Analisi della sintesi proteica dell'epididimo e secrezione
Summary
Qui, segnaliamo la localizzazione di immunofluorescenza della dinamina per illustrare i protocolli per il rilevamento delle proteine nelle sezioni dell’epididimo paraffina-incastonato del mouse e quelli di una linea di cellulari immortalizzate epididimaria (mECap18). Inoltre descriviamo i protocolli per l’isolamento delle proteine secretorie da sia fluido epididimario e media condizionato delle cellule.
Abstract
L’epididimo mammiferi genera uno dei fluidi intraluminale più complessi di qualsiasi ghiandola endocrina al fine di sostenere la maturazione post-testicolare e la conservazione degli spermatozoi. Tale complessità presenta dovuto l’attività secretiva e assorbente combinata delle cellule epiteliali di rivestimento. Qui, descriviamo le tecniche per l’analisi della sintesi proteica dell’epididimo e secrezione focalizzando l’attenzione sulla famiglia delle proteine modello della dinamina (DNM) mechanoenzymes; GTPasi grandi che hanno il potenziale per regolare gli eventi traffico di membrana bi-direzionale. Per lo studio dell’espressione proteica in tessuto epididimario, descriviamo solida metodologia per l’etichettatura di immunofluorescenza di proteine bersaglio nelle sezioni di paraffina e la successiva rilevazione della distribuzione spaziale di queste proteine tramite microscopia di immunofluorescenza. Inoltre descriviamo la metodologia ottimizzata per l’isolamento e la caratterizzazione di esosomi come vescicole, noto come epididymosomes, che sono secreti nel lume dell’epididimo di partecipare a comunicazione intercellulare con la maturazione delle cellule dello sperma. Come un approccio complementare, descriviamo anche la rilevazione di immunofluorescenza delle proteine bersaglio in una linea cellulare di SV40-immortalato mouse caput epididimario epiteliali (mECap18). Inoltre discutiamo l’utilità della linea cellulare mECap18 come un modello adatto in vitro con cui esplorare il regolamento di attività secretiva dell’epididimo. Per questo scopo, si descrivono i requisiti coltura per il mantenimento della linea cellulare mECap18 e l’uso di regimi di inibizione farmacologica selettiva che sono in grado di influenzare il loro profilo di proteine secretorie. Questi ultimi sono prontamente valutati tramite raccolta del medium condizionato di cultura, la concentrazione di proteine secrete tramite precipitazione di acido tricloroacetico/acetone e la loro successiva analisi tramite SDS-PAGE e immunoblotting. Sosteniamo che questi metodi combinati sono adatti per l’analisi dei bersagli proteici epididimaria alternativo come un preludio alla determinazione del loro ruolo funzionale in maturazione degli spermatozoi e/o deposito.
Introduction
Gli spermatozoi di tutte le specie di mammiferi acquisiscono il potenziale per visualizzare avanti motilità progressiva e di fecondare un ovulo durante la loro discesa prolungata attraverso l’epididimo, una regione altamente specializzata del sistema del maschio condotto extra-testicolari, che possono prendere 7-14 giorni per navigare (a seconda della specie)1. A causa della estrema condensazione della cromatina paterna e lo spargimento della maggior parte del citoplasma che accompagna il cytodifferentiation degli spermatozoi all’interno dei testicoli, la loro successiva maturazione funzionale è guidato esclusivamente dalla loro interazione con il microambiente dell’epididimo. Questo ambiente è, a sua volta, creato dall’attività secretiva e assorbente del soma epididimaria fodera e visualizza un livello eccezionale di segmenti variazione1. Così, i segmenti più attivi in termini di sintesi delle proteine e secrezione sono quelli situati nella parte prossimale dell’ epididimo (vale a dire, il caput e corpus)2. Questa attività rispecchia il profilo funzionale degli spermatozoi, con l’inizio primo di celle per visualizzare i tratti distintivi di competenza funzionale (cioè., motilità progressiva e la capacità di legarsi a zona acido-solubilizzato glicoproteine) seguente loro passaggio attraverso l’ epididimo caput3. Questi attributi funzionali continuano a svilupparsi prima di raggiungere i livelli ottimali come lo sperma raggiunge il segmento distale dell’epididimo (cauda), in cui sono memorizzati in stato di quiescenza nella prontezza per eiaculazione precoce. La formazione e la manutenzione di questo serbatoio di immagazzinaggio dello sperma è anche intimamente legata all’epitelio di rivestimento, che nella cauda è dominato dalla forte attività assorbente4,5. Anche se le differenze anatomiche sono stati segnalati6,7,8, tale divisione regionalizzata del lavoro sembra essere una caratteristica dell’epididimo che è condivisa tra la maggior parte delle specie di mammiferi studiato fino ad oggi, compreso il nostro9,10. Infatti, da un punto di vista clinico, è noto che la disfunzione dell’epididimo dà un importante contributo all’eziologia del fattore maschio sterilità11, evidenziando così l’importanza della comprensione della regolazione di questo tessuto specializzato.
È quindi deplorevole che la nostra comprensione della fisiologia dell’epididimo e i meccanismi che regolano le fasi sequenziale di maturazione degli spermatozoi e archiviazione all’interno di questo tessuto, rimangono per essere completamente risolto. Tra i fattori di contributo, limitanti avanzamenti nella ricerca dell’epididimo sono la complessità di questo tessuto e la conoscenza dei meccanismi che esercitano il controllo normativo sopra suo microambiente luminale. Anatomicamente, sappiamo che di là della distinzione dei segmenti caput, corpus e cauda, l’epididimo può essere ulteriormente suddivisi in diverse zone (Figura 1A), ciascuno separati da setti12 e caratterizzata da profili discreti di proteina/del gene espressione13,14,15,16,17,18. Infatti, sulla base di dettagliate profiling trascrizionale dell’espressione genica segmentale nell’epididimo, oltre 6 e 9 zone distinte dell’epididimo sono stati segnalati nei modelli di topo e di ratto, rispettivamente19,20. Tale complessità presumibilmente riflette la composizione del soma dell’epididimo, un epitelio pseudostratified composto da numerosi tipi cellulari differenti; ogni diverse rispetto alle loro attività di abbondanza, distribuzione e secretiva/assorbente lungo la lunghezza del tratto. Così, le cellule principali sono di gran lunga la più abbondante dell’epididimo cella tipo che costituisce verso l’alto di 80% di tutte le cellule epiteliali. Di conseguenza, le cellule principali sono responsabili per la maggior parte della proteina dell’epididimo biosintesi e secrezione5. Al contrario, la popolazione di cellule chiare, che si allineano come il tipo di cella secondo più abbondante all’interno del soma dell’epididimo, è principalmente coinvolti in assorbimento selettivo di luminal componenti e l’acidificazione di questo microambiente5. Aggiunta di un altro livello di complessità, androgeni e altri fattori di lumicrine di origine testicolare esercitano controllo differenziale su ciascuno di questi tipi di cellule dell’epididimo a seconda del loro posizionamento lungo il tratto.
Nonostante le limitazioni imposte da tale complessità, incursioni significative continuano a essere trasformato in risoluzione la base meccanicistica della funzione dell’epididimo. Una chiave per questi studi è stata l’applicazione di strategie avanzate spettrometria di massa per stabilire gli inventari di larga scala del proteoma dell’epididimo, in tandem con analisi dettagliate delle singole proteine scelti fra queste indagini iniziali. Un’illustrazione di questo approccio è la nostra recente caratterizzazione della famiglia DNM di mechanoenzymes nel modello del mouse21. Il nostro interesse iniziale in DNM è stato alimentato da sua duplice azione nell’accoppiamento di exo – ed endocitosi processi. Basandosi su queste osservazioni, siamo stati in grado di dimostrare che le tre isoforme di canoniche di DNM (DNM1 – DNM3) sono altamente espressi nell’epididimo del mouse e posizionate in modo appropriato per soddisfare i ruoli regolatori in proteina secrezione e assorbimento21 . Inoltre, siamo stati in grado di distinguere chiaramente ciascuna isoforma DNM sulla base della loro localizzazione cellulare e subcellulare, suggerendo così che possiedono complementari, al contrario di attività ridondanti, all’interno l’ epitelio dell’epididimo21.
Qui, descriviamo la metodologia sperimentale impiegata per lo studio dell’espressione di DNM nell’epididimo del mouse con la speranza che queste informazioni saranno trovare ampia applicazione nella caratterizzazione delle proteine dell’epididimo alternativi e contribuire così alla nostra comprensione della funzione di questo importante elemento del tratto riproduttivo maschio. In particolare, descriviamo lo sviluppo di una metodologia robusta per l’etichettatura di immunofluorescenza di proteine bersaglio in paraffina sezioni dell’epididimo e il successivo rilevamento della distribuzione spaziale di queste proteine tramite immunofluorescenza microscopia. Documentiamo ulteriormente il nostro recentemente ottimizzato protocolli22 per l’isolamento e la caratterizzazione di epididymosomes; piccole vescicole di esosomi-come che costituiscono gli elementi chiave del profilo secretivo dell’epididimo e sembrano tenere un ruolo di primo piano nella promozione di maturazione degli spermatozoi23. Come un approccio complementare, descriviamo anche la rilevazione di immunofluorescenza di proteine bersaglio in una linea cellulare di topo immortalizzate caput epididimario epiteliali (mECap18) e l’uso di questa risorsa come un modello con cui esplorare il regolamento di epididimaria l’attività secretiva in vitro.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questi studi incorporato l’uso del tessuto epididimario fisso di Bouin che era stati sottoposti a protocolli standard di sezionamento e di inclusione in paraffina. Soluzione fissante di Bouin comprende una miscela di formaldeide, acido picrico e acido acetico, con ogni componente con una funzione specifica e complementare. Così, formaldeide reagisce con le ammine primarie per formare legami incrociati della proteina, acido picrico penetra lentamente il tessuto formando sali e quindi la coagulazione delle proteine basich…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desidera ringraziare il National Health and Medical Research Consiglio di Australia progetto Grant APP1103176 per il supporto di questo lavoro.
Materials
| Dynamin 1 antibody | Abcam | ab108458 | Host species: Rabbit, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| Dynamin 2 antibody | Santa Cruz | sc-6400 | Host species: Goat, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| Dynamin 3 antibody | Proteintech | 14737-1-AP | Host species: Rabbit, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| ATP6V1B1 antibody | Santa Cruz | sc-21206 | Host species: Goat, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| CD9 antibody | BD Pharmingen | 553758 | Host species: Rat, Isotype: IgG, Class: monoclonal |
| Flotillin-1 antibody | Sigma | F1180 | Host species: Rabbit, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| ALOX15 antibody | Abcam | ab80221 | Host species: Rabbit, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| TUBB antibody | Santa Cruz | sc-5274 | Host species: Mouse, Isotype: IgG, Class: monoclonal |
| PSMD7 antibody | Abcam | ab11436 | Host species: Rabbit, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| Anti Rabbit Alexa Fluor 488 | Thermo | A11008 | Host species: Goat, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| Anti Goat Alexa Fluor 488 | Thermo | A11055 | Host species: Donkey, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| Anti Goat Alexa Fluor 594 | Thermo | A11058 | Host species: Donkey, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| Anti Rat Alexa Fluor 594 | Thermo | A11007 | Host species: Goat, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| Anti Rabbit HRP | Millipore | DC03L | Host species: Goat, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| Anti Rat HRP | Millipore | DC01L | Host species: Goat, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| Anti Mouse HRP | Santa Cruz | sc-2005 | Host species: Goat, Isotype: IgG, Class: polyclonal |
| 4', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Sigma | D9564 | |
| propidium iodide (PI) | Sigma | P4170 | |
| Mowiol 4-88 | Calbiochem | 475904 | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | A7906 | |
| fetal bovine serum (FBS) | Bovogen | SFBS-F | |
| DMEM | Thermo | 11960-044 | |
| L-glutamine | Thermo | 25030-081 | |
| penicillin/streptomycin | Thermo | 15140-122 | |
| 5α-androstan-17β-ol-3-oneC-IIIN | Sigma | A8380 | |
| sodium pyruvate | Thermo | 11360-070 | |
| Trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma | T4049 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | EMS | 15710 | |
| Xylene | VWR Chemicals | 1330-20-7 | |
| Ethanol | VWR Chemicals | 64-17-5 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma | P4417 | |
| Sodium citrate | Sigma | S1804 | |
| Tris | Astral | 0497-5KG | |
| Glycerol | Sigma | G5516 | |
| 1, 4-diazabicyclo-(2.2.2)-octane | Sigma | D2522 | |
| Poly-L-gysine | Sigma | P4832 | |
| Triton X-100 | Sigma | 78787 | |
| Trypan blue | Sigma | T6146 | |
| Trichloroacetic acid | Sigma | T9159 | |
| Acetone | Ajax Finechem | A6-2.5 L GL | |
| Sucrose | Sigma | S0389 | |
| Poly (vinyl alcohol) | Sigma | P8136 | |
| D-Glucose | Ajax Finechem | 783-500G | |
| OptiPrep Density Gradient Medium | Sigma | D1556 | |
| Fluorescence microscopy | Zeiss | Zeiss Axio Imager A1 | |
| Ultracentrifuge | BECKMAN COULTER | Optima Max-XP | |
| Microcentrifuges | Eppendorf | 5424R | |
| Incubator | Heracell | 150 | |
| Large Orbital Shaker | Ratek | OM7 | |
| Microwave | LG | MS3840SR /00 | |
| Lab pH Meter | MeterLab | PHM220 | |
| Liquid-repellent slide marker | Daido Sangyo | Mini | |
| Coverslip | Thermo | 586 | |
| 6 well plate | CELLSTAR | 657160 | |
| 12 well plate | CELLSTAR | 665180 | |
| Slide | Mikro-Glass | SF41296PLMK | |
| 0.45 µm filter | Millox-HV | SLHV033RS | |
| Kimwipes Dustfree Paper | KIMTECH | 34155 | |
| Ultracentrifuge tube (2.2 ml, 11 × 35 mm) | BECKMAN COULTER | 347356 | |
| Ultracentrifuge tube (3.2 ml, 13 × 56 mm) | BECKMAN COULTER | 362305 | |
| Cell strainer 70 µm Nylon | FALCON | 352350 | |
| Petri dish 35 × 10 mm with cams | SARSTED | 82.1135.500 | |
| Slide jar | TRAJAN | #23 319 00 |
References
- Zhou, W., De Iuliis, G. N., Dun, M. D., Nixon, B. Characteristics of the Epididymal Luminal Environment Responsible for Sperm Maturation and Storage. Frontiers in Endocrinology. 9, 59 (2018).
- Dacheux, J. L., Gatti, J. L., Dacheux, F. Contribution of epididymal secretory proteins for spermatozoa maturation. Microscopy research and technique. 61 (1), 7-17 (2003).
- Aitken, R. J., et al. Proteomic changes in mammalian spermatozoa during epididymal maturation. Asian journal of andrology. 9 (4), 554-564 (2007).
- Hermo, L., Dworkin, J., Oko, R. Role of epithelial clear cells of the rat epididymis in the disposal of the contents of cytoplasmic droplets detached from spermatozoa. The American journal of anatomy. 183 (2), 107-124 (1988).
- Robaire, B., Hinton, B., Orgebin-Crist, M. . The epididymis. 3, (2006).
- Nixon, B., et al. Formation and dissociation of sperm bundles in monotremes. Biology of Reproduction. 95 (4), (2016).
- Cleland, K. The structure and fuction of the Epididymis. 1. The histology of the Rat Epididymis. Australian Journal of Zoology. 5 (3), 223-246 (1957).
- Belleannée, C., et al. Identification of luminal and secreted proteins in bull epididymis. Journal of proteomics. 74 (1), 59-78 (2011).
- Turner, T. T. De Graaf’s thread: the human epididymis. Journal of andrology. 29 (3), 237-250 (2008).
- Holland, M. K., Nixon, B. The specificity of epididymal secretory proteins. Journal of reproduction and fertility. 53, 197-210 (1998).
- Cooper, T. G., Hing-Heiyeung, C., Nashan, D., Nieschlag, E. Epididymal markers in human infertility. Journal of andrology. 9 (2), 91-101 (1988).
- Turner, T. T., Johnston, D. S., Jelinsky, S. A., Tomsig, J. L., Finger, J. N. Segment boundaries of the adult rat epididymis limit interstitial signaling by potential paracrine factors and segments lose differential gene expression after efferent duct ligation. Asian journal of andrology. 9 (4), 565-573 (2007).
- Garrett, S. H., Garrett, J. E., Douglass, J. In situ histochemical analysis of region-specific gene expression in the adult rat epididymis. Molecular reproduction and development. 30 (1), 1-17 (1991).
- Lareyre, J. J., et al. A 5-kilobase pair promoter fragment of the murine epididymal retinoic acid-binding protein gene drives the tissue-specific, cell-specific, and androgen-regulated expression of a foreign gene in the epididymis of transgenic mice. Journal of Biological Chemistry. 274 (12), 8282-8290 (1999).
- Cornwall, G. A., Orgebin-Crist, M. C., Hann, S. R. The CRES gene: a unique testis-regulated gene related to the cystatin family is highly restricted in its expression to the proximal region of the mouse epididymis. Molecular Endocrinology. 6 (10), 1653-1664 (1992).
- Nixon, B., Jones, R. C., Hansen, L. A., Holland, M. K. Rabbit epididymal secretory proteins. I. Characterization and hormonal regulation. Biology of Reproduction. 67 (1), 133-139 (2002).
- Nixon, B., Jones, R. C., Clarke, H. G., Holland, M. K. Rabbit epididymal secretory proteins. II. Immunolocalization and sperm association of REP38. Biology of Reproduction. 67 (1), 140-146 (2002).
- Nixon, B., Hardy, C. M., Jones, R. C., Andrews, J. B., Holland, M. K. Rabbit epididymal secretory proteins. III. Molecular cloning and characterization of the complementary DNA for REP38. Biology of Reproduction. 67 (1), 147-153 (2002).
- Jelinsky, S. A., et al. The rat epididymal transcriptome: comparison of segmental gene expression in the rat and mouse epididymides. Biology of Reproduction. 76 (4), 561-570 (2007).
- Johnston, D. S., et al. The Mouse Epididymal Transcriptome: Transcriptional Profiling of Segmental Gene Expression in the Epididymis 1. Biology of Reproduction. 73 (3), 404-413 (2005).
- Zhou, W., et al. Developmental expression of the dynamin family of mechanoenzymes in the mouse epididymis. Biology of Reproduction. 96 (1), 159-173 (2017).
- Reilly, J. N., et al. Characterisation of mouse epididymosomes reveals a complex profile of microRNAs and a potential mechanism for modification of the sperm epigenome. Scientific reports. 6, (2016).
- Sullivan, R. Epididymosomes: a heterogeneous population of microvesicles with multiple functions in sperm maturation and storage. Asian journal of andrology. 17 (5), 726-729 (2015).
- Reid, A. T., et al. Glycogen synthase kinase 3 regulates acrosomal exocytosis in mouse spermatozoa via dynamin phosphorylation. The FASEB Journal. 29 (7), 2872-2882 (2015).
- Danesh, A., et al. Exosomes from red blood cell units bind to monocytes and induce proinflammatory cytokines, boosting T-cell responses in vitro. Blood. 123 (5), 687-696 (2014).
- Anderson, A. L., et al. Assessment of microRNA expression in mouse epididymal epithelial cells and spermatozoa by next generation sequencing. Genomics data. 6, 208-211 (2015).
- Biggers, J., Whitten, W., Whittingham, D., Daniels, J. The culture of mouse embryos in vitro. Methods in mammalian embryology. , 86-116 (1971).
- Strober, W. Trypan blue exclusion test of cell viability. Current protocols in immunology. , (2001).
- Elkjær, M. -. L., et al. Immunolocalization of AQP9 in liver, epididymis, testis, spleen, and brain. Biochemical and biophysical research communications. 276 (3), 1118-1128 (2000).
- Gregory, M., Dufresne, J., Hermo, L., Cyr, D. G. Claudin-1 is not restricted to tight junctions in the rat epididymis. Endocrinology. 142 (2), 854-863 (2001).
- Isnard-Bagnis, C., et al. Detection of ClC-3 and ClC-5 in epididymal epithelium: immunofluorescence and RT-PCR after LCM. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 284 (1), C220-C232 (2003).
- Rojek, A. M., et al. Defective glycerol metabolism in aquaporin 9 (AQP9) knockout mice. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (9), 3609-3614 (2007).
- Shum, W. W., Da Silva, N., Brown, D., Breton, S. Regulation of luminal acidification in the male reproductive tract via cell-cell crosstalk. Journal of Experimental Biology. 212 (11), 1753-1761 (2009).
- Shum, W. W., Ruan, Y. C., Silva, N., Breton, S. Establishment of cell-cell cross talk in the epididymis: Control of luminal acidification. Journal of andrology. 32 (6), 576-586 (2011).
- Sipilä, P., Shariatmadari, R., Huhtaniemi, I. T., Poutanen, M. Immortalization of epididymal epithelium in transgenic mice expressing simian virus 40 T antigen: characterization of cell lines and regulation of the polyoma enhancer activator 3. Endocrinology. 145 (1), 437-446 (2004).
- Feugang, J. M., et al. Profiling of relaxin and its receptor proteins in boar reproductive tissues and spermatozoa. Reproductive Biology and Endocrinology. 13 (1), 46 (2015).
- Gullberg, M., et al. Cytokine detection by antibody-based proximity ligation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (22), 8420-8424 (2004).
- Frenette, G., Girouard, J., Sullivan, R. Comparison between epididymosomes collected in the intraluminal compartment of the bovine caput and cauda epididymidis. Biology of Reproduction. 75 (6), 885-890 (2006).
- Fornes, M., Barbieri, A., Sosa, M., Bertini, F. First observations on enzymatic activity and protein content of vesicles separated from rat epididymal fluid. Andrologia. 23 (5), 347-351 (1991).
- Eickhoff, R., et al. Influence of macrophage migration inhibitory factor (MIF) on the zinc content and redox state of protein-bound sulphydryl groups in rat sperm: indications for a new role of MIF in sperm maturation. Molecular human reproduction. 10 (8), 605-611 (2004).
- Lötvall, J., et al. Minimal experimental requirements for definition of extracellular vesicles and their functions: a position statement from the International Society for Extracellular Vesicles. Journal of Extracellular Vesicles. 3, 26913 (2014).
- Hutcheon, K., et al. Analysis of the small non-protein-coding RNA profile of mouse spermatozoa reveals specific enrichment of piRNAs within mature spermatozoa. RNA biology. 14 (12), 1776-1790 (2017).
- Bennett, P. Genetic basis of the spread of antibiotic resistance genes. Annali dell’Istituto superiore di sanita. 23 (4), (1987).
- Nixon, B., et al. Next generation sequencing analysis reveals segmental patterns of microRNA expression in mouse epididymal epithelial cells. PloS one. 10 (8), e0135605 (2015).
