氧化医学和细胞寿命

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氧化医学和细胞寿命/2011年/文章

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体积 2011年 |文章的ID 282739年 | https://doi.org/10.1155/2011/282739

埃米利奥Russo Ida佩罗塔,瓦伦蒂娜Carito,桑德罗Tripepi, Saveria Aquila,朱塞佩Donato, 巨噬细胞自噬和氧化应激:超微结构和Immunoelectron显微镜的研究”,氧化医学和细胞寿命, 卷。2011年, 文章的ID282739年, 8 页面, 2011年 https://doi.org/10.1155/2011/282739

巨噬细胞自噬和氧化应激:超微结构和Immunoelectron显微镜的研究

学术编辑器:Pranela Rameshwar
收到了 2011年5月26日
修改后的 2011年6月27日
接受 2011年6月27日
发表 2011年9月13日

文摘

自吞噬这个词一般指的是细胞分解代谢的过程导致的损坏通过溶酶体胞质蛋白或细胞细胞器。虽然常常可以观察到自噬在程序性细胞死亡,它也可以作为一个细胞的生存机制。组织和细胞内活性氧积累诱发各种防御机制或程序性细胞死亡。它已经表明,除了诱导细胞凋亡,氧化应激可以诱导自噬。到目前为止,然而,自噬的调节氧化应激反应基本上仍难以捉摸和知之甚少。因此,本研究旨在研究氧化应激之间的比率,在巨噬细胞自噬氧化剂接触(AAPH)和调查beclin-1的超微结构定位,一种蛋白质必不可少的自噬,在基底和压力条件。我们的数据提供了证据表明氧化应激诱导巨噬细胞自噬。我们证明,第一次immunoelectron显微镜,beclin-1在自噬细胞的亚细胞定位。

1。介绍

术语自噬(来自希腊的“汽车”,“自我”和“phagein”意思是“吃”),是由基督教在1960年代第一次使用汀·德·迪夫向一系列细胞内过程,导致胞质蛋白的去除或整个细胞细胞器通过溶酶体1]。在哺乳动物细胞中,三个主要的自噬通路,macroautophagy, microautophagy,即使伴娘自噬(CMA)经常相互联系和分享一些常见的组件。Macroautophagy(以下称为自噬)最初被描述为一个细胞适应饥饿封存的细胞质蛋白质和细胞器成一个封闭的双层膜结构,称为自噬小体,因此与溶酶体融合形成自吞噬泡,最后水解降解的吞噬细胞质材料发生(2- - - - - -4]。尽管自噬似乎经营广泛的细胞生存机制,自噬流量失调也可能与细胞毒性和可能有助于病理条件的发展通过胞质过度损耗的基本组成部分5]。自噬的调控一直得到广泛的研究在过去的几年中尤其是在营养不足的条件下;然而,大多数哺乳动物自噬蛋白还没有特点,很少有人了解自噬对压力的反应和/或病理损害(6- - - - - -8]。Beclin-1,酵母的哺乳动物orthologue Apg6 / Vps30基因,是第一个发现哺乳动物基因调节自噬作用,似乎作为连结点之间的自噬,endosomal,也可能是细胞死亡通路(9,10]。尽管beclin-1的分子性质的特点,其亚细胞定位尚未明确确定(11,12]。活性氧(ROS)与自噬和beclin-1表达复杂的关系(13- - - - - -15]。ROS(过氧化物、过氧化氢、羟自由基和其他相关化合物)在细胞不断产生的酶和非酶的反应和调节生理功能的多样化16]。然而,当在一定条件下活性氧的生产变得过度,合成氧化应激可以影响生物分子(如蛋白质或DNA)和可以改变生物组织的功能和结构完整性(17]。ROS不仅造成直接损害的细胞成分,但也可以作为重要的刺激自噬参与几个通路调节细胞生存和死亡(18]。即使采取了不同的方法论的方法来检测自噬,电子显微镜是目前最准确的可视化技术,允许形态事件和自噬的分子机制和提供了一个忠实的示范的细胞内自噬活动。在目前的研究中我们表演,第一次immunoelectron显微镜,beclin-1自噬细胞和亚细胞定位的进一步证明,自噬是一种细胞机制与氧化应激密切相关。

2。材料和方法

2.1。巨噬细胞分离和培养条件

外周血单核细胞(PBMCs)获得男性健康的捐赠者(25 - 30岁)。淡黄色的外套准备健康的捐赠者的稀释1:1与磷酸盐盐溶液(PBS)和离心机Ficoll-Paque解决方案(通用电气医疗、意大利米兰)。单核细胞与淋巴细胞分离的依从性与少量修改(如前所述19]。PBMCs培养在37°C调湿大气中富含5%的股份有限公司2RPMI 1640年补充1% (v / v)的青霉素、链霉素和10% (v / v)胎牛血清heat-inactivated和内毒素的自由。经过7天的文化,不依从细胞被反复洗涤物与温暖的媒介。巨噬细胞获得使用此方法导致的纯度> 95% cytofluorimetric分析。监控氧化应激诱导自噬的能力,巨噬细胞与自由基孵化发电机2,2-azobis (2-amidinopro-pane)盐酸盐(AAPH 5更易/ L)杜尔贝科修改鹰的介质无血清在37°C在黑暗中5 h。

潜伏期后,细胞(未经处理的控制和AAPH-treated巨噬细胞)与胰蛋白酶处理分离,由温柔的离心浓缩,电子显微镜充分处理。

2.2。透射电子显微镜法

常规透射电子显微镜,细胞颗粒固定在3%戊二醛溶液准备在4°C 0.1磷酸盐缓冲剂,后缀在四氧化锇(3%)2小时,在分级丙酮脱水,嵌入在环氧树脂(丙烯酰胺、书、瑞士)。超薄部分使用钻石刀准备,收集对铜网格(G 300立方),对比使用柠檬酸铅和铀酰乙酸酯,然后用“蔡司EM 900”电子显微镜检查。

2.3。Immunoelectron显微镜

控制和AAPH-treated巨噬细胞被固定在4%多聚甲醛+ 1%戊二醛溶液在0.1磷酸盐缓冲剂(博士7.4)一夜之间在4°C。细胞通过分级乙醇脱水在室温下的解决方案,然后渗透在一个中间的解决方案的LR白色丙烯酸树脂(英国伦敦树脂,伯克希尔哈撒韦公司)和70%乙醇(2:1)1 h,嵌入在新鲜LR白色树脂在一夜之间在4°C。树脂聚合在明胶胶囊为24小时50°C。超薄部分准备使用钻石刀和收集Formvar镍碳涂层网格。间接immunolabeling,网格部分漂浮在滴1%牛血清白蛋白在PBS包含0.02米甘氨酸和正常山羊血清在室温下为30分钟,以减少非特异性结合。部分先后被孵化的兔多克隆抗体beclin-1(1: 10)(圣克鲁斯生物技术、海德堡、德国)PBS + 0.1% BSA在一夜之间在4°C。网格被洗了几次严格滴PBS + 0.1% BSA,他们然后用soi孵化γ球蛋白山羊antirabbit-gold粒子复杂的稀释1:10 1 h在室温下。控制染色证明免疫组织化学特异性包括更换主要由多发地山羊血清抗体在一夜之间在4°C。immunolabeling后,部分用PBS + 0.1% BSA洗净,再用蒸馏水洗净,晒干,然后用醋酸双氧铀染色。所有部分都是用“蔡司EM 900”电子显微镜检查。

3所示。结果

3.1。超微结构分析Monocyte-Derived人类巨噬细胞氧化应激

血液培养monocyte-derived人类巨噬细胞的超微结构研究及相关的影响下AAPH-induced氧化应激(剂量= 5更易/ L)。

控制巨噬细胞不规则形状的细析稀细胞质和大量折叠,流程和伪足推出向四面八方扩散。细胞表现出突出的粗面内质网和高尔基体。线粒体是典型丰富且易于分辨。他们要么拉长或圆形管状嵴。空泡和颗粒结构,可能是溶酶体在自然界中,只有可怜的发达。细胞核占领一个古怪的细胞内的位置和出现圆形或卵圆形形状的薄的边缘凝聚染色质(数字1(一)1 (b))。

AAPH-treated组,细胞大小保持几乎不变,核显示表面光滑和正常椭球形状与保存完好的核质和核仁的组件。核膜也完好无损(图2(一个))。

由氧化应激所引起的最显著的特征是溶酶体的增加伴随着存在多个细胞质膜结合的囊泡含有部分胞液和膜状般的结构,可能来自胞质细胞器(数据被隔离2 (b)2 (c))。这些结构是自噬的诊断。在某些情况下,隔离材料出现超微结构的完整,而在其他情况下,它显示的不同形态特征作为一个持续恶化的迹象。上面描述的改变往往在不同程度上从细胞到细胞。在某些巨噬细胞,细胞质几乎充满了自噬空泡,包含电子致密的元素和部分退化的材料;细胞内细胞器数量也大大减少(图3(一个))。相比之下,其他巨噬细胞显示只有适量的自噬空泡,和细胞细胞器倾向于积累在正常胞质区域(图3 (b))。治疗细胞没有显示细胞凋亡形态学证据暗示,比如核收缩,着边和染色质的凝聚,内质网池的扩大,卷积的细胞凋亡体的形成。

3.2。氧化压力诱导自噬他们然后使用电镜下观察分析

抗体beclin-1被用来精确定义感兴趣的蛋白质的亚细胞定位在两个基础条件和氧化应激。兔子帕布人类beclin-1公认只有60 KDa beclin-1蛋白的老鼠,老鼠和人类的起源,没有额外的蛋白质。一个明显的细胞质标签被发现在正常,未经处理的巨噬细胞(数字4(一)4 (b))。线粒体和r是唯一显著标记元素在细胞质中。Beclin-1 immunolabeling指出r膜和在它们之间的空间。在线粒体,金颗粒与外部相关,以及内部的线粒体膜。细胞核没有贴上标签。探索beclin-1是否参与细胞自噬的过程中氧化应激条件下,培养巨噬细胞暴露在5 L AAPH更易。Immunogold分析显示translocalization beclin-1的自噬囊泡(数字5(一个)5 (b))。蛋白质主要是局部自噬体膜;然而,一些黄金粒子也发现这些结构的腔内。染色是在自噬囊泡含有线粒体膜状般的结构,或其他材料退化。几乎没有黄金标记出现在r潴泡和细胞核。线粒体是完全免费的标签。Beclin-1免疫反应是特定的,因为(我)没有标签没有初级抗体和(2)的反应是严格局限于细胞,只有特定的隔间(3)包埋介质没有信号。

4所示。讨论

氧化应激,这是由活性氧和氮物种(ROS和RNS resp)日益与许多人类疾病的发病和/或发展从心血管神经变性和炎症性疾病(20.]。ROS和RNS与细胞等生物分子膜脂质,蛋白质,核酸,从而导致细胞功能的改变和/或破坏和膜完整,最终导致细胞死亡21,22]。积累的活性物种也被提出了诱导自噬(23,24]。然而,到目前为止,在氧化应激促进自噬的分子机制仍知之甚少。

在此,我们证明,人类monocyte-derived巨噬细胞(HMDMs)暴露于AAPH接受积极的自噬活动特点是众多面上囊泡的形成类似于前文所述的自噬小体在不同哺乳动物细胞、植物、和酵母系统[25- - - - - -28]。此外,我们表明,氧化应激条件下诱导自噬与Beclin-1的再分配,一种autophagy-related蛋白质从细胞质到自噬小体。

AAPH是一个著名的触发的免费radical-mediated氧化反应能够诱导溶血,细胞凋亡,细胞死亡,酶失活,因为其独特的能力来生成过氧化氢自由基。除了上述效果,添加AAPH细胞培养系统据报道增加细胞内ROS浓度和细胞膜的脂质氢过氧化物水平导致氧化应激(29日]。

细胞氧化应激已被证明为自噬作为一个重要的刺激期间营养饥饿、缺血/再灌注,缺氧,细胞应激反应促进细胞存活和/或死亡(18,30.,31日]。氧化应激条件下,ROS生成在足够高的水平,导致氧化,破坏DNA,脂类,蛋白质,和其他细胞成分。先前的报告提出,自噬可能代表第二个级别的防御,增加抗氧化活动妥协时,提供一个选择优势以减少氧化应激的影响,抗氧化剂和侮辱(32]。在这种背景下,自噬可能大大促进细胞生存通过移除受损的胞质组件,如核糖体(ribophagy),过氧化物酶体(micropexophagy和macropexophagy),内质网(reticulophagy),部分细胞核(细胞核的零碎microautophagy),甚至线粒体(mitophagy) [33]。

除了细胞自动自噬的作用在促进生存,积累的数据表明,自噬也可以调节细胞程序性死亡(34,35]。例如,它已经表明,有限合伙人治疗后,在半胱天冬酶抑制剂的存在,ROS能诱导膜起泡并通过caspase-independent在培养的巨噬细胞自噬细胞死亡通路(36]。也已表明,在氧化应激堵塞半胱天冬酶的激活可能会触发一个“autophagy-related恶性循环”,提高细胞内ROS水平通过过氧化氢酶的选择性降解导致进一步增加活性氧,最后在小鼠成纤维细胞自噬细胞死亡(37]。最近,其他的研究表明,增加氧化应激导致内质网压力的感应,这反过来会导致自噬细胞死亡的激活物/ p38信号通路(38]。

尽管不同的方法已经应用于检测自噬,电子显微镜仍然“黄金标准”的方法来评估这一现象(39]。与细胞凋亡,autophagy-mediated细胞死亡通路发生还存在没有激活,因此细胞核出现完整和细胞碎片(缺席40]。在这些标准的基础上,我们将演示通过超微结构分析,氧化应激条件下招募巨噬细胞自噬积累自噬囊泡但不显示细胞凋亡的形态学特征。除了参与先天免疫反应和适应的细菌,病毒和寄生虫(41,42),巨噬细胞自噬被卷入各种氧化应激相关疾病的发病机理,如克罗恩病(CD)和动脉粥样硬化。例如,它已经表明,自噬缺陷修改的处理细胞内细菌在克罗恩氏肉芽肿,在动脉粥样硬化斑块的选择性自噬可能发挥作用的巨噬细胞,因此,代表一个潜在的病变稳定机制(43- - - - - -45]。

总之,这里给出的数据提供第一超微结构的文档,氧化应激改变beclin-1,表明蛋白质的亚细胞分布可能是积极参与调节自噬通过参与自噬小体的形成机制。我们还表明,自噬的特点是巨噬细胞氧化的侮辱和可能的反应,在这种情况下,它可能促进选择性清除功能失调的蛋白质和细胞器。阈值之间的自噬prosurvival或prodeath过程难以建立和可能的速率和程度取决于降解细胞组件在氧化剂接触。因为过量或长期自噬已被证明导致自噬细胞死亡,自噬空泡的大幅增加经常观察到在我们的系列可能代表一个过度刺激的过程,一个不可逆转的步骤表明最终的细胞死亡。从我们和类似的研究,当前的共识是,自噬具有自适应和不适应的特性,根据程度的激活和损伤的性质和持续时间与最终的结论,进一步的研究是必要的,以便更好地理解许多机械方面的途径及其双重角色在生活和死亡。

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