Isolamento dei lipidi cellulari Goccioline: due tecniche di purificazione partire da cellule di lievito e placente umane
Summary
Due tecniche per isolare gocce lipidiche cellulari da 1) cellule di lievito e 2) placente umane sono presentati. Il fulcro di entrambe le procedure è la densità centrifugazione in gradiente, dove lo strato risultante galleggiante contenente le goccioline può essere facilmente visualizzato occhio, estratto, e quantificato mediante analisi Western Blot per la purezza.
Abstract
Gocce lipidiche sono organelli dinamiche che si possono trovare nella maggior parte delle cellule procariote eucariotiche e certe. Strutturalmente, le goccioline costituiti da un nucleo di lipidi neutri circondato da un monostrato di fosfolipidi. Una delle tecniche più utili nella determinazione dei ruoli cellulari delle goccioline è stato individuazione proteomica di proteine legate, che possono essere isolati con le goccioline. Qui, due metodi sono descritti per isolare gocce lipidiche e le loro proteine legate da due ampie eucarioti: fissione lievito e cellule dei villi placentari umani. Anche se entrambe le tecniche hanno differenze, il metodo principale – Densità di centrifugazione in gradiente – è condivisa da entrambi i preparativi. Questo dimostra l'ampia applicabilità delle tecniche di isolamento droplet presentate.
Nel primo protocollo, le cellule di lievito vengono convertiti in sferoplasti mediante digestione enzimatica delle loro pareti cellulari. I sferoplasti risultanti sono poi gently lisato in un omogeneizzatore larghi. Ficoll viene aggiunto al lisato di fornire un gradiente di densità, e la miscela viene centrifugata per tre volte. Dopo la prima rotazione, le goccioline lipidiche sono localizzati al livello fluttuante colore bianco delle provette da centrifuga con il reticolo endoplasmatico (ER), la membrana plasmatica, e vacuoli. Due successivi giri sono utilizzati per rimuovere questi altri tre organelli. Il risultato è uno strato che ha solo goccioline e proteine legate.
Nel secondo protocollo, le cellule dei villi placentari sono isolate da placenta umana termine per digestione enzimatica con tripsina e DNasi I. Le cellule vengono omogeneizzati in un omogeneizzatore larghi. Passaggi a bassa velocità e centrifugazione a velocità media vengono utilizzati per rimuovere le cellule continue, detriti cellulari, nuclei e mitocondri. Il saccarosio è aggiunto l'omogeneizzato per fornire un gradiente di densità e la miscela viene centrifugata per separare le goccioline lipidiche dall'altro cellulafrazioni r.
La purezza delle goccioline lipidiche in entrambi i protocolli è confermata mediante analisi Western Blot. Le frazioni di gocce di entrambe le preparazioni sono adatti per la successiva analisi proteomica e lipidomico.
Introduction
Gocce lipidiche cellulari sono organelli dinamiche che servono molteplici funzioni nelle cellule. Essi sono hub stoccaggio dei lipidi neutri, che possono essere convertiti in energia o utilizzati per la sintesi dei fosfolipidi. Le goccioline giocano un ruolo centrale in condizioni fisiologiche e patologiche tra cui l'aterosclerosi, obesità e malattie metaboliche, malattie infettive e anche 1,2. Inoltre, sono fonti interessanti per carburanti biodiesel.
Molte informazioni sui ruoli cellulari di gocce lipidiche è stato ottenuto da analisi proteomica e lipidomico di goccioline purificate da organismi di ampio respiro 3. Questi organismi hanno incluso i batteri, lieviti 4,5 6-11, piante 12,13, nematodi 14, e vola 15,16. Dato l'interesse per il ruolo di goccioline lipidiche in malattie metaboliche umane, goccioline sono anche stati isolati da cellule animali in coltura etessuti Nimal. Linee cellulari coltivate hanno incluso 3T3-L1 adipociti 17, ovaia di criceto cinese (CHO), cellule K2 18, hepatocyes umane 19,20, e linee cellulari epiteliali 21. Tessuti animali da cui sono state isolate gocce hanno incluso il mouse muscolo scheletrico 22, 23 fegato e ghiandole mammarie 23. Come accennato in precedenza, l'obiettivo della maggior parte degli studi isolamento gocciolina è effettuare analisi proteomica sui fattori legati e analisi lipidomico sul neutro e fosfolipidi.
Poiché i lipidi neutri – i più numerosi dei componenti di goccioline lipidiche – sono meno dense maggior parte degli altri materiali cellulari, isolamento di gocce è stata tradizionalmente eseguita utilizzando gradiente di densità centrifugazione. Tale tecnica è il fulcro di entrambi preparazioni presentate qui. Tecniche precedenti 6,24 sono combinate e modificate in una presentazione visiva dell'isolamento di goccioline da cellule di lievito di fissione coltivatee cellule umane noncultured ottenute dal tessuto placentare. L'obiettivo è di mostrare la vasta applicabilità di questa tecnica scegliendo due tipi di cellule molto diverse come punti per l'isolamento gocciolina di partenza. Questa tecnica dovrebbe essere utile per coloro che desiderano isolare le goccioline dalla maggior parte degli organismi.
Protocollo 1 descrive l'isolamento di goccioline lipidiche dal lievito di fissione, Schizosaccharomyces pombe, che è stato usato come modello per osservare la formazione di goccioline durante la divisione cellulare eucariotica 25. Il lievito Saccharomyces cerevisiae in erba è stato ampiamente utilizzato come organismo modello per lo studio dei lipidi droplet biologia. Protocollo 1 è applicabile a entrambi gli organismi e le differenze nei preparativi sono evidenziati.
Protocollo 2 descrive l'isolamento di goccioline lipidiche dalle cellule dei villi placentari, che sono a loro volta ottenuti da placenta umana termine. Ilraccolta di placente termine offre un'opportunità unica di ottenere in modo sicuro ed eticamente 200-250 g di facilmente reperibile tessuto umano 26, che contiene un numero significativo di goccioline lipidiche. Questo è in contrasto con la maggior parte del lavoro di isolamento lipidi gocciolina in eucarioti superiori dove le goccioline originano da cellule coltivate. In questi studi, gli acidi grassi sono spesso aggiunti alla coltura per promuovere la sintesi di lipidi neutri e quindi la crescita di goccioline. Questo è in contrasto con il lavoro qui dove goccioline lipidiche si formano in condizioni native nel tessuto placentare.
Le purezza delle frazioni lipidi goccioline sono determinati mediante analisi Western Blot usando anticorpi marcatori organelli. Questi due protocolli produrranno frazioni lipidiche goccioline che sono adatti per la successiva analisi proteomica e lipidomico.
Protocol
Representative Results
Discussion
Passaggi critici all'interno di questo protocollo
Assicurarsi coerente con media e densità cellulari durante la crescita delle cellule in coltura. Goccioline lipidiche cellulari sono unici in quanto le loro proteine associate sono altamente dipendenti l'ambiente in cui le cellule sono coltivate 17. Pertanto, il supporto in cui si coltivano le cellule e la densità delle cellule devono essere strettamente monitorati prima lisi….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dal premio American Heart Association 13SDG14500046 al PD, a Educazione Energia Sostenibile & Research Center Award (Univ. of Tennessee) al PD, e dal Physicians 'Medical Education and Research Foundation (Univ. of Tennessee) premio a JM L' autori ringraziano Caroline Leplante (Yale University.) per il protocollo per la conversione di lievito di fissione a sferoplasti; Eric T. Boder (Univ. of Tennessee) per l'utilizzo dei suoi incubatori stringono, tavolo centrifuga e apparecchiature Western Blot, e il Centro per Biotecnologie Ambientali (Univ. Tennessee) per l'uso della loro ultra-centrifuga, Günther Daum per gli anticorpi di lievito (Graz University of Technology, Austria.), il personale del Dipartimento di Ostetricia e Ginecologia (Univ. Tennessee Medical Center) per l'assistenza tecnica .
Materials
| PROTOCOL #1: | |||
| 1.Growing yeast cells and converting to spheroplasts | |||
| Edinburgh Minimal Media (EMM) | Sunrise Science Products | 2005 | |
| Yeast extract with 5 supplements (YE5S) | Sunrise Science Products | 2011 | YE5S media with 225 mg/ml of each supplement: adeninie, histidine, leucine, lysine, uracil. The equivalent for budding yeast would be YPD. |
| YPD powder | Sunrise Science Products | 1875 | For S. cerevisiae |
| Sorbitol | Fisher Scientific | BP439 | |
| Yeast Lytic Enzyme | MP Biomedicals | 215352610 | |
| Lysing Enzymes from Trichoderma harzianum | Sigma-Aldrich | L1412 | |
| Zymolayse-20T | Sunrise Science Products | N0766391 | For S. cerevisiae |
| BODIPY 493/503 | Invitrogen | D-3922 | |
| Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-544-7 | |
| Microscope Cover Glass | Fisher Scientific | 12-542-B | |
| Plastic transfer pipette | Fisher Scientific | 137115AM | |
| 1 liter glass bottle | |||
| 250 ml flask | |||
| 2.8 liter flasks | |||
| 2. Yeast lipid droplet isolation | |||
| Tris-HCl | Fisher Scientific | BP153 | |
| EDTA | Fisher Scientific | BP120 | |
| Ficoll 400 | Fisher Scientific | BP525 | |
| 12-14k Spectra/Por Dialysis Membrane | SpectrumLabs | 132680 | |
| EDTA-free Protease Inhibitor Cocktail Tablets | Roche Diagnostics | 11873580001 | irritant |
| Dounce Homogenizer | Sigma-Aldrich | D9938 | |
| Ultracentrifuge Tubes 25x89mm (for SW28) | Beckman-Coulter | 355642 | |
| 12-14k Spectra/Por Dialysis Membrane | SpectrumLabs | 132680 | |
| Name of Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Temperature-controlled shaker | New Brunswick Scientific | C25KC | |
| Thermo Sorvall Legend XTR centrifuge | Thermo-Scientific | 75004521 | |
| Swinging Bucket Centrifuge Rotor | Thermo-Scientific | 75003607 | |
| Fiberlite* F15-6x100y Fixed-Angle Rotor | Thermo-Scientific | 75003698 | |
| Ultracentrifuge LB-M | Beckman-Coulter | ||
| SW28 Ultracentrifuge Rotor | Beckman-Coulter | 342204 | |
| PROTOCOL #2 | |||
| 1. Placental villous cells isolation | |||
| Disposable underpads | Fisher Scientific | 23666062 | |
| Autoclavable pan (container), 3L | Fisher Scientific | 1336110 | |
| Fine scissors, sharp-sharp, straight | Fine science tools | 1406011 | |
| London Forceps | Fine science tools | 1108002 | |
| Dumont #7b Forceps | Fine science tools | 1127020 | |
| Razor blades | Fisher Scientific | S65921 | |
| Screen cup for CD-1 | Fisher Scientific | S1145 | |
| 40 mesh screen | Fisher Scientific | S0770 | |
| Fisherbrand cell stainers 100μm | Fisher Scientific | 22363549 | |
| 150 mm Petri Dishes | Fisher Scientific | NC9054771 | |
| NaCl | Fisher Scientific | S642 | |
| KCl | Fisher Scientific | P333 | |
| KH2PO4 | Fisher Scientific | P386 | |
| Na2HPO4 | Fisher Scientific | S374 | |
| D-glucose | Fisher Scientific | D16 | |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310 | |
| 2.5% trypsin 10x | Invitrogen | 15090046 | |
| DNase I grade II, from bovine pancreas | Roche Applied Science | 10104159001 | |
| Sodium bicarbonate solution | Sigma-aldrich | S8761 | |
| 500 ml Erlenmeyer flasks | |||
| 250 ml beakers | |||
| 15 ml centrifuge tubes | |||
| 10 ml serological pipettes | |||
| 50 ml centrifuge tubes | |||
| DMEM | Invitrogen | 11965084 | |
| 2. Lipid droplets isolation from villous placental cells | |||
| Tris-HCl | Fisher Scientific | BP153 | |
| EDTA | Fisher Scientific | BP120 | |
| D-Sucrose | Fisher Scientific | BP220 | |
| Sodium Carbonate | Fisher Scientific | BP357 | |
| EDTA-free protease inhibitor cocktail tablets | Roche Diagnostics | 11873580001 | irritant |
| Dounce homogenizer | Sigma-Aldrich | D9938 | |
| Ultracentrifuge tubes 25x89mm (for SW28) | Beckman-Coulter | 355642 | |
| Ultra-Clear centrifuge tubes 14x89mm (for SW41) | Beckman-Coulter | 344059 | |
| Disposable borosilicate glass pasteur pipets | Fisher Scientific | 1367820C | |
| Name of Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Biological safety hood | Thermo-Scientific | ||
| Waterbath | Fisher Scientific | ||
| Temperature-controlled shaker | New Brunswick Scientific | C25KC | |
| Thermo Sorvall Legend XTR centrifuge | Thermo-Scientific | 75004521 | |
| Swinging Bucket Centrifuge Rotor | Thermo-Scientific | 75003607 | |
| Ultracentrifuge LB-M | Beckman-Coulter | ||
| SW28 Ultracentrifuge Rotor | Beckman-Coulter | 342204 | |
| SW41 Ti Ultracentrifuge Rotor | Beckman-Coulter | 331336 | |
| Western blot | |||
| IRDye 680 Goat Anti-Rabbit IgG | LI-COR | 926-68071 | dilution 1:15000 |
| IRDye 800CW Goat Anti-Mouse IgG | LI-COR | 926-32210 | dilution 1:5000 |
| NuPAGE® Novex® 12% Bis-Tris gels | Invitrogen | NP0341 | |
| primary antibodies for PROTOCOL #1 | |||
| Erg6p | gift from Dr. G. Daum | Graz University of Technology, Austria | dilution 1:5000 |
| Dpm1p | Abcam | ab113686 | 4 μg/ml |
| Por1p | gift from Dr. G. Daum | Graz University of Technology, Austria | dilution 1:5000 |
| Pma1p | gift from Dr. G. Daum | Graz University of Technology, Austria | dilution 1:10000 |
| Vma1p (anti-ATP6V1A) | Abcam | ab113745 | 0.5 μg/ml |
| primary antibodies for PROTOCOL #2 | |||
| perilipin 2 (anti-ADFP) | Abcam | ab52355 | 2 μg/ml |
| calnexin | Cell Signaling technology | 2679 | dilution 1:1000 |
| GM130 | Biorbyt | orb40533 | dilution 1:25 |
| COX IV | Cell Signaling technology | 4850 | dilution 1:1000 |
| MEK1 | Biorbyt | orb38775 | dilution 1:50 |
References
- Ploegh, H. L. A lipid-based model for the creation of an escape hatch from the endoplasmic reticulum. Nature. 448, 435-438 (2007).
- Herker, E. Efficient hepatitis C virus particle formation requires diacylglycerol acyltransferase-1. Nat. Med. 16, 1295-1298 (2010).
- Ding, Y. F., et al. Isolating lipid droplets from multiple species. Nat. Protoc. 8, 43-51 (2013).
- Kalscheuer, R., et al. Preparative isolation of lipid inclusions from Rhodococcus opacus and Rhodococcus rubber and identification of granule-associated proteins. Arch. Microbiol. 177, 20-28 (2001).
- Low, K. L., et al. Lipid droplet-associated proteins are involved in the biosynthesis and hydrolysis of triacylglycerol in mycobacterium bovis bacillus calmette-guerin. J. Biol. Chem. 285, 21662-21670 (2010).
- Leber, R., Zinser, E., Zellnig, G., Paltauf, F., Daum, G. Characterization of lipid particles of the yeast, Saccharomyces cerevisiae. Yeast. 10, 1421-1428 (1994).
- Grillitsch, K., et al. Lipid particles/droplets of the yeast Saccharomyces cerevisiae revisitied: lipidome meets proteome. Biochim. Biophys. Acta. , 1165-1176 (2011).
- Binns, D., et al. An intimate collaboration between peroxisomes and lipid bodies. J. Cell Biol. 173, 719-731 (2006).
- Ivashov, V. A., et al. Lipidome and proteome of lipid droplets from the methylotropic yeast Pichia pastoris. Biochim. Biophys. Acta. 1831, 282-290 (2013).
- Connerth, M., Grillitsch, K., Kofeler, H., Daum, G. Analysis of lipid particles from yeast. Lipidomics: Vol. 1: Methods and Protocols. 579, 359-374 (2009).
- Wolinski, H., Kohlwein, S. D. Microscopic analysis of lipid droplet metabolism and dynamics in yeast. Methods Mol. Biol. 457, 151-163 (2008).
- Jolivet, P., et al. Protein composition of oil bodies in Arabidopsis thaliana ecotype WS. Plant Physiol. Biochem. 42, 501-509 (2004).
- Katavic, V., Agrawal, G. K., Hajduch, M., Harris, S. L., Thelen, J. J. Protein and lipid composition analysis of oil bodies from two Brassica napus cultivers. Proteomics. 6, 4586-4598 (2006).
- Zhang, P., et al. Proteomic study and marker protein identification of Caenorhabditis elegans lipid droplets. Mol. Cell. Proteomics. 11, 317-328 (2012).
- Krahmer, N., Hilger, M., Kory, N., Wilfling, F., Stoehr, G., Mann, M., Farese, R. V., Walther, T. C. Protein correlation profiles identify lipid droplet proteins with high confidence. Mol. Cell Proteomics. 12, 1115-1126 (2013).
- Cermelli, S., Gou, Y., Gross, S. P., Welte, M. A. The lipid-droplet proteome reveals that droplets are a protein-storage depot. Curr. Biol. 16, 1783-1795 (2006).
- Brasaemle, D. L., Dolios, G., Shapiro, L., Wang, R. Proteomic analysis of proteins associated with lipid droplets of basal and lipolytically stimulated 3T3-L1 adipocytes. J. Biol. Chem. 279, 46835-46842 (2004).
- Liu, P. S., Ying, Y. S., Zhao, Y. M., Mundy, D. I., Zhu, M. F., Anderson, R. G. W. Chinese hamster ovary K2 cell lipid droplets appear to be metabolic organelles involved in membrane traffic. J. Biol. Chem. 279, 3787-3792 (2004).
- Fujimoto, Y., et al. Identification of major proteins in the lipid droplet-enriched fraction isolated from the human hepatocyte cell line HuH7. Biochim. Biophys. Acta. , 47-59 (2004).
- Sato, S., et al. Proteomic profiling of lipid droplet proteins in hepatoma cell lines expressing hepatitis C virus core protein. J. Biochem. 139, 921-930 (2006).
- Umlauf, E., Csaszar, E., Moertelmaier, M., Schuetz, G. J., Parton, R. G., Prohaska, R. Association of stomatin with lipid bodies. J. Biol. Chem. 279, 23699-23709 (2004).
- Zhang, H. N., et al. Proteome of skeletal muscle lipid droplet reveals association with mitochondria and apolipoprotein A-I. J. Proteome Res. 10, 4757-4768 (2011).
- Wu, C. C., Howell, K. E., Neville, M. C., Yates, J. R., McManaman, J. L. Proteomics reveal a link between the endoplasmic reticulum and lipid secretory mechanisms in mammary epithelial cells. Electrophoresis. 21, 3470-3482 (2000).
- Brasaemle, D. L., Wolins, N. E. Isolation of lipid droplets from cells by density gradient centrifugation. Curr. Protoc. Cell Biol. , 3.15.1-3.15.12 (2005).
- Long, A. P., et al. Lipid droplet de novo formation and fission are linked to the cell cycle in fission yeast. Traffic. 13, 705-714 (2012).
- Petroff, M. G., Phillips, T. A., Ka, H., Pace, J. L., Hunt, J. S. Isolation and culture of term human trophoblast cells. Methods Mol. Med. 121, 203-217 (2006).
- Cho, S. Y., et al. Identification of mouse Prp19p as a lipid droplet-associated protein and its possible involvement in the biogenesis of lipid droplets. J. Biol. Chem. 282, 2456-2465 (2007).
- Ding, Y. B., Wu, Y. B., Zeng, R., Liao, K. Proteomic profiling of lipid droplet-associated proteins in primary adipocytes of normal and obese mouse. Biochim. Biophys. Acta. 44, 394-406 (2012).
- Jagerstrom, S., et al. Lipid droplets interact with mitochondria using SNAP23. Cell Biol. Int. 33, 934-940 (2009).
- Xu, N. Y., et al. The FATP1-DGAT2 complex facilitates lipid droplet expansion at the ER-lipid droplet interface. J. Cell Biol. 198, 895-911 (2012).
- Ozeki, S., Cheng, J. L., Tauchi-Sato, K., Hatano, N., Taniguchi, H., Fujimoto, T. Rab18 localizes to lipid droplets and induces their close apposition to the endoplasmic reticulum-derived membrane. J. Cell Sci. 118, 2601-2611 (2005).
- Yang, H. Y., Galea, A., Sytnyk, V., Crossley, M. Controlling the size of lipid droplets: lipid and protein factors. Curr. Opin. Cell Biol. 24, 509-516 (2012).
- Jacquier, N., Choudhary, V., Mari, M., Toulmay, A., Reggiori, F., Schneiter, R. Lipid droplets are functionally connected to the endoplasmic reticulum in Saccharomyces cerevisiae. J. Cell Sci. 124, 2424-2437 (2011).
- Pu, J., Ha, C. W., Zhang, S., Jung, J. P., Huh, W. K., Liu, P. Interactomic study on interaction between lipid droplets and mitochondria. Protein Cell. 2, 487-496 (2011).
- Shaw, C. S., Jones, D. A., Wagemakers, A. J. M. Network distribution of mitochondria and lipid droplets in human muscle fibres. Histochem. Cell Biol. 129, 65-72 (2008).
- Goodman, J. M. The gregarious lipid droplet. J. Biol. Chem. 283, 28005-28009 (2008).
- Brasaemle, D. L., Wolins, N. E. Packaging of fat: an evolving model of lipid droplet assembly and expansion. J. Biol. Chem. 287, 2273-2279 (2012).
