成熟中心粒蛋白的纳米尺度定位
将中心粒蛋白对应到成熟中心粒的具体结构元件。
用U-ExM对U2OS细胞中21种中心粒蛋白成像,相对于α-和β-tubulin信号测量其径向与纵向分布,再按靠近的结构元件分组。
Time-series reconstruction of the molecular architecture of human centriole assembly.
以U-ExM对21种蛋白在人U2OS/RPE1细胞中心粒中定位,并结合时间序列重建与FIB-SEM数据拟合组装阶段
人骨肉瘤U2OS细胞 hTERT RPE1视网膜色素上皮细胞 U-ExM分析的人中心粒与前中心粒 HeLa细胞FIB-SEM公开数据
U-ExM凝胶的膨胀因子按每个凝胶实测值校正,用于长度和直径换算 定量时将微管蛋白信号作为中心粒长度或直径的参照,以信号峰的50%作为起点和终点 展开后的凝胶用Leica TCS SP8共聚焦显微镜63×/1.4油镜成像,z间隔0.12 μm,x/y像素35 nm 统计使用双尾Student t检验或单因素方差分析加Tukey事后检验,n值和重复次数见图注 用cryo-ExM验证无微管蛋白信号时SAS-6环的存在
提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
将中心粒蛋白对应到成熟中心粒的具体结构元件。
用U-ExM对U2OS细胞中21种中心粒蛋白成像,相对于α-和β-tubulin信号测量其径向与纵向分布,再按靠近的结构元件分组。
揭示前中心粒微管壁在bloom期和elongation期的生长规律。
测量800余个前中心粒与成熟中心粒的微管蛋白长度与近端直径,按长度而非细胞周期分期排序,进行分段线性回归和时间序列重建。
在三维超微结构层面验证前中心粒直径和MTT角度变化。
从公开HeLa细胞FIB-SEM数据中提取两个成熟中心粒及其相邻前中心粒,测量九边形近端直径及MTD/MTT角度。
确定中心粒生物发生起始是否为无微管蛋白的裸露车轮,并解析车轮和pinhead的延伸。
在U-ExM下检测PLK4、SAS-6、STIL、CPAP、CEP135、CEP44在无tubulin信号时的出现比例和环状结构直径,并用cryo-ExM验证SAS-6。
确定A-C linker候选蛋白和内骨架组分在前中心粒生长中的出现时间与延伸方式。
时间序列追踪CCDC77、WDR67、CEP295、SPICE和POC5、FAM161A、centrin的信号起始与延伸,比较有信号和无信号时的微管蛋白长度。
区分中心粒远端蛋白的定位模式,并确定远端复合物组成。
监测CEP290、CEP97、CP110、CEP162、CPAP、SFI1、C2CD3、centrin、CEP135在组装过程中的径向和纵向位置变化。
按生长曲线相似性对蛋白聚类,建立中心粒组装的整体模型。
对20种具有可量化生长的蛋白进行MDS分析,基于生长曲线距离聚类,并用loess与分段回归拟合各簇平均生长行为。
按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。
| 实验环节 | 名称 | 品牌 | 货号 |
|---|---|---|---|
| 免疫荧光与U-ExM一抗 | 兔多克隆抗α-微管蛋白抗体 | Abcam | ab18251 |
| 鼠单克隆抗α-微管蛋白抗体 | ABCD antibodies | AA345 | |
| 鼠单克隆抗β-微管蛋白抗体 | ABCD antibodies | AA344 | |
| 鼠单克隆抗乙酰化微管蛋白抗体 | ThermoFisher | 32-2700 | |
| 鼠单克隆抗γ-微管蛋白抗体 | Abcam | ab11316 | |
| 兔多克隆抗γ-微管蛋白抗体 | Gift from A-M Tassin | -- | |
| 鼠单克隆抗centrin抗体 | Merk Millipore | 04-1624 | |
| 兔多克隆抗C2CD3抗体 | Atlas antibodies | HPA038552 | |
| 兔多克隆抗CCDC77抗体 | Proteintech | 26369-1-AP | |
| 兔多克隆抗CEP44抗体 | Proteintech | 24457-1-AP | |
| 兔多克隆抗CEP63抗体 | Proteintech | 16268-1-AP | |
| 兔多克隆抗CEP63抗体 | Millipore | 06-1292 | |
| 兔多克隆抗CEP97抗体 | Proteintech | 22050-1-AP | |
| 兔多克隆抗CEP135抗体 | Proteintech | 24428-1-AP | |
| 兔多克隆抗CEP152抗体 | Thermo Fisher Scientific | A302-479A | |
| 兔多克隆抗CEP162抗体 | Atlas Antibodies | HPA030173 | |
| 兔多克隆抗CEP164抗体 | Proteintech | 22227-1-AP | |
| 兔多克隆抗CEP290抗体 | Thermo Fisher Scientific | PA5-84641 | |
| 兔多克隆抗CEP295抗体 | Atlas Antibodies | HPA038596 | |
| 兔多克隆抗CP110抗体 | Proteintech | 12780-1-AP | |
| 兔多克隆抗CPAP抗体 | Proteintech | 11517-1-AP | |
| 兔多克隆抗FAM161A抗体 | Le Guennec et al. | -- | |
| 兔多克隆抗PLK4抗体 | Proteintech | 28750-1-AP | |
| 兔多克隆抗POC1B抗体 | Thermo Fisher Scientific | PA5-24495 | |
| 兔多克隆抗hPOC5抗体 | Thermo Fisher Scientific | A303-341A | |
| 鼠单克隆抗SAS-6抗体 | Santa Cruz Biotechnology | sc-81431 | |
| 兔多克隆抗SFI1抗体 | Proteintech | 13550-1-AP | |
| 兔多克隆抗SFI1抗体 | Laporte et al. | -- | |
| 兔多克隆抗SPICE抗体 | Thermo Fisher Scientific | A303-272A | |
| 兔多克隆抗STIL抗体 | Thermo Fisher Scientific | A302-441A | |
| 兔多克隆抗WDR67抗体 | Atlas Antibodies | HPA023710 | |
| 免疫荧光二抗 | 山羊多克隆抗小鼠IgG-Alexa488 | ThermoFisher | A11029 |
| 山羊多克隆抗兔IgG-Alexa488 | ThermoFisher | A11008 | |
| 山羊多克隆抗小鼠IgG-Alexa568 | ThermoFisher | A11004 | |
| 山羊多克隆抗兔IgG-Alexa568 | ThermoFisher | A11036 | |
| 固定与凝胶制备 | 甲醛 | SIGMA | F8775 |
| U-ExM凝胶制备 | 丙烯酸钠 | SIGMA / AK Scientific | 408220 / 7446-81-3 |
| cryo-ExM冷冻固定 | 乙烷:丙烷混合液 | PanGas | -- |
| U-ExM试剂配制 | 无核酸酶水 | Ambion-ThermoFisher | AM9937 |
| 凝胶固定 | 多聚D-赖氨酸 | ThermoFisher | A3890401 |
| 细胞培养 | 四环素阴性胎牛血清 | ThermoFisher | 15393691 |
| DMEM GlutaMAX培养基 | ThermoFisher | 10566016 | |
| 青霉素/链霉素 | ThermoFisher | 15140122 | |
| 成像 | Leica TCS SP8倒置共聚焦显微镜 | Leica | -- |
| Leica DM18倒置宽场显微镜 | Leica | -- |
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| 细胞培养与处理 | 细胞系为U2OS(ATCC HTB-96)和hTERT RPE1(ATCC CRL-4000),接种密度为35000 cell/cm2,培养基为DMEM GlutaMAX加10%四环素阴性胎牛血清及青霉素和链霉素(100 μg/ml),培养条件为37°C、5% CO2 阅读提示:查看STAR Methods的Human cell culture小节 |
| U-ExM样本制备 | 固定用2% AA + 1.4% FA于37°C处理3–5 h;凝胶单体溶液为19% sodium acrylate、0.1% bis-acrylamide和10% acrylamide,TEMED和APS终浓度0.5%,37°C聚合30 min至1 h;变性在95°C进行1 h 30 min 阅读提示:查看STAR Methods的Ultrastructure Expansion Microscopy (U-ExM)小节 |
| 膨胀因子校正 | 以凝胶展开后尺寸除以12 mm计算膨胀因子,长度和直径测量值按各凝胶的膨胀因子换算回真实值 阅读提示:查看STAR Methods的U-ExM小节和Quantification and statistical analysis小节 |
| 抗体稀释与孵育 | 二抗Invincrogen A11008、A11004、A11029、A11036常规免疫荧光按1:800稀释,U-ExM按1:400稀释;一抗信息见Key resources table和Table S1 阅读提示:查看STAR Methods的Antibodies used in this study小节及Key resources table |
| 成像参数 | 共聚焦成像用Leica TCS SP8 63×/1.4 NA油镜,lightning模式下生成去卷积图像,3D栈z间隔0.12 μm,x/y像素35 nm;宽场成像用Leica DM18 63×/1.4 NA油镜,z间隔0.21 μm,x/y像素100 nm 阅读提示:查看STAR Methods的Imaging小节 |
| 前中心粒长度与直径定量 | 以tubulin信号代表中心粒长度,信号两端取峰值50%处为起点和终点;图像像素尺寸人为缩小6倍以提高测量精度;以tubulin长度为排序依据而非细胞周期分期 阅读提示:查看STAR Methods的Longitudinal measurements from side viewed centrioles小节和Measurements of diameter versus length during procentriole assembly小节 |
| 聚类与统计 | MDS和PAM聚类基于loess曲线行为与蛋白相对tubulin的空间定位计算距离,通过WSS、silhouette和gap统计确定k=7;统计使用双尾Student t检验或单因素方差分析加Tukey事后检验,n值和重复次数见图注 阅读提示:查看STAR Methods的MDS analysis and clustering of the centriolar proteins小节和 Statistical analysis小节 |