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Eine native Western Blot-Methode zur Analyse der endogenen Interferon-Regulierungsfaktor 5-Dimerisierung in der CAL-1-Plasmazytoid-Dendritischen Zelllinie wird beschrieben. Dieses Protokoll kann auch auf andere Zelllinien angewendet werden.
Interferon-Regulierungsfaktor 5 (IRF5) ist ein wichtiger Transkriptionsfaktor für die Regulierung der Immunantwort. Es wird nach dem Signalweg des toll-ähnlichen Rezeptor-Myeloiden-Differenzierungsgens 88 (TLR-MyD88) aktiviert. Die IRF5-Aktivierung beinhaltet Phosphorylierung, Dimerisierung und nachfolgende Translokation vom Zytoplasma in den Zellkern, was wiederum die Genexpression verschiedener pro-inflammatorischer Zytokine induziert. Ein Nachweistest für die IRF5-Aktivierung ist für die Untersuchung von IRF5-Funktionen und deren relevanten Wegen unerlässlich. Dieser Artikel beschreibt einen robusten Test zum Nachweis der endogene IRF5-Aktivierung in der CAL-1-Linie der humanen Plasmazytoid-Dendritischen Zelle (pDC). Das Protokoll besteht aus einem modifizierten nicht denatorischen Elektrophorese-Assay, der IRF5 in seiner Monomer- und Dimerform unterscheiden kann und somit einen erschwinglichen und sensiblen Ansatz zur Analyse der IRF5-Aktivierung bietet.
Interferon-Regulierungsfaktor 5 (IRF5) ist ein wichtiger Transkriptionsregulator, der eine herausragende Rolle bei der Regulierung der Immunantwort spielt, insbesondere bei der Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen und Typ-I-Interferonen (IFNs)1,2 ,3. Die Fehlregulation von IRF5 ist ein Faktor bei zahlreichen Autoimmunerkrankungen, wie verschiedene Polymorphismen im IRF5-Lokus zeigen, die mit systemischem Lupus erythematodes, Multipler Sklerose, rheumatoider Arthritis usw. assoziiert sind.4, 5,6,7,8,9,10. Daher ist ein robuster Nachweis-Test für den endogenen IRF5-Aktivierungszustand entscheidend für das Verständnis der regulatorischen Pfade und nachgelagerten Wirkungen von IRF5 in einem physiologisch relevanten zellulären Kontext.
IRF5 wird konstitutiv in Monozyten, dendritischen Zellen (DCs), B-Zellen und Makrophagen1,11ausgedrückt. Wie bei anderen Transkriptionsfaktoren der IRF-Familie befindet sich IRF5 im Zytoplasma in seinem latenten Zustand. Bei aktivierung wird IRF5 phosphoryliert und bildet Homodimere, die sich dann in den Kern transortieren und an spezifische regulatorische Elemente von Genen binden, die Typ I IFNs und pro-inflammatorische Zytokine kodieren, was schließlich die Expression dieser Gene induzieren1 ,2,11,12,13. IRF5 reguliert die angeborenen Immunantworten stromabwärts von verschiedenen tollähnlichen Rezeptoren (TLRs), wie TLR7, TLR 8 und TLR 9, die in Endosomen lokalisiert sind und MyD88 für die Signalisierung1,11,14verwenden. Diese TLRs erkennen in erster Linie fremde Nukleinsäurearten wie einsträngige RNA (ssRNA) und unmethylierte CpG-DNA, die symptomatisch für eine Infektion15,16,17,18sind. IRF5 hat gezeigt, dass Immunreaktionen gegen bakterielle, virale, und Pilzinfektionen regulieren19,20,21. Angesichts der einflussreichen und vielfältigen Rolle von IRF5 im Immunsystem könnte die Verbesserung oder Dämpfung der IRF5-Aktivität als neuer Weg für die Entwicklung von therapeutischen Wirkstoffen dienen22. Daher ist es wichtig, ein Protokoll zur Überwachung des Aktivierungsstatus des endogenen IRF5 zu entwickeln, um eine gründliche Untersuchung der Wege und Mechanismen zur Regulierung der IRF5-Aktivität in verschiedenen Zelltypen zu ermöglichen.
Nach bestem Wissen und Gewissen wurde vor der Entwicklung dieses Protokolls kein biochemischer oder gelelektrophoretischer Assay zur endogenen IRF5-Aktivierung veröffentlicht. Die Phosphorylierung hat sich als wichtiger erster Schritt der IRF5-Aktivierung erwiesen, und es wurde ein phosphospezifischer IRF5-Antikörper entwickelt, der zur Entdeckung und Bestätigung eines für die IRF5-Aktivität wichtigen Serinrückstands führte13. Während der Antikörper jedoch deutlich phosphoryliertes IRF5 erkennt, wenn er immunpräzipiert oder überexprimiert23 ist,kann er die IRF5-Phosphorylierung in einem ganzen Zelllysat in unseren Händen nicht erkennen (Daten werden nicht angezeigt). Dimerisierung ist der nächste Schritt der IRF5-Aktivierung, und viele wichtige Studien, die diesen Schritt bisher untersuchten, stützten sich auf die Überexpression von IRF5 mit Epitop-Tag, oft in irrelevanten Zelltypen, die normalerweise Nicht IRF511,12 ausdrücken. ,24,25. Frühere Studien haben gezeigt, dass dimerisierte IRF5 kann nicht immer in den Kern translosien und ist daher nicht unbedingt voll aktiviert25,26. Ein Test für die endogene IRF5-Kernlokalisierung wurde entwickelt, um die IRF5-Aktivierung durch bildgebende Durchflusszytometrie27zu bewerten. Dieser Test wurde in Studien angewendet, die für das Verständnis der IRF5-Aktivität entscheidend waren, insbesondere bei primären oder seltenen Zelltypen28,29 und das Wissen auf diesem Gebiet stark weiterentwickelt. Dieser Test stützt sich jedoch auf ein spezialisiertes Instrument, das forschern nicht allgemein zugänglich ist. Darüber hinaus ist es häufig notwendig, die ersten Schritte der Aktivierung zu untersuchen, während die IRF5-Regulierungspfade seziert und vorgeschaltete Regulierungs- und Signalwegkomponenten identifiziert werden. Diese Studie bietet einen robusten und zuverlässigen biochemischen Test für die frühen Aktivierungsereignisse von IRF5, der in Laboren durchgeführt werden kann, die mit molekularbiologischen Werkzeugen ausgestattet sind. Das hier beschriebene Protokoll wird sehr nützlich sein, um die Wege und Mechanismen von IRF5-Aktionen zu untersuchen, insbesondere in Kombination mit orthogonalen Assays wie der zytometrischen Analyse des bildgebenden Durchflusses der IRF5-Kernlokalisierung23, 27,28,30.
Native Polyacrylamid-Gelelektrophorese (native PAGE) ist eine weit verbreitete Methode zur Analyse von Proteinkomplexen31,32. Im Gegensatz zur Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE) trennt native PAGE Proteine anhand ihrer Form, Größe und Ladung. Es behält auch native Proteinstruktur ohne Denaturierung31,33,34,35. Das vorgestellte Protokoll nutzt diese Funktionen der nativen PAGE und erkennt sowohl monomere als auch dimerische Formen von IRF5. Diese Methode ist besonders wichtig für die Erkennung von Frühaktivierungsereignissen, da es keinen geeigneten handelsüblichen Antikörper gibt, der endogene phosphorylierte IRF5 detektieren kann. Zuvor wurden in mehreren veröffentlichten Studien native PAGE verwendet, um die IRF5-Dimerisierung zu bewerten. Die meisten dieser Studien hingen jedoch von der Überexpression von exogenem Epitop mit IRF5-Tags ab, um den Aktivierungsstatus2,13,24,36,37 zu analysieren. . Diese Arbeit stellt ein Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Analyse der endogenen IRF5-Dimerisierung über eine modifizierte native PAGE-Technik in einer menschlichen Plasmazytoid-Dendritischen Zelle (pDC) dar, bei der sich die IRF5-Aktivität als entscheidend für ihre Funktion erwiesen hat1, 38,39,40. Dieselbe Technik wurde auch auf andere Zelllinienangewendet 23.
HINWEIS: Das hier beschriebene Protokoll verwendet CAL-1 pDC-Zelllinie, die mit resiquimod (R848), einem Agonisten für TLR7/8, behandelt wird. Dieses Protokoll wurde auf andere menschliche und murine Zelltypen angewendet, einschließlich RAW 264.7 (murine Makrophagenlinie), THP-1 (menschliche monozytäre Zelllinie), BJAB (menschliche B-Zelllinie), Ramos (menschliche B-Zelllinie) und MUTZ-3 (menschliche dendritische Zelllinie)23.
1. Stimulation von CAL-1-Zellen
2. Extraktion von Zellproteinen
3. Analyse der IRF5-Dimerisierung durch Native PAGE
4. Immunoblot-Analyse von IRF5
Dillution | Dillution-Puffer | ausbrüten | Kommentare | |
Primärer Antikörper (Anti-IRF5) | 1/1,000 | TBS-Blockierpuffer | Übernachtung bei 4 °C oder 2 h bei RT | Verdünnte Antikörper können mehrmals wiederverwendet werden, wenn sie bei 4 °C in Gegenwart von 0,02% Natriumazid gelagert werden. |
Sekundärer Antikörper (Anti-Kaninchen) | 1/10,000 | TBS-Blockierpuffer | 45 Min. bei RT | Verdünnte Antikörper können mehrmals wiederverwendet werden, wenn sie bei 4 °C in Gegenwart von 0,02% Natriumazid gelagert werden. |
HINWEIS: Die Verdünnung muss optimiert werden, da sie von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich ist. |
Tabelle 1: Spezifikationen der Antikörper, die im Immunoblotting-Verfahren verwendet werden.
Der Immunoblot (IB) mit einem Anti-IRF5-Antikörper wurde an CAL-1-Zellen durchgeführt, die unstimuliert oder stimuliert wurden mit 1 g/ml R848 für 2 h(Abbildung 1). Zelllysate wurden vorbereitet, und die native PAGE wurde durchgeführt. In nicht stimulierten CAL-1-Zellen wurde IRF5 als einzelnes Band auf der nativen PAGE nachgewiesen, entsprechend seiner monomeren Form. Bei der Behandlung von CAL-1-Zellen mit R848 für 2 h verringerte sich der Gehalt an IRF5-Monomer mit einer gleichzeitigen Zunahme der Akkumulation eines langsam migrierenden Bandes, das der dimeren Form von IRF5 entsprach.
Abbildung 1: Endogenes IRF5 in CAL-1-Zellen dimerisiert, wenn es mit TLR7/8-Agonisten stimuliert wird. CAL-1-Zellen wurden für die angegebene Zeit unbehandelt oder mit R848 behandelt. Proteinproben wurden von nativer PAGE gelöst und gefolgt von IB mit dem Anti-IRF5-Antikörper. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Der Immunoblot mit Anti-IRF5-Antikörper wurde an IRF5-overexektierten 293T-Zellen durchgeführt, die mit verschiedenen Konstrukten transfiziert und transfiziert wurden. Zelllysate wurden vorbereitet und native PAGE durchgeführt (Abbildung 2). In untransfizierten 293T-Zellen wurde kein IRF5 nachgewiesen, was die Spezifität des Anti-IRF5-Antikörpers demonstriert. Ein einzelnes Band, das monomeren IRF5 entspricht, wurde nur in den 293T-Zellen, die IRF5 überexzättieren, nachgewiesen. Wenn Konstrukte, die IRF5-aktivierende Proteine kodieren, einschließlich NRIG (konstitutiv aktive RIG-I), MAVS und IKK, kotransfiziert wurden, erschien ein langsam migrierendes Band, das der dimeren Form von IRF5 entspricht. NMDA5 (konstitutiv aktives MDA5), ein verwandtes Protein von RIG-I, induzierte jedoch keine IRF5-Dimerisierung, wenn es kotransfiziert wurde.
Abbildung 2: Kotransfektion von IRF5-aktivierenden Faktoren induzierte IRF5-Dimerisierung in 293T-Zellen. Die 293T-Zellen waren untransfiziert (Spur 1) oder mit IRF5 (Spur 2) zusammen mit verschiedenen IRF5-Reglern (Spur 3-6) transfiziert. Proteinproben wurden von nativer PAGE gelöst und gefolgt von IB mit dem Anti-IRF5-Antikörper. NRIG = N-Terminal von RIG-I; NMDA5 = N-Terminal von MDA5. (Ursprünglich veröffentlicht in The Journal of Immunology. KT Chow, C Wilkins, M Narita, R Green, M Knoll, YM Loo und M Gale Jr. 2018. Differential- und Überlappungsimmunprogramme reguliert durch IRF3 und IRF5 in Plasmazytoiden dendritischen Zellen. J. Immunol. 201 (10) 3036-3050. Copyright © 2018 The American Association of Immunologists, Inc.23). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Das hier beschriebene Protokoll ist eine modifizierte native PAGE, die sowohl monomische als auch dimerische Formen endogener IRF5 unterscheidet. Es gab nur wenige Studien, die über den Nachweis der endogenen IRF5-Aktivierung mit der spezialisierten Bildflusszytometrietechnik23,27,28,30berichteten. Dieses Protokoll verwendet eine gängige Technik und gängige Reagenzien und Werkzeuge, um den endogenen IRF5-Aktivierungszustand während der frühen Aktivierungsereignisse zu bewerten. Das Protokoll beinhaltet einfache Änderungen an einem nativen Standard-PAGE-Protokoll, um die Unterscheidung zwischen den monomeren und dimerischen Formen von IRF5 zu ermöglichen. Es kann leicht an Studien mit anderen Zelllinien angepasst werden23. Dieses modifizierte native PAGE-Protokoll kann endogenes IRF5 in seinen beiden Formen eindeutig ohne unspezifische Proteinstörungen auflösen (Abbildung 2). Endogene IRF5 aus nicht stimulierten Zellen wurde als klares Einzelband in diesem Gelsystem nachgewiesen, während die Behandlung mit R848 für 2 h zum Auftreten eines Bandes führte, das IRF5-Dimern entspricht (Abbildung 1).
Ein nativer PAGE-Dimerisierungstest für IRF3, ein ähnlicher Transkriptionsfaktor wie IRF5 in der gleichen Familie, wurde in den letzten zwei Jahrzehnten entwickelt und weit verbreitet32. Trotz umfangreicher Tests und Fehlerbehebungen konnten wir nicht dasselbe Protokoll anwenden, das das Laemmli Tris-Glycin-System verwendet, um IRF5-Monomer und Dimer zu lösen. Das in diesem Artikel beschriebene Protokoll verwendet Bis-Tris Gradientengele, die eine ganz andere Chemie haben als die Tris-Glycin-Einzelprozentgele, die im IRF3-Protokoll verwendet werden. Die unterschiedliche pH-Wert- und chemischen Zusammensetzung der gelelektrophoretischen Systeme kann entscheidend für die Unterscheidung der verschiedenen Formen von IRF3 und IRF5 sein. Tatsächlich weisen IRF3 und IRF5, ähnlich, unterschiedliche Eigenschaften auf (z. B. isoelektrische Punkte und Modifikationsstellen), die wahrscheinlich zu unterschiedlichem Verhalten führen, während sie auf verschiedenen Gelsystemen getrennt werden.
Für den Gellauf wurde ein 1x nativer PAGE-Laufpuffer mit DOC verwendet. Der Puffer muss frisch zubereitet oder in einer sauberen und proteinfreien Umgebung aufbewahrt werden, um zu vermeiden, dass weiße Ausscheidungen die Lösung in der oberen Kammer trüben, da DOC unspezifische Proteine ausgefällt. Es wird dringend empfohlen, die extrahierten endogene IRF5-Proben so schnell wie möglich der nativen PAGE zu unterziehen, vorzugsweise innerhalb einer Woche mit minimalen Frost-Tau-Zyklen. Andernfalls kann es zu einem signifikanten Proteinabbau kommen. Der Abbau wird bei Lagerung bei -80 °C und -20 °C beobachtet. Darüber hinaus sollte der pH-Wert des SDS-Laufpuffers und des TBST-Waschpuffers bei RT eingestellt werden.
Das ideale Endvolumen der in jedem Bohrkörper geladenen Probe lag bei 10 bis 15 L, aber je nach Zelltypen können leichte Anpassungen erforderlich sein. Nach dem ersten Lauf bei 85 V für 30 min wird empfohlen, das Gel bei 150 V für ca. 2 bis 3 h weiterlaufen zu lassen, um eine deutliche Trennung und Auflösung des IRF5-Monomers und Dimers zu erreichen. Nach Dem Lauf ist es von größter Bedeutung, das Gel von seinem unteren Ende aus akribisch zu behandeln, da es unterschiedlich dicht ist, von 3% an der Spitze bis zu 12% am unteren Ende. In diesem Fall ist es vorzuziehen, das Gel von der Platte zu entfernen, indem es in den verwendeten Laufpuffer eintaucht, der als Aufprallkissen dient, um Reibung zu minimieren und es dem Gel ermöglicht, von der Platte wegzuschwimmen, um Bruch zu vermeiden.
Einige kleinere Nachteile dieses Protokolls sind die begrenzte Auswahl an Gelen, die zur Verfügung stehen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Hausgemachte Gele und ein paar andere Marken von kommerziell erhältlichen Gelen wurden erfolglos getestet. In unseren Händen trug die Verwendung eines kommerziellen Laufpuffers und Gelsystems zur Robustheit und Reproduzierbarkeit dieses Protokolls bei, obwohl keine umfangreichen Tests von hausgemachten Puffern durchgeführt wurden. Liebe zum Detail ist von wesentlicher Bedeutung, und Erfahrung ist der Schlüssel zum Erfolg, um klare Ergebnisse zu erzielen. Schließlich benötigte die Auflösung von IRF5 eine lange Zeit (d. h. 2 x 3 h), um eine ideale Trennung von Monomer und Dimer zu erhalten. Weitere Verbesserungen und Modifikationen in der Zukunft können die Effizienz verbessern und die Nachteile dieses Protokolls minimieren.
Zusammenfassend ist dieses Protokoll ein robuster Test für den Nachweis von endogenem IRF5-Monomer und Dimer. Es eignet sich für Anwendungen in verschiedenen menschlichen und murinen Zelltypen, die endogene IRF5 exdrücken. Es wird ein wertvolles Werkzeug sein, um die IRF5-Regulierungspfade und Signalkomponenten in verschiedenen Zelltypen zu untersuchen.
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Die Arbeit wurde durch Fördermittel der Croucher Foundation und der Startup-Fonds der City University unterstützt. Wir danken allen Mitgliedern des Chow-Labors für die Hilfe beim Experiment und der kritischen Lektüre des Manuskripts.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-Mercaptoethanol | Life Technologies, HK | 21985023 | |
300 W/250 V power supply 230 V AC | Life Technologies, HK | PS0301 | |
Anti-IRF5 antibody | Bethyl Laboratories, USA | A303-385 | |
BIOSAN Rocker Shaker (cold room safe) | EcoLife, HK | MR-12 | |
EDTA Buffer, pH 8, 0.5 M 4x 100 mL | Life Technologies | 15575020 | |
Glycerol 500 mL | Life Technologies | 15514011 | |
Glycine | Life Technologies, HK | 15527013 | |
Goat anti-Mouse IgG DyLight 800 Conjugated Antibody | LAB-A-PORTER/Rockland, HK | 610-145-002-0.5 | |
Goat anti-Rabbit IgG DyLight 800 Conjugated Antibody | LAB-A-PORTER/Rockland, HK | 611-145-002-0.5 | |
Halt protease inhibitor cocktail (100x) | Thermo Fisher Scientific, HK | 78430 | |
HEPES | Life Technologies, HK | 15630080 | |
LI-COR Odyssey Blocking Buffer (TBS) | Gene Company, HK | 927-50000 | |
Mini Tank blot module combo; Transfer module, accessories | Life Technologies, HK | NW2000 | |
NativePAGE 3-12% gels, 10 well kit | Life Technologies, HK | BN1001BOX | |
NativePAGE Running Buffer 20x | Life Technologies, HK | BN2001 | |
NativePAGE Sample Buffer 4x | Life Technologies, HK | BN2003 | |
NP-40 Alternative, Nonylphenyl Polyethylene Glycol | Tin Hang/Calbiochem, HK | #492016-100ML | |
PBS 7.4 | Life Technologies, HK | 10010023 | |
Polyvinylidene difluoride (PVDF) membrane | Bio-gene/Merck Millipore, HK | IPFL00010 | |
Protein assay kit II (BSA) | Bio-Rad, HK | 5000002 | |
R848 | Invivogen, HK | tlrl-r848 | |
RPMI 1640 | Life Technologies, HK | 61870127 | |
Sodium Chloride | ThermoFisher | BP358-1 | |
Sodium deoxycholate ≥97% (titration) | Tin Hang/Sigma, HK | D6750-100G | |
Tris | Life Technologies, HK | 15504020 | |
TWEEN 20 | Tin Hang/Sigma, HK | #P9416-100ML |
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