זה מאפשרת להמחיש את התפלגות LC3 האנדוגנית בתא ולכמת את הרמות האוטופגיות בתנאים שונים. שיטה דומה נוספת המשמשת לניתוח התפלגות LC3 ולקביעת הפעלת אוטופגיה כוללת טרנספקציה LC3 עם תווית פלואורסצנטית (כגון RFP-LC3)19. RFP-LC3 transfection יש את היתרונות של לא צריך קיבוע (המאפש…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מאוניברסיטת בואנוס איירס (UBACyT 2018-2020, 20020170100082BA), המועצה הלאומית למחקר מדעי וטכנולוגיה (CONICET) (PIP 2021-2023 GI− 11220200101549CO; ו- PUE 22920170100033) והסוכנות הלאומית לקידום מדעי וטכנולוגי (PICT 2019-01664).
Materials
| 10x Phosphate-Buffered Saline (PBS) | Corning | 46-013-CM | |
| 12 mm round coverslips | HDA | CBR_OBJ_6467 | |
| 24 Well- Cell Culture Plate | Sorfa | 220300 | |
| Absolute ethanol | Biopack | 2207.10.00 | |
| Alexa Fluor 594 Donkey anti-rabbit IgG (H+L) | Invitrogen | R37119 | |
| Confocal Laser Scanning Microscope | Zeiss | LSM 800 | |
| DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole, dihydrochloride) | Invitrogen | 62248 | |
| Dexamethasone | Sigma Aldrich | D4902 | |
| DMEN | Sartorius | 01-052-1A | |
| Fetal Bovine Serum | NATOCOR | Lintc-634 | |
| Gemcitabina | Eli Lilly | VL7502 | |
| LC3B (D11) XP Rabbit mAb | Cell Signaling Technology | 3868S | |
| Methanol | Anedra | 6197 | |
| Parafilm "M" (Laboratory Sealing Film) | Bemis/Curwood | PM-996 | |
| Pen-Strep Solution | Sartorius | 03-031-1B | |
| PP242 | Santa Cruz Biotechnology | SC-301606 | |
| Trypsin EDTA | Gibco | 11570626 |
Referências
- Grasso, D., Renna, F. J., Vaccaro, M. I. Initial steps in mammalian autophagosome biogenesis. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 6, 146 (2018).
- Galluzzi, L., et al. Molecular definitions of autophagy and related processes. EMBO Journal. 36 (13), 1811-1836 (2017).
- Kitada, M., Koya, D. Autophagy in metabolic disease and ageing. Nature Reviews Endocrinology. 17 (11), 647-661 (2021).
- Ktistakis, N. T., Tooze, S. A. Digesting the expanding mechanisms of autophagy. Trends in Cell Biology. 26 (8), 624-635 (2016).
- Tanida, I., Ueno, T., Kominami, E. LC3 and autophagy. Methods in Molecular Biology. 445, 77-88 (2008).
- Kabeya, Y., et al. LC3, a mammalian homologue of yeast Apg8p, is localized in autophagosome membranes after processing. EMBO Journal. 19 (21), 5720-5728 (2000).
- Mizushima, N., Yoshimori, T. How to interpret LC3 immunoblotting. Autophagy. 3 (6), 542-545 (2007).
- Vanasco, V., et al. Mitochondrial dynamics and VMP1-related selective mitophagy in experimental acute pancreatitis. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 9, 640094 (2021).
- Williams, J. A. Regulatory mechanisms in pancreas and salivary acini. Annual Review of Physiology. 46, 361-375 (1984).
- Mizrahi, J. D., Surana, R., Valle, J. W., Shroff, R. T. Pancreatic cancer. Lancet. 395 (10242), 2008-2020 (2020).
- Li, J., et al. Regulation and function of autophagy in pancreatic cancer. Autophagy. 17 (11), 3275-3296 (2021).
- Ropolo, A., et al. A novel E2F1-EP300-VMP1 pathway mediates gemcitabine-induced autophagy in pancreatic cancer cells carrying oncogenic KRAS. Frontiers in Endocrinology. 11, 411 (2020).
- Pardo, R., et al. Gemcitabine induces the VMP1-mediated autophagy pathway to promote apoptotic death in human pancreatic cancer cells. Pancreatology. 10 (1), 19-26 (2010).
- Logsdon, C. D., Moessner, J., Williams, J. A., Goldfine, I. D. Glucocorticoids increase amylase mRNA levels, secretory organelles, and secretion in pancreatic acinar AR42J cells. Journal of Cell Biology. 100 (4), 1200-1208 (1985).
- Klionsky, D. J., et al. Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition). Autophagy. 17 (1), 1 (2021).
- Segeritz, C. -. P., Vallier, L., Jalali, M., Saldanha, F. Y. L., Jalali, M. Chapter 9 – Cell culture: Growing cells as model systems in vitro. Basic Science Methods for Clinical Researchers. , 151-172 (2017).
- Elliott, A. D. Confocal microscopy: Principles and modern practices. Current Protocols in Cytometry. 92 (1), 68 (2020).
- Grasso, D., et al. a novel selective autophagy pathway mediated by VMP1-USP9x-p62, prevents pancreatic cell death. Journal of Biological Chemistry. 286 (10), 8308-8324 (2011).
- Ropolo, A., et al. The pancreatitis-induced vacuole membrane protein 1 triggers autophagy in mammalian cells. Journal of Biological Chemistry. 282 (51), 37124-37133 (2007).
- Karanasios, E., Stapleton, E., Walker, S. A., Manifava, M., Ktistakis, N. T. Live cell imaging of early autophagy events: Omegasomes and beyond. Journal of Visualized Experiments. (77), e50484 (2013).
- Kuma, A., Matsui, M., Mizushima, N. LC3, an autophagosome marker, can be incorporated into protein aggregates independent of autophagy: caution in the interpretation of LC3 localization. Autophagy. 3 (4), 323-328 (2007).
- Zhang, Z., Singh, R., Aschner, M. Methods for the detection of autophagy in mammalian cells. Current Protocols in Toxicology. 69, 1-26 (2016).
- Yoshii, S. R., Mizushima, N. Monitoring and measuring autophagy. International Journal of Molecular Sciences. 18 (9), 1865 (2017).
- Betriu, N., Andreeva, A., Semino, C. E. Erlotinib promotes ligand-induced EGFR degradation in 3D but not 2D cultures of pancreatic ductal adenocarcinoma cells. Cancers. 13 (18), 4504 (2021).
- Wang, W., Dong, L., Zhao, B., Lu, J., Zhao, Y. E-cadherin is downregulated by microenvironmental changes in pancreatic cancer and induces EMT. Oncology Reports. 40 (3), 1641-1649 (2018).
- Kim, S. K., et al. Phenotypic heterogeneity and plasticity of cancer cell migration in a pancreatic tumor three-dimensional culture model. Cancers. 12 (5), 1305 (2020).
- Meng, Y., et al. Cytoplasmic EpCAM over-expression is associated with favorable clinical outcomes in pancreatic cancer patients with Hepatitis B virus negative infection. International Journal of Clinical and Experimental Medicine. 8 (12), 22204-22216 (2015).
- Brock, R., Hamelers, I. H., Jovin, T. M. Comparison of fixation protocols for adherent cultured cells applied to a GFP fusion protein of the epidermal growth factor receptor. Cytometry. 35 (4), 353-362 (1999).
