Süreksiz Sukroz Degrade'yi kullanma Sinaptik Plazma Membran ve postsinaptik Yoğunluk Proteinlerin Hazırlanması
Summary
Bu makalede, bir sükroz gradyanı üzerinde süreksiz bir ultra-santrifüj ile sinaptik plazma membranı ile bağlantılı proteinlerin zenginleştirme göstermektedir. Post-sinaptik yoğunluk proteinlerin takip eden hazırlama de tarif edilmektedir. Protein preparatları western blotting ya da 2 boyutlu DIGE analiz için uygundur.
Abstract
Nöronal hücre altı bölme teknikleri ve sinaps kaçırılan proteinlerin ölçülmesine olanak sağlar. Başlangıçta 1960 lerin sonlarında tarif edildiği gibi, sinaptik plazma membranı ile ilgili proteinlerin bir sükroz yoğunluk gradyanında ultrasantrifugasyon sureti ile izole edilebilir. Sinaptik membranlar izole edildikten sonra, sinaptik sonrası yoğunluğu olarak tanımlanır, makromoleküler bir komplekstir, daha sonra nedeniyle deterjan çözülemediği için izole edilebilir. Sinaptik plazma zarları ve post-sinaptik yoğunluklu proteinleri izole etmek için kullanılan teknikler, esas olarak 40 yıl sonra aynı kalır, ve yaygın olarak mevcut nörolojik araştırma kullanılır. Bu makalede, sinaptik plazma membranı ve post-sinaptik yoğunluk kesintili bir sakroz gradyanı kullanılarak, ilişkili proteinlerin fraksiyonasyon göstermektedir. Elde edilen protein preparatları, batı lekeleme ya da 2 boyutlu DIGE analiz için uygundur.
Introduction
Nöronlar, sinaps ile iletişim kurmak ve bu haberleşme kalitesi sinaps proteinlerin bileşiminde değişikliklerle büyük ölçüde kontrol edilir. Özel olarak, sinaptik sonrası yoğunluğu bulunan proteinlerin sinyal iletim sistemleri 1 ile iyice iskele nörotransmiter reseptörleri nöronal iletişiminde yer. Ayrıca, sinaptik etkinliğinin gücü kalıcı değişiklikler, sinaptik sonrası yoğunluğu 1-6 de ekleme ya da reseptörleri ayrılmasıyla kontrol edilir. Bu nedenle, sinaptik proteinlerin izolasyon ve miktar nöronlar uyaranlara ve sinaptik etkinliğini 7 değiştirmek yanıt yolları içgörü kazanmak için gerekli ve yararlı bir tekniktir. Bu makale süreksiz sakaroz Yokuşta ultrasantrifugasyon kemirgen beyin dokusundan sinaptik proteinler izole etmek ortak bir teknik anlatılmaktadır. Sinaptik plazma zarı fraksiyonu zenginleştirilmiş olabilir dayanan ve izoleampirik olarak 1.2 M sukroz ile benzer olduğu tespit edilmiştir sukroz yoğunluk,.
Biyolojik bir soru ile ilgili olarak, alt-hücresel fraksiyonlar sakaroz veya Percoll ya sürekli ya da süreksiz gradyentlerin ayrılabilir. Sürekli eğimleri çok sayıda kısmın içine proteinlerin ayrıştırılması için; Bu, belirli bir payın 8 içindeki proteinlerin birlikte-lokalizasyonunu göstermek için özellikle yararlı olabilir. Bununla birlikte, sürekli geçişlerini hazırlanması daha zahmetlidir ve birçok uygulama için gerekli değildir. Süreksiz gradyanlar hazırlamak için nispeten kolay olan ve az, genellikle tanımlanmış fraksiyonlar halinde proteinleri ayırmak için kullanılabilir. Artan molaritede üç sükroz katmanlardan oluşan çok süreksiz değişim ölçüleri geniş ölçüde sinaptik plazma zarı (SPM) ile ilişkili proteinler izole etmek için kullanılmıştır. Bu sinaptik plazma membranı fraksiyonu, sinaptik sonrası yoğunluk fraksiyonu yok etmek için işlenebilir;Deterjan-çözünmeyen fraksiyon deterjan muamelesi ile izolasyonu ve n, (PSD).
Bu işlem, ilk olarak 1960 de tarif 9,10 zaman, elektron mikroskopi kabaca sinaptik membranı ve post-sinaptik yoğunluğu 9-14 fraksiyonları tanımlamak organel ve membranlar göstermek için kullanılmıştır. Bu çalışmalar öncesi ve post-sinaptik zar ve SPM fraksiyonunda sinaptik veziküllerin dahil olduğunu gösterdi; Deterjan tedavisi öncelikle elektron-yoğun sonra sinaptik sonrası yoğunluğu görünür. Prosedürde, hipotonik şok hücre gövdesi 10 gelen sinaptik süreçleri çimdik için kullanılır. Bu adım, mitokondri ozmotik şoka, daha dayanıklı ve sağlam kalır ve bu nedenle bu yöntem sukroz gradyanı ile (Şekil 1) altındaki çöktürmek gerçeğinden yararlanır.
Bu aynı zenginleştirme tekniği kullanarak, SPM ve PSD fraksiyonlar biyokimyasal ilk idipoliakrilamid jel elektroforezi ve ana protein bileşenlerinin 15-17 sekans ile tanımlanmıştır. Daha sonra, western blot analizi (Şekil 2), bu kısımlar daha fazla tespit etmek ve tanımlamak sinaptik proteinlerin seviyelerini ölçmek ve kullanılmıştır. Biz Slc6a3 odağının farelerde 18 yineleniyor meydana dopamin taşıyıcı sinaptik seviyelerindeki değişiklikleri ölçmek için laboratuarlarda bu tekniği kullandık. Ayrıca DISC1 interactome 19 bir parçası olan proteinlerin sinaps özgü azalma ortaya çıkarmak için, NMDA reseptörü eksik olan farelerde, bu tekniği kullanılmıştır.
Bu fraksiyonlar SPM sinaptik vezikül zar proteinleri, endozom belirteçler, mitokondriyal protein, zar bağlı sentetik enzimler ve sinyal iletim molekülü olarak post-sinaptik yoğunluk tamamlayıcı bileşenleri ve sinaptik plazma zarlarını içeren 20-23, western blot analizi bellidir. Even PSD kısımlar bol mitokondriyal proteinleri ile kirlenmemiş olması ve bunları 13 ayrılması için bir ikinci meyilli sedimentasyon ya da ek saflaştırma adımları gerçekleştirmek gerekli olabilir. Son zamanlarda, tek başına nicel kütle spektrometrisi, sinaptik-sonrası yoğunluğu 100 proteinlerin bir listesi, aynı zamanda bu bileşenlerin 24,25 nispi bolluk bir gösterge sağlamıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Başarılı bir sonuç için kritik olan prosedür birkaç adım vardır. 3. adımda, bu homojenleştirme tutarlı bir derecesi, her bir numune için elde edilmesi önemlidir. Motor tahrikli homojenleştirici ile dokuyu, bir homojenizatör zaman, sabit hız havan eli döndürülmesi için değil, aynı zamanda vuruş sayısı ile de kullanılmaktadır. Hipotonik bir solüsyon içerisinde uzun bir homojen hale getirme ya da mitokondri lize edildi ve inkübasyon SPM örneği kontamine çünkü ozmotik şok, inkübasyon s?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Dr. Mike Ehlers and his laboratory members for originally demonstrating the protocol for subcellular fractionation of synaptic plasma membranes. We also thank Wendy Horsfall for management of the mouse colonies. This work was supported by operating grants from CIHR (AJR and AS).
Materials
| 1M HEPES, pH 7.4 | BioShop | HEP003.100 | |
| HEPES | BioShop | HEP001.500 | |
| Sucrose | BioShop | SUC507.1 | |
| EDTA | BioBasic | EB0185 | |
| PMSF | BioShop | PMS123.5 | |
| Aprotinin | BioShop | APR600.1 | |
| Leupeptin | BioShop | LEU001.1 | |
| Pepstatin | BioShop | PEP605.5 | |
| Benzamidine | BioShop | BEN601.25 | |
| Sodium fluoride | BioShop | SFL001.100 | |
| Sodium pyrophosphate | BioShop | SPP310.100 | |
| Sodium orthovanadate | BioShop | SOV664.10 | |
| β-glycerophosphate | BioShop | GYP001.10 | |
| Triton X-100 | BioShop | TRX506.500 | |
| 18G x 1 ½” needle | BD | 305196 | |
| 1cc syringe | BD | 309659 | |
| Name of Equipment | Company | Catalog number | |
| Glass Teflon homogenizer Kontes Duall 23 | VWR | KT885450-0023 | |
| IKA Model RW 16 Basic Stirrer | IKA Works | 2572100 | |
| Sorvall SM-24 Fixed Angle Rotor | ThermoScientific | 29017 | |
| Sorvall RC 6 Plus Centrifuge | ThermoScientific | 46910 | |
| Thinwall Polyallomer Tubes (13.2mL) | Beckman Coulter | 331372 | |
| SW 41 Ti Rotor Swinging Bucket | Beckman Coulter | 331362 | |
| Beckman L-80 Floor Ultracentrifuge | Beckman Coulter | ||
| Thickwall Polycarbonate Tubes (3.5mL) | Beckman Coulter | 349622 | |
| TLA-100.3 Fixed Angle Rotor | Beckman Coulter | 349481 | |
| Beckman TL-100 Tabletop Ultracentrifuge | Beckman Coulter |
References
- Delint-Ramirez, I., et al. In vivo composition of NMDA receptor signaling complexes differs between membrane subdomains and is modulated by PSD-95 and PSD-93. The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. 30, 8162-8170 (2010).
- Wang, Q., et al. The psychiatric disease risk factors DISC1 and TNIK interact to regulate synapse composition and function. Mol Psychiatry. 16, (2010).
- Ehlers, M. D. Reinsertion or degradation of AMPA receptors determined by activity-dependent endocytic sorting. Neuron. 28, 511-525 (2000).
- Tomita, S., Fukata, M., Nicoll, R. A., Bredt, D. S. Dynamic interaction of stargazin-like TARPs with cycling AMPA receptors at synapses. Science. 303, 1508-1511 (2004).
- Ehlers, M. D., Heine, M., Groc, L., Lee, M. C., Choquet, D. Diffusional trapping of GluR1 AMPA receptors by input-specific synaptic activity. Neuron. 54, 447-460 (2007).
- Bats, C., Groc, L., Choquet, D. The interaction between Stargazin and PSD-95 regulates AMPA receptor surface trafficking. Neuron. 53, 719-734 (2007).
- Ehlers, M. D. Activity level controls postsynaptic composition and signaling via the ubiquitin-proteasome system. Nat Neurosci. 6, 231-242 (2003).
- Cartier, E. A., et al. A biochemical and functional protein complex involving dopamine synthesis and transport into synaptic vesicles. J Biol Chem. 285, 1957-1966 (2010).
- Rodriguez de Lores, A., Alberici, M., De Robertis, E. Ultrastructural and enzymic studies of cholinergic and non-cholinergic synaptic membranes isolated from brain cortex. Journal of Neurochemistry. 14, 215-225 (1967).
- Gray, E. G., Whittaker, V. P. The isolation of nerve endings from brain: an electron-microscopic study of cell fragments derived by homogenization and centrifugation. J Anat. 96, 79-88 (1962).
- Cotman, C. W., Taylor, D. Isolation and structural studies on synaptic complexes from rat brain. J Cell Biol. 55, 696-711 (1972).
- Cotman, C. W., Banker, G., Churchill, L., Taylor, D. Isolation of postsynaptic densities from rat brain. The Journal of Cell Biology. 63, 441-455 (1974).
- Carlin, R. K., Grab, D. J., Cohen, R. S., Siekevitz, P. Isolation and characterization of postsynaptic densities from various brain regions: enrichment of different types of postsynaptic densities. The Journal of Cell Biology. 86, 831-845 (1980).
- Jones, D. H., Matus, A. I. Isolation of synaptic plasma membrane from brain by combined flotation-sedimentation density gradient centrifugation. Biochim Biophys Acta. 356, 276-287 (1974).
- Kennedy, M. B., Bennett, M. K., Erondu, N. E. Biochemical and immunochemical evidence that the “major postsynaptic density protein” is a subunit of a calmodulin-dependent protein kinase. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 80, 7357-7361 (1983).
- Moon, I. S., Apperson, M. L., Kennedy, M. B. The major tyrosine-phosphorylated protein in the postsynaptic density fraction is N-methyl-D-aspartate receptor subunit 2B. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91, 3954-3958 (1994).
- Cho, K. O., Hunt, C. A., Kennedy, M. B. The rat brain postsynaptic density fraction contains a homolog of the Drosophila discs-large tumor suppressor protein. Neuron. 9, 929-942 (1992).
- Salahpour, A., et al. Increased amphetamine-induced hyperactivity and reward in mice overexpressing the dopamine transporter. Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 4405-4410 (2008).
- Ma, D. K., et al. Neuronal activity-induced Gadd45b promotes epigenetic DNA demethylation and adult neurogenesis. Science. 323, 1074-1077 (2009).
- Budreck, E. C., Scheiffele, P. Neuroligin-3 is a neuronal adhesion protein at GABAergic and glutamatergic synapses. The European Journal of Neuroscience. 26, 1738-1748 (2007).
- Wu, J., et al. Arc/Arg3.1 regulates an endosomal pathway essential for activity-dependent beta-amyloid generation. Cell. 147, 615-628 (2011).
- Huttner, W. B., Schiebler, W., Greengard, P., De Camilli, P. Synapsin I (protein I), a nerve terminal-specific phosphoprotein. III. Its association with synaptic vesicles studied in a highly purified synaptic vesicle preparation. J Cell Biol. 96, 1374-1388 (1983).
- Nagy, A., Baker, R. R., Morris, S. J., Whittaker, V. P. The preparation and characterization of synaptic vesicles of high purity. Brain Res. 109, 285-309 (1976).
- Cheng, D., et al. Relative and absolute quantification of postsynaptic density proteome isolated from rat forebrain and cerebellum. Molecular & Cellular Proteomics : MCP. 5, 1158-1170 (2006).
- Sheng, M., Hoogenraad, C. C. The postsynaptic architecture of excitatory synapses: a more quantitative view. Annu Rev Biochem. 76, 823-847 (2007).
- Sambrook, J., Fritsch, E. F., Maniatis, T. . Molecular cloning : a Laboratory Manual. , (1989).
- Eggena, M., et al. Identification of histone H1 as a cognate antigen of the ulcerative colitis-associated marker antibody pANCA. J Autoimmun. 14, 83-97 (2000).
- Salahpour, A., et al. Homodimerization of the beta2-adrenergic receptor as a prerequisite for cell surface targeting. J Biol Chem. 279, 33390-33397 (2004).
- Bernocco, S., et al. Sequential detergent fractionation of primary neurons for proteomics studies. Proteomics. 8, 930-938 (2008).
- Grunewald, T. G., et al. Nuclear localization and cytosolic overexpression of LASP-1 correlates with tumor size and nodal-positivity of human breast carcinoma. BMC Cancer. 7, 198 (2007).
- Heimann, K., Percival, J. M., Weinberger, R., Gunning, P., Stow, J. L. Specific isoforms of actin-binding proteins on distinct populations of Golgi-derived vesicles. J Biol Chem. 274, 10743-10750 (1999).
- Neff, R. A., Gomez-Varela, D., Fernandes, C. C., Berg, D. K. Postsynaptic scaffolds for nicotinic receptors on neurons. Acta Pharmacol Sin. 30, 694-701 (2009).
- Cella, N., Cornejo-Uribe, R. R., Montes, G. S., Hynes, N. E., Chammas, R. The lysosomal-associated membrane protein LAMP-1 is a novel differentiation marker for HC11 mouse mammary epithelial cells. Differentiation. 61, 113-120 (1996).
- Otera, H., et al. Peroxisomal targeting signal receptor Pex5p interacts with cargoes and import machinery components in a spatiotemporally differentiated manner: conserved Pex5p WXXXF/Y motifs are critical for matrix protein import. Mol Cell Biol. 22, 1639-1655 (2002).
- Goubaeva, F., et al. Cardiac mitochondrial connexin 43 regulates apoptosis. Biochem Biophys Res Commun. 352, 97-103 (2007).
- Lamers, K. J., et al. Protein S-100B, neuron-specific enolase (NSE), myelin basic protein (MBP) and glial fibrillary acidic protein (GFAP) in cerebrospinal fluid (CSF) and blood of neurological patients. Brain Res Bull. 61, 261-264 (2003).
- Arunachalam, L., et al. Munc18-1 is critical for plasma membrane localization of syntaxin1 but not of SNAP-25 in PC12 cells. Mol Biol Cell. 19, 722-734 (2008).
- Brandstatter, J. H., Fletcher, E. L., Garner, C. C., Gundelfinger, E. D., Wassle, H. Differential expression of the presynaptic cytomatrix protein bassoon among ribbon synapses in the mammalian retina. Eur J Neurosci. 11, 3683-3693 (1999).
