Ultrastrüktürel Analizler için Maya endozomal Sisteminin Nanogold Etiketleme
Summary
Maya, Saccharomyces cerevisiae, endozomal sistemin biogenezi ve fonksiyonlarını düzenleyen genleri tanımlamak ve incelemek için bir anahtar bir model organizma olmuştur. Burada ince yapı çalışmaları için endozomal bölmelere spesifik etiketlenmesi için detaylı bir protokol mevcut.
Abstract
Endosomlar ökaryotik hücrelerde kontrol noktaları sıralama önemli membran biri olan ve daha çok plazma zarı ve Golgi proteinlerin geri dönüştürülmesi ya da imha düzenler. Bunun bir sonucu olarak endozomal sistemi, hücre homeostazın sürdürülmesinde bir rol oynar ve veziküler taşıma araçları ile birbirine organel bu ağa ait olan genlerdeki mutasyonlar, kanser ve nörobiyolojik bozukluklar da dahil olmak üzere ciddi bir probleme yol açar. Bu endozomal sisteminin biogenezi ve organizasyon altında yatan mekanizmaları anlamak için bu nedenle asal öneme sahiptir. Maya Saccharomyces cerevisiae bu görevde önemli olmuştur. Özellikle etiket ve ultrastrüktürel düzeyde bu model organizmanın endozomal sistemi analiz etmek için, biz burada bir gümüş güçlendirme reaksiyonu ile bu parçacıkların görselleştirme ardından spheroplastlar tarafından pozitif yüklü nanogold alımı için ayrıntılı bir protokol mevcut. Bu yöntem, aynı zamanda, bir çok değerli olduğuendozomal kaçakçılığı kusurları ile mutantların morfolojik inceleme için l. Ayrıca, sadece elektron mikroskobik inceleme için geçerlidir, ama aynı zamanda protein lokalizasyonu araştırmalar için immünolojik labelings ile kombine edilebilir.
Introduction
Endozomal Sistem 1,2 reseptörleri lizozomal enzim ayırma reseptörlerinin ticareti ve plazma membranı (PM) geri dönüşüm de dahil olmak üzere çok sayıda çok önemli hücresel rol oynayan önemli bir zar sıralama aletidir. Endosomlar üç farklı bölümlerinde, yani ayrılır. Erken endozomlar (EE), geç endozomlar (LE) ve geri dönüşüm endozomlar. Bu sınıflandırma da spesifik bir işaretleyici proteinler ve onların morfolojisi üzerine, onlara ulaşmak için endositeze malzeme için gereken zaman dayanmaktadır. PM den içselleştirilmiş membranlar, yani protein ve lipid çift, iki bozulması için Endozomlar yoluyla lızozomlara teslim edilebilir ya da geri dönüştürülebilir. Membranlar da lızozomlara devam veya geri Golgi'ye alınmak ya, benzer Golgi'ye gelen Endozomlar taşınan ve edilmektedir. Ayrıca, protein endozomal sınırlayıcı zarın oluşumuna yol açan bir işlem içeri doğru tomurcuklanma lümen vezikülleri içine sıralanabilirLE bir alt kategori, multiveziküler organları.
Maya endozomal sistemi göreceli olarak daha az karmaşık, yüksek ökaryotik hücrelerin olandan. Maya endozomlar EE ve LE ayrılır. Bu geri dönüşüm endozomları değil, aynı zamanda dokuya özel lizozom ilgili organellere içermeyen memeli hücrelerinin tersine. Dolayısıyla onlar endozomal kaçakçılık yollarının 3,4 daha az karmaşık bir ağ var. Bu nedenle, maya temsil hala endozomal sistemindeki temel ilkeler zar trafiğin bir çalışma için avantajlı bir deneysel sistem temsil vardır. Bu avantaj, endozomal yollarıyla ilgili çok sayıda gen başlangıçta 5 maya genetik ekranlar ile izole edilmiş gerçeği ile vurgulanmıştır. Vahşi tip ve mutant maya hücrelerinde endozomal sisteminin kapsamlı biyokimyasal ve floresan mikroskobu yaklaşımlar kullanılarak incelenmiştir da, ultra-yapı seviyesinde bu araştırma tek olmuşturminimal. Endozomal organellerin çoğunun kesin tanımlama 6 zorlaştırır floresan mikroskobu ile noktasal yapılar olarak tespit edilir, çünkü Şekil incelemesi maya içinde özellikle önemlidir. Ne yazık ki maya endozomal protein belirteçlerinin tanıma antiserumların sadece sınırlı sayıda (IEM) preparatları 7-10 immün elektron-mikroskopi çalışıyor. Bazı proteinleri için, bu sorun, ilgi konusu genin endojen etiketleme ve 7,11,12 tespit etmek için etiketi tanıyan bir antikorun kullanılması engellenebilecektir edilmiştir. Ancak genellikle, proteinler, bunların düşük sentezleme seviyeleri IEM ile tespit edilemez. Bu yaklaşım, morfoloji / fonksiyonları yanlış lokalizasyonu ve / veya değişiklik oluşturabileceği nedeniyle aşırı ifadesi bir çözüm değildir. Böylece elektron mikroskobu EM tarafından saptanabilen bir prob ile endositik bölmelerin etiketleme etkili bir seçenektir. Bu, özellikle eğer iyi bir çözüm değildir prObe belirli bir organelini 6 işaretlemek ne zaman bilmek sağlayan bir zamana bağlı bir şekilde endositik güzergahı giriyor.
Maya spheroplastlar (hücre duvarı enzimatik kaldırılmıştır, yani. Maya) ile pozitif yüklü nanogold alımı, başarılı bir şekilde, maya endozomal 10 bölmeleri tanımlamak için kullanılmıştır. Bu partiküller biyolojik zarların oluşturan negatif yüklü lipidler bağlanır. Böylece AM ile pozitif yüklü nanogold ortakları, endositoz ile hücre nüfuz eder ve vakuol ulaşmadan önce EE ve LE geçer. Bu küçük altın partikülleri, ancak, EM tarafından görülecek uygun bir büyüklüğe sahip değildir. Onları görünür kılmak için, boyutları altın prob yaklaşık 13-15 gümüş ya da altın çökelmesi yol açan kimyasal reaksiyonlar ile büyütülebilir. Biz geliştirdik ve başarıyla subsellüler gerçekleştirmek için Tokuyasu yöntemine dayalı bir IEM yaklaşım uyguladıkyerelleştirme 8,16 çalışmalar. Bu yöntem, morfolojisi 8,17-24 mükemmel bir çözünürlüğe sahip maya hazırlıkları immunogold etiketleme performans sağlar. Biz de 6 bölmeleri maya endozomal sisteminin nanogold etiketleme ile bu IEM protokolü birleştirerek bir prosedür kurduk. Biz morfolojik kusur 6,25 bir endozomal kaçakçılığı ile mutantlar endozomların farklı alt sınıflarını karakterize ve ultrastruktural inceleyen bu yaklaşımı kullanarak. Ayrıca, bu nanogold etiketleme immünolojik etiketleri en farklı endozom alt grupları üzerinde ilgi konusu bir proteinin dağılımını keşfetmek için imkanı sağlayan kombine edilebilir olduğunu göstermiştir. Burada, pozitif yüklü nanogold ile maya endozomal sisteminin etiketleme pratikte nasıl gerçekleştirildiğini mevcut.
Protocol
Representative Results
Discussion
Immuno-elektron-mikroskopisi, bu proteinlerin bulunan taşıyıcıları ve organellerin ultrastrüktürel çözünürlüğe sahip proteinlerin birleştirilmesi lokalizasyonu sağlayan bir tekniktir. Onun bölmeleri floresan mikroskobu olarak noktasal yapıları görünür, çünkü maya endozomal sistemini inceleyerek bu özellikle önemlidir. Bu, onları ayırmak için zordur. Bu nedenle EM tarafından algılanabilir ve bir zaman bağlı bir şekilde endositik yol giren için çok önemlidir bir probun kullanılması, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, Şekil hazırlanması ile yardım için Rene Scriwanek ederiz. FR ALW Açık Programı (821.02.017 ve 822.02.014), DFG-NWO işbirliği (DN82-303) ve ZonMW VICI (016.130.606) hibeler, ECHO (700.59.003) tarafından desteklenmektedir.
Materials
| PIPES (piperazin-1,4-bis (2-ethansulfensaure) | Merck, Darmstadt, Germany | 1,102,200,250 | |
| HEPES | Merck, Darmstadt, Germany | 391,340 | |
| EGTA | Sigma, St louis, MO | E4378 | |
| MgCl2.6H2O | Merck, Darmstadt, Germany | 1,058,330,250 | |
| DL-Dithiothreitol | Sigma, St louis, MO | D0632 | |
| Sorbitol | Sigma, St louis, MO | S1876 | |
| Positively charged Nanogold | Nanoprobes, Yaphank, NY | 2022 | store at -20 ̊C |
| HQ-silver™ enhancement kit | Nanoprobes, Yaphank, NY | 2012 | store at -20 ̊C |
| Paraformaldehyde (PFA) | Sigma, St louis, MO | 441244 | |
| Glutaraldehyde 8% EM grade | Polyscience, Inc. , Warrington, PA | 216 | store at 4 ̊C |
| Lytic enzyme | MP Biomedicals, Santa Ana, CA | 153526 | store at 4 ̊C |
| Parafilm M | Sigma, St louis, MO | P7793 | |
| 50 meshes nickel grids | Agar Scientific, Stansted, United Kingdom | G209N | |
| Cryo-immuno diamond knife 35 º | Diatome AG, Biel, Switzerland | N.A. | |
| UCT ultramicrotome | Leica, Solms, Germany | N.A. | |
| Formvar 15/95 resine | Electron Microscopy Sciences, Hatfield, PA | 15800 | |
| 50 meshes nickel grids | Agar Scientific, Stansted, United Kingdom | AGG2050N | |
| Parafilm | Sigma, St louis, MO | P7793 | |
| Grids storage box | Leica, Solms, Germany | 162-50 | |
| Falcon 100mmx15mm petri dishe | Corning, Corning, NY | 351029 | |
| Pasteur capillary pipettes 150 mm | Van Bruggen Glas, Rotterdam, The Netherlands | 10216234 | |
| 1.5 ml microcentrifuge | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 72690001 | |
| 50 ml tube | Bio-one, Alphen aan den Rijn, The Netherlands | 210296 | |
| Benchkote surface protector | Whatman, Maidstone, United Kingdom | 1159201 |
References
- Gruenberg, J. The endocytic pathway: a mosaic of domains. Nat Rev Mol Cell Biol. 2, 721-730 (2001).
- Sachse, M., Ramm, G., Strous, G., Klumperman, J. Endosomes: multipurpose designs for integrating housekeeping and specialized tasks. Histochem Cell Biol. 117, 91-104 (2002).
- Luzio, J. P., Pryor, P. R., Bright, N. A. Lysosomes: fusion and function. Nature Rev Mol Cell Biol. 8, 622-632 (2007).
- Meel, E., Klumperman, J. Imaging and imagination: understanding the endo-lysosomal system. Histochem Cell Biol. 129, 253-266 (2008).
- Bonangelino, C. J., Chavez, E. M., Bonifacino, J. S. Genomic screen for vacuolar protein sorting genes in Saccharomyces cerevisiae. Mol Biol Cell. 13, 2486-2501 (2002).
- Griffith, J., Reggiori, F. Ultrastructural analysis of nanogold-labeled endocytic compartments of yeast Saccharomyces cerevisiae using a cryosectioning procedure. J Histochem Cytochem. 57, 801-809 (2009).
- Babst, M., Katzmann, D. J., Estepa-Sabal, E. J., Meerloo, T., Emr, S. D. ESCRT-III: an endosome-associated heterooligomeric protein complex required for MVB sorting. Dev Cell. 3, 271-282 (2002).
- Griffith, J., Mari, M., De Maziere, A., Reggiori, F. A cryosectioning procedure for the ultrastructural analysis and the immunogold labelling of yeast Saccharomyces cerevisiae. Traffic. 9, 1060-1072 (2008).
- Lewis, M. J., Nichols, B. J., Prescianotto-Baschong, C., Riezman, H., Pelham, H. R. Specific retrieval of the exocytic SNARE Snc1p from early yeast endosomes. Mol Biol Cell. 11, 23-38 (2000).
- Prescianotto-Baschong, C., Riezman, H. Ordering of compartments in the yeast endocytic pathway. Traffic. 3, 37-49 (2002).
- Odorizzi, G., Babst, M., Emr, S. D. Fab1p PtdIns(3)P 5-kinase function essential for protein sorting in the multivesicular body. Cell. 95 (3), 847-858 (1998).
- Donselaar, E., Posthuma, G., Zeuschner, D., Humbel, B. M., Slot, J. W. Immunogold labeling of cryosections from high-pressure frozen cells. Traffic. 8, 471-485 (2007).
- Lah, J. J., Hayes, D. M., Burry, R. W. A neutral pH silver development method for the visualization of 1-nanometer gold particles in pre-embedding electron microscopic immunocytochemistry. J Histochem Cytochem. 38, 503-508 (1990).
- Shah, N., Zhang, S., Harada, S., Smith, R. M., Jarett, L. Electron microscopic visualization of insulin translocation into the cytoplasm and nuclei of intact H35 hepatoma cells using covalently linked Nanogold-insulin. Endocrinol. 136, 2825-2835 (1995).
- Weipoltshammer, K., Schofer, C., Almeder, M., Wachtler, F. Signal enhancement at the electron microscopic level using Nanogold and gold-based autometallography. Histochem Cell Biol. 114, 489-495 (2000).
- Tokuyasu, K. T. A technique for ultracryotomy of cell suspensions and tissues. J Cell Biol. 57, 551-565 (1973).
- Cabrera, M., et al. Phosphorylation of a membrane curvature-sensing motif switches function of the HOPS subunit Vps41 in membrane tethering. J Cell Biol. 191, 845-859 (2010).
- Harner, M., et al. The mitochondrial contact site complex, a determinant of mitochondrial architecture. EMBO J. 30, 4356-4370 (2011).
- Nair, U., et al. SNARE proteins are required for macroautophagy. Cell. 146, 290-302 (2011).
- Jacquier, N., et al. Lipid droplets are functionally connected to the endoplasmic reticulum in Saccharomyces cerevisiae. J Cell Sci. 124, 2424-2437 (2011).
- Karanasios, E., et al. Regulation of lipid droplet and membrane biogenesis by the acidic tail of the phosphatidate phosphatase Pah1p. Mol Biol Cell. 24, 2124-2133 (2013).
- Mari, M., et al. An Atg9-containing compartment that functions in the early steps of autophagosome biogenesis. J Cell Biol. 190, 1005-1022 (2010).
- Nair, U., et al. A role for Atg8-PE deconjugation in autophagosome biogenesis. Autophagy. 8, 780-793 (2012).
- Vaart, A., Griffith, J., Reggiori, F. Exit from the Golgi is required for the expansion of the autophagosomal phagophore in yeast Saccharomyces cerevisiae. Mol Biol Cell. 21, 2270-2284 (2010).
- Erpapazoglou, Z., et al. A dual role for K63-linked ubiquitin chains in multivesicular body biogenesis and cargo sorting. Mol Biol Cell. 23, 2170-2183 (2012).
- Tuinen, E., Riezman, H. Immunolocalization of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, hexokinase, and carboxypeptidase Y in yeast cells at the ultrastructural level. J Histochem Cytochem. 35, 327-333 (1987).
- Slot, J. W., Geuze, H. J. Cryosectioning and immunolabeling. Nat Protoc. 2, 2480-2491 (2007).
- Prescianotto-Baschong, C., Riezman, H. Morphology of the yeast endocytic pathway. Mol Biol Cell. 9, 173-189 (1998).
- Vida, T. A., Emr, S. D. A new vital stain for visualizing vacuolar membrane dynamics and endocytosis in yeast. J Cell Biol. 128, 779-792 (1995).
- Hainfeld, J. F., Powell, R. D. New frontiers in gold labeling. J Histochem Cytochem. 48, 471-480 (2000).
