Summary

RNA-Interferenz-basierte Untersuchung der Funktion von Heat Shock Protein 27 während Hornhautepithels Wundheilung

Published: September 27, 2016
doi:

Summary

Herein, we present a protocol to use heat shock protein 27 (HSP27)-specific small interfering RNA to assess the function of HSP27 during corneal epithelial wound healing. RNA interference is the best method for effectively knocking-down gene expression to investigate protein function in various cell types.

Abstract

Small interfering RNA (siRNA) is among the most widely used RNA interference methods for the short-term silencing of protein-coding genes. siRNA is a synthetic RNA duplex created to specifically target a mRNA transcript to induce its degradation and it has been used to identify novel pathways in various cellular processes. Few reports exist regarding the role of phosphorylated heat shock protein 27 (HSP27) in corneal epithelial wound healing. Herein, cultured human corneal epithelial cells were divided into a scrambled control-siRNA transfected group and a HSP27-specific siRNA-transfected group. Scratch-induced directional wounding assays, and western blotting, and flow cytometry were then performed. We conclude that HSP27 has roles in corneal epithelial wound healing that may involve epithelial cell apoptosis and migration. Here, step-by-step descriptions of sample preparation and the study protocol are provided.

Introduction

Hornhautepithelzellen (LME) werden kontinuierlich in Tränenfilm vergossen, während sie von Zellen aus dem Limbus und Hornhautepithels basalen Schichten gleichzeitig ersetzt werden. 1 Verschiedene extrinsische Stressoren können die Apoptose und Schuppung der LME induzieren. 2 Die Hitzeschockproteine (HSP) hoch konserviert und können in zwei Familien nach Molekülgrße unterteilen. 3 die größte Familie HSP umfasst HSP90, HSP70 und HSP60, und die kleinere Familie umfasst HSP27. 4 ist die Phosphorylierung von HSP27 ist bekannt , eine wichtige Rolle in Zellüberleben zu spielen und ist für die Zellmigration erforderlich wegen der Rolle dieses Proteins in die Aktin – Umbildung. 5-7 Daher wir die mögliche Rolle von HSP27 – Phosphorylierung in CEC Migration und Apoptose in einem in vitro – Modell von epithelialen Wundheilung zu testen versucht.

RNA-Interferenz (RNAi) entweder kleiner oder short interfering RNAs (siRNA) mit GEnerated Interesse sowohl in der Grundlagen- und angewandten Biologie, da sie möglicherweise die Expression jedes Gens von Interesse erlaubt zerlegten werden. 8 Hier haben wir HSP27-spezifische siRNA , den Beitrag von HSP27 CEC Wundheilung und Apoptose zu bewerten. Traditionelle RNAi Methoden für die Gen-knock-down in Zellen verwenden synthetische RNA-Duplexe, darunter zwei unmodifizierten 21-mer Oligonukleotide, die zusammengesetzt werden können siRNAs zu erstellen. Die RNAi siRNA, die wir in dieser vorliegenden Untersuchung verwendet wird, ist eine einfache und hocheffiziente Methode, um Zellen zu transfizieren, und dieses Reagens arbeitet mit verschiedenen immortalisierten Zelllinien. In der vorliegenden Studie zeigen wir die Methoden für diese Analyse verwendet, einschließlich eines Kratzers induzierten Richtungs Wunden-Assay, Western Blot, siRNA-Transfektion Assay, Immunfluoreszenztest und Durchflusszytometrie.

Protocol

1. Zelllinie Kultur 10 6 Telomerase-immortalisierten humanen Cornea – Epithelzellen (hCEC) in einer 6-Well – Platte (Dichte: 1039,9 Zellen / mm 2) in einem 37 ° C – Inkubator mit 5% CO 2 -Atmosphäre unter Verwendung bronchiale Epithel – Wachstumsmedium (BEGM) bis sie erreichen 95% Konfluenz. 2. Western-Blot-Analyse nach Epithelial Scratch Wunden Erstellen Streak eine sterile 200 ul Pipettenspitze über die Oberfläche eines gut k…

Representative Results

Die Expression von phosphoryliertem HSP27 signifikant bei 5, 10 erhöht, und 30 min nach der Verwundung scratch Vergleich zu unverwundeten hCEC 13. Western – Blot – Analyse zeigte , dass die Expression von HSP27 phosphorylierten und phosphorylierten Akt waren beide signifikant reduziert, wohingegen die Expression von Bax signifikant in HSP27-spezifische siRNA-transfizierten hCEC (1A-E) erhöht wurde. Das phosphorylierte HSP27 – Expression wurde durch 30% und 4…

Discussion

In this present study, we evaluated the potential role of HSP27 in corneal epithelial wounding using in vitro approaches. The critical steps involved siRNA transfection for HSP27 knock-down to observe the function of HSP27 in cells subjected to stress. Notably, a role for HSP27 was revealed by these experiments in epithelial cell migration and apoptosis during corneal epithelial wound healing. Unlike previous studies10 that used rat HSP27-specific siRNA to transfect vascular smooth muscle cells, we us…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Studie wurde von der Studenten Research Grant (13-14) der University of Ulsan College of Medicine, Seoul, Korea und einen Zuschuss (2014-464) aus dem Asan-Institut für Life Sciences, Seoul, Korea unterstützt.

Materials

Biological safety cabinet CHC LAB Co.Ltd,  Daejeon, Republic of Korea  CHC-777A2-06 Class II, Type A2 
Stealth RNAi™ siRNA Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA RNAi siRNA; scrambled control-siRNA and HSP27-specific siRNA
BEGMTM Lonza, Inc., Walkersville, MD CC-3171, CC4175 Bronchial epithelium growth medium 
Protease inhibitor  Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO P8340 ,P7626 1 uM Pepstatin A, 1 uM Leupetin, 0.1 uM Aprotin
Bradford protein assay  Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA #500-0001 Bradford protein assay 
Nitrocellulose filters  Amersham, Little Chalfont, UK RPN3032D Western blotting membrane
Non-phosphorylated HSP27  Abcam Inc., Cambridge, MA ab12351 1:1000 dilution (Total HSP27)
Phosphorylated HSP27 (Ser85) Abcam Inc., Cambridge, MA ab5594 1: 1000 dilution HSP27 was phosphorylated at Ser85
Lipofectamine® RNAiMAX reagent  Invitrogen, Carlsbad, CA 13-778-075 Transfection reagent
Phosphorylated Akt (Ser473) Cell Signaling Technology, Danvers, MA No. 4060 1: 1000 dilution Akt was phosphorylated at Ser473 (cell survival marker)
Non-phosphorylated Akt  Cell Signaling Technology, Danvers, MA No. 4061 1:1000 dilution (Total Akt)
Bcl-2-associated X protein  Cell Signaling Technology, Danvers, MA No. 4062 1: 1000 (anti-apoptotic protein marker)
GAPDH Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA No. 4063 1:1000 loading control  marker (house keeping gene)
Horseradish peroxidase-conjugated goat anti-rabbit antibodies Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA NCI1460KR 1:10000 dilution
OPTI-MEM Invitrogen, Carlsbad, CA 31985 reduced serum medium for transfection
Image analysis software Olympus, Inc., Tokyo, Japan Image-Pro Plus 5.0
Skimed milk powder  Carl Roth GmbH + Co. KG, Karlstruhe, Germany T145.2
Tris  Amresco LCC, Inc. Solon, OH No-0497
Sodium Chloride  Amresco LCC, Inc. Solon, OH No-0241
Six well culture plate Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA 140675 35.00 mm diameter / well
24-well culuture dish Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, MA 142475
Orbital shaker N-Bioteck, Inc., Seoul, South Korea NB1015
Bovine serum albumin Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA sc-2323 
BDFACSCantoTM II BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ Flow cytometry
X-Ray Film Kodak, Rochester, NY Medical X-Ray Cassette with Green 400 Screen 
western blotting luminol reagent Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA sc-2048 
FITC Annexin V Apoptosis Detection Kit I BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ 556547

References

  1. Dua, H. S., Gomes, J. A., Singh, A. Corneal epithelial wound healing. Br. J. Ophthalmol. 78 (5), 401-408 (1994).
  2. Estil, S., Primo, E. J., Wilson, G. Apoptosis in shed human corneal cells. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 41 (11), 3360-3364 (2000).
  3. Guay, J., et al. Regulation of actin filament dynamics by p38 map kinase-mediated phosphorylation of heat shock protein 27. J. cell. Sci. 110, 357-368 (1997).
  4. Park, J. W., et al. Differential expression of heat shock protein mRNAs under in vivo glutathione depletion in the mouse retina. Neurosci. Lett. 413 (3), 260-264 (2007).
  5. Rane, M. J., et al. Heat shock protein 27 controls apoptosis by regulating Akt activation. J. Biol. Chem. 278 (30), 27828-27835 (2003).
  6. Shin, K. D., et al. Blocking tumor cell migration and invasion with biphenyl isoxazole derivative KRIBB3, a synthetic molecule that inhibits Hsp27 phosphorylation. J. Biol. Chem. 280 (50), 41439-41448 (2005).
  7. Jain, S., et al. Expression of phosphorylated heat shock protein 27 during corneal epithelial wound healing. Cornea. 31 (7), 820-827 (2012).
  8. Alekseev, O. M., Richardson, R. T., Alekseev, O., O’Rand, M. G. Analysis of gene expression profiles in HeLa cells in response to overexpression or siRNA-mediated depletion of NASP. Reprod. Biol. Endocrinol. 7, 45 (2009).
  9. Park, H. Y., Kim, J. H., Lee, K. M., Park, C. K. Effect of prostaglandin analogues on tear proteomics and expression of cytokines and matrix metalloproteinases in the conjunctiva and corea. Exp. Eye. Res. 94 (1), 13-21 (2012).
  10. Voegeli, T. S., Currie, R. W. siRNA knocks down Hsp27 and increases angiotensin II-induced phosphorylated NF-kappaB p65 levels in aortic smooth muscle cells. Inflamm. Res. 58 (6), 336-343 (2009).
  11. Shi, B., Isseroff, R. R. Arsenite pre-conditioning reduces UVB-induced apoptosis in corneal epithelial cells through the anti-apoptotic activity of 27 kDa heat shock protein (HSP27). J. Cell. Physiol. 206 (2), 301-308 (2006).
  12. Shen, E. P., et al. Comparison of corneal epitheliotrophic capacity among different human blood-derived preparations. Cornea. 30 (2), 208-214 (2011).
  13. Song, I. S., et al. Heat shock protein 27 phosphorylation is involved in epithelial cell apoptosis as well as epithelial migration during corneal epithelial wound healing. Exp Eye Res. 118 (1), 36-41 (2014).
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Cite This Article
Yoo, A., Park, H., Kang, S., Kim, E., Tchah, H., Kim, J. Y. RNA Interference-based Investigation of the Function of Heat Shock Protein 27 during Corneal Epithelial Wound Healing. J. Vis. Exp. (115), e54280, doi:10.3791/54280 (2016).

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