בידוד אגל ליפידים על ניתוח כמותי ספקטרומטריית מסה
Summary
טיפות ליפידים הם אברונים חשובים עבור שכפול של מספר פתוגנים, כולל וירוס הפטיטיס C (HCV). אנו מתארים שיטה לבודד טיפות השומנים עבור ספקטרומטריית מסה כמותית של חלבונים הקשורים; ניתן להשתמש בו תחת מגוון של תנאים, כגון זיהום וירוס, לחץ סביבתי, או טיפול תרופתי.
Abstract
טיפות ליפידים חיוניות שכפול של מגוון פתוגנים שונים, ובעיקר את וירוס הפטיטיס C (HCV), כאתר המשוער של morphogenesis virion. ניתן להשתמש בניתוח proteome אגל שומנים כמותיות לזהות חלבוני לוקליזציה או נעקרו מן טיפות שומנים בתנאים כגון זיהומי וירוס. כאן, אנו מתארים פרוטוקול נוצל בהצלחה כדי לאפיין את שינויי proteome שומני האגל הבאים זיהום עם HCV. אנו משתמשים תיוג איזוטופ יציב עם חומצות אמינו תרבית תאים (SILAC) ובכך תווית proteome השלם של אוכלוסייה אחת של תאים עם חומצות אמינו "כבדות" לכמת את החלבונים על ידי ספקטרומטריית מסה. עבור בידוד אגל שומנים, שתי אוכלוסיות התאים (כלומר נגוע HCV / "אור" חומצות אמינו ו / שליטה נגועה "כבדות" חומצות אמינו) מעורבבים 1: 1 ו lysed מכאנית במאגר hypotonic. לאחר הסרת הגרעינים ואת התא דebris ידי צנטריפוגה במהירות הנמוכה, חלבוני אגל-מזוהה שומנים מועשרים על ידי שני צעדי ultracentrifugation עוקבים אחריו שלושה צעדי כביסה במאגר איזוטוני. טוהר שברי אגל השומנים מנותח על ידי מערבי סופג עם נוגדנים להכיר תאי subcellular שונים. חלבונים שומנים הקשורים אגל מופרדים ולאחר מכן על ידי ג'ל אלקטרופורזה SDS-polyacrylamide (SDS-PAGE) ואחריו Coomassie מכתים. לאחר tryptic Digest, פפטידים הם לכמת ידי ספקטרומטריית מסה טנדם-יינון נוזלי electrospray-כרומטוגרפיה (LC-ESI-MS / MS). באמצעות שיטה זו, זיהינו חלבוני גייס עד טיפות שומנים על זיהום HCV שעשוי לייצג גורמים המארח בעד או אנטי. השיטה שלנו יכולה להיות מיושמת על מגוון רחב של תאים שונים ותנאי תרבות, כגון זיהום עם פתוגנים, לחץ סביבתי, או טיפול תרופתי.
Introduction
טיפות ליפידים הם מאוד ציטופלסמית דינמיים (ו גרעיניים) אברונים בתא מורכבים ליבה של ליפידים ניטראלי (טריגליצרידים (TG) ואסתר כולסטרול (CE)) מוקפים בשכבה של פוספוליפידים עם חלבונים מוטבעים 1. כל סוגי התאים לייצר טיפות שומנים, אבל הם משתנים בגודלם, רכב שומנים, ודקורצית חלבון. טיפות ליפידים למלא פונקציות מגוונות, כולל לשמש מאגרי אנרגיה מבשר קרום או פיקדונות חלבון. בנוסף, באמצעות ספיגת שומנים, הם להגן על תאים מפני lipotoxicity, שומני שחרור כמו מולקולות איתות, ומעורבי פירוק חלבונים ו reticulum endoplasmic תגובות דחק (ER) 2. ככזה, שורה של חלבונים הנקשרים טיפות השומנים והם חלים הדור שלהם, השפלה, סחר, ואינטראקציה עם אברונים אחרים. ביניהם יש את המשפחה perilipin של חלבונים מחייב אגל השומנים בתום לב (PLIN1-5)f "> 3.
Biogenesis אגל ליפידים מתחיל הנראה על ER, שבו אנזימים תושב ER לזרז את הסינתזה של ליפידים נייטרלי שמצטברים בתוך bilayer קרום, להרכיב עדשה של ליפידים נייטרלי, תהליך אשר דמיינו לאחרונה יפה שמרים 4. ממברנה כיפוף ורמות phosphatidic חומצה diacylglycerol גבוהות נחשבים אז כדי למשוך חלבונים המעורבים ביוסינתזה פוספוליפידים, כמו סינתזה סימולטני של ליפידים נייטרלי הליבה ואת פוספוליפידים מיגון נדרשת אגל השומנים דור 5. אנזימים מחסה תחומי transmembrane השוכנים בבית ER לזרז את התהליך הזה. הרחבת טיפות שומנים גדולות מחייב הפעילות של מח' אחרת של אנזימים לסינתזה של שומנים כי נמל Helix amphipathic ובכך יכול לנסוע מ ER כדי טיפות שומנים. ניוד השומנים מן טיפות שומנים מתרחש דרך ההפעלה המקומית של triglyceridlipases דואר ו diacylglycerol lipase טריגליצרידים שומני (ATGL) ואת ההורמון רגיש lipase (HSL) או על ידי מסלולי autophagic שונים, כגון מקרו microlipophagy או מלווים בתיווך autophagy 6. טיפות ליפידים אינטראקציה עם אברונים תאיים אחרים, כגון המיטוכונדריה (עבור חמצון בטא וסינתזה השומנים) ו ER (עבור סינתזה השומנים וסחר חלבון), אלא גם עם lysosomes, endosomes, ואת וקואולות המושרה על ידי חיידקים תאיים 7. ואכן חיידקים, וירוסים, טפילים ואפילו למקד טיפות שומנים עבור שכפול והתמדה, ביניהם 8 HCV.
זיהום HCV הוא אחד הגורמים המובילים לתחלואה ותמותה הקשורות בכבד ברחבי העולם, המהווים כ -0.5 מיליון מקרי מוות בשנה 9. המספר האמיתי של זיהומים HCV אינו ידוע, אך לפי הערכות שבוצעו לאחרונה ש -130 – -150 מיליון בני אדם נדבקים כרוני. אין vaccinדואר קיים, אך הנגיפים ישיר למשחק שאושר לאחרונה להגדיל באופן דראמטי את התגובות טיפוליות לעומת הטיפול הסטנדרטי מבוסס-אינטרפרון. עם זאת, ברחבי העולם, לטיפול בחולים יוגבל הנראה בשל עלויות גבוהות מאוד של תרופות חדשות. כמחצית מכלל אנשים נגועים כרוני עם HCV לפתח מחלת כבד שומני (steatosis), מצב המאופיין על ידי הצטברות יתר של טיפות השומנים ב hepatocytes. מעניין לציין, טיפות שומנים התגלו גם אברונים הסלולר חיוניים כמו שכפול HCV, putatively המשרתים כאתרי הרכבת ויראלי 10, 11.
בתאים נגועים HCV, ליבת החלבון הנגיפית לבין NS5A למקם את טיפות שומנים בתהליך זה תלוי ביוסינתזה טריגליצרידים, כמו מעכבים של diacylglycerol acyltransferase-1 (DGAT1) לפגוע בסחר טיפות שומנים וייצור חלקיקי HCV עוקבת 12 </sup>, 13, 14, 15. בנוסף, מוטציות תחומי השומנים מחייבים אגל באחת ליבה או NS5A לדכא HCV הרכבה 16, 17. Core ו NS5A אז לגייס את כל החלבונים הנגיפיים אחרים, כמו גם מתחמי שכפול נגיפי RNA, ממברנות קשורים קשר הדוק עם השומנים טיפות 16. פעולה מתואמת של כל החלבונים הנגיפיים נדרשת לייצור המוצלח של צאצאים ויראלית מדבקים 10, 11. החלבונים המבניים הם חלק virions, ואת החלבונים nonstructural לקדם אינטראקציות חלבון-חלבון הדרוש לתהליך הזה. מעניין לגלות חלבון שומנים בתום לב מחייב אגל PLIN3 / TIP47 נדרשת הן שכפול RNA HCV ושחרור virions 18, 19 <sup>, 20. למרות ההתקדמות שחלה באחרונה אלה, הפרטים מכניסטית, במיוחד של אינטראקציות המארח וירוס בשלבים המאוחרים של שכפול HCV, להישאר מעורפלים, ואת תפקידו המדויק של טיפות השומנים אינה ידועה.
כאן, אנו מתארים שיטה לבודד טיפות השומנים עבור ספקטרומטריית מסה כמותית של חלבונים הקשורים. באמצעות שיטה זו, מצאנו שינויים עמוקים proteome אגל השומנים במהלך זיהום HCV ו- A3 Annexin מזוהה חלבון המארח כי שיתוף fractionates עם טיפות השומנים ואת נדרשת הבשלה HCV יעיל 21.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן, אנו מתארים פרוטוקול לבודד טיפות שומנים לניתוח proteome אגל שומנים כמותית להשוות את ההעשרה ודלדול של חלבונים הקשורים טיפות שומנים בתנאי תרבות מגוונות, כגון זיהומים ויראליים. כשיטה חלופית, ניתוח proteome יכול להתבצע עם quantifications ללא תווית מבוססת על עוצמות שיא כוללות. שיטה …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים ר Bartenschlager (אוניברסיטת היידלברג) עבור המבנים JC1, CM רייס (אוניברסיטת רוקפלר) עבור התאים Huh7.5, ג'יי McLauchlan (המועצה למחקר רפואי יחידת וירולוגיה) עבור לבנות JFH1, ט Wakita (National Institute of מחלות זיהומיות, יפן) עבור JFH1, ו- B וובסטר בב"ש גרין (גלדסטון המכון לווירולוגיה ואימונולוגיה) עבור מבני כתב HCVcc. עבודה זו נתמכה על ידי קרנות מן DFG (HE 6889 / 2-1 (EH), INST 337 / 15-1 2013, ו INST 337 / 16-1 2013 (HS)). היינריך Pette המכון, מכון לייבניץ עבור וירולוגיה ניסיון נתמך על ידי חינם ו הנזה בעיר המבורג והמשרד הפדרלי בריאות. הממנים לא היה תפקיד בעיצוב המחקר, איסוף נתונים וניתוח, ההחלטה לפרסם, או הכנת כתב היד.
Materials
| SILAC Protein Quantitation Kit – DMEM | Thermo Fisher | 89983 |
| 13C6 L-Arginine-HCl 50 mg | Thermo Fisher | 88210 |
| Roti-Load 1 | Roth GmbH | K929.1 |
| Roti-Blue 5x-Concentrate | Roth GmbH | A152.2 |
| 10x SDS-Tris-Glycine – Buffer | Geyer Th. GmbH & Co.KG | A1415,0250 |
| GlutaMAX (100x) | Life Technologies GmbH | 350500038 |
| Penicillin/Streptomycin Solution for Cell Culture | Sigma-Aldrich Chemie GmbH | P4333-100ml |
| PBS 1x Dulbeccos Phosphate Buffered Saline | Sigma-Aldrich Chemie GmbH | D8537 |
| Trypsin-EDTA | Sigma-Aldrich Chemie GmbH | T3924-100ML |
| Sodium Chloride BioChemica | AppliChem GmbH | A1149,1000 |
| Tris Ultrapure | AppliChem GmbH | A1086,5000A |
| EDTA BioChemica | AppliChem GmbH | A1103,0250 |
| Protease Inhibitor Cocktail 5ml | Sigma-Aldrich Chemie GmbH | P8340-5ML |
| D(+)-Sucrose BioChemica | AppliChem GmbH | A3935,1000 |
| Hydrochloric acid 37% pure Ph. Eur., NF | AppliChem GmbH | A0625 |
| DC Protein Assay | Bio-Rad Laboratoris GmbH | 500-0116 |
| Glycerol | AppliChem GmbH | 151339 |
| SDS Ultrapure | AppliChem GmbH | A1112 |
| Bromophenol blue | AppliChem GmbH | A2331 |
| β-Mercaptoethanol | AppliChem GmbH | A4338 |
| Blasticidin | Invivogen | ant-bl-1 |
| Potassium Chloride | AppliChem GmbH | A1039 |
| Phenylmethanesulfonyl Fluoride | AppliChem GmbH | A0999 |
| Potassium Phosphate Monobasic | Sigma-Aldrich Chemie GmbH | 221309 |
| Dipotassium Hydrogenphosphate | Sigma-Aldrich Chemie GmbH | P3786 |
| DTT | AppliChem GmbH | A2948 |
| NP-40 | AppliChem | A1694 |
| TWEEN 20 | AppliChem | A4974 |
| Nonfat dried milk powder | AppliChem | A0830 |
| Anti-ADFP/ ADRP | abcam | ab52355 |
| M6PRB1/TIP47 100µg | abcam | ab47639 |
| Calreticulin, pAb 200 µg | Enzo Life Science GmbH | ADI-SPA-600-F |
| Anti-ß-Tubulin | Sigma-Aldrich Chemie GmbH | T6074 200µl |
| Ethanol absolute | Geyer Th. GmbH & Co.KG | A3678,0250 |
| Anti-MnSOD | Enzo Life Science GmbH | ADI-SOD-110-F |
| Anti-mouse HRP | Thermo Fisher Pierce | 32430 |
| Anti-rabbit HRP | Thermo Fisher Pierce | 32460 |
| Amersham Hyperfilm ECL | GE Healthcare | 28906836 |
| Lumi-Light Western Blotting Substrate | Sigma-Aldrich Chemie GmbH | 12015196001 |
| 96 Well Cell Culture Plate | Greiner Bio-One GmbH | 655 180 |
| Terumo Syringe 1 ml | Terumo | SS-01T |
| Filtropur BT 50, 500 ml, 0.45 µm | SARSTEDT | 83.1823.100 |
| Mini-PROTEAN TGX Precast Gels, Any kD resolving gel | Bio-Rad Laboratoris GmbH | 456-9034 |
| 6 Well Cell Culture Plate | Greiner Bio-One GmbH | 657160 |
| Dishes Nunclon 150/20 | Fisher Scientific GmbH | 10098720 – 168381 |
| Cell Scraper | neoLab Migge GmbH | C-8120 |
| Tube, 50 ml | Greiner Bio-One GmbH | 227261 |
| SafeSeal Tube RNase-free | SARSTEDT | 72.706.400 |
| Ultra Clear Centrifuge Tubes 11 x 60 mm | Beckman Coulter GmbH | 344062 |
| Suction Needles | Transcodent | 6482 |
| Biosphere Fil. Tip 1000 | SARSTEDT | 70.762.211 |
| Biosphere Fil. Tip 200 | SARSTEDT | 70.760.211 |
| Biosphere Fil. Tip 10 | SARSTEDT | 70.1130.210 |
| Dounce Tissue Grinder | Fisher Scientific GmbH | 11883722 |
| Pestles For Dounce All-Glass Tissue Grinders | Fisher Scientific GmbH | 10389444 |
| Orbitrap Fusion | ||
| Branson Sonifier 450 | ||
| Thermomixer comfort, with Thermoblock 1.5 ml | Eppendorf | 5355 000.127 |
| Mini-PROTEAN Tetra Cell, Mini Trans-Blot Module, and PowerPac Basic Power Supply, | BioRad | 165-8033 |
| Mini-PROTEAN 3 Multi-Casting Chamber | BioRad | 165-4110 |
| PowerPac HC Power Supply | Biorad | 164-5052 |
| Centrifuge | Eppendorf | 5424R |
| Centrifuge | Eppendorf | 5424 |
| Optima L-90K | Beckman Coulter GmbH | 365670 |
| SW 60 Ti Rotor | Beckman Coulter GmbH | 335649 |
| Infinite M1000 PRO | Tecan |
References
- Thiam, A. R., Farese, R. V., Walther, T. C. The biophysics and cell biology of lipid droplets. Nat Rev Mol Cell Biol. 14 (12), 775-786 (2013).
- Welte, M. A. Expanding roles for lipid droplets. Curr Biol. 25 (11), R470-R481 (2015).
- Brasaemle, D. L. Thematic review series: adipocyte biology. The perilipin family of structural lipid droplet proteins: stabilization of lipid droplets and control of lipolysis. J Lipid Res. 48 (12), 2547-2559 (2007).
- Choudhary, V., Ojha, N., Golden, A., Prinz, W. A. A conserved family of proteins facilitates nascent lipid droplet budding from the ER. J Cell Biol. 211 (2), 261-271 (2015).
- Kory, N., Farese, R. V., Walther, T. C. Targeting Fat: Mechanisms of Protein Localization to Lipid Droplets. Trends Cell Biol. 26 (7), 535-546 (2016).
- Hashemi, H. F., Goodman, J. M. The life cycle of lipid droplets. Curr Opin Cell Biol. 33, 119-124 (2015).
- Gao, Q., Goodman, J. M. The lipid droplet-a well-connected organelle. Front Cell Dev Biol. 3, 49 (2015).
- Herker, E., Ott, M. Emerging role of lipid droplets in host/pathogen interactions. J Biol Chem. 287 (4), 2280-2287 (2012).
- Wedemeyer, H., Dore, G. J., Ward, J. W. Estimates on HCV disease burden worldwide – filling the gaps. J Viral Hepat. 22 Suppl 1, 1-5 (2015).
- Paul, D., Madan, V., Bartenschlager, R. Hepatitis C virus RNA replication and assembly: living on the fat of the land. Cell Host Microbe. 16 (5), 569-579 (2014).
- Lindenbach, B. D., Rice, C. M. The ins and outs of hepatitis C virus entry and assembly. Nat Rev Microbiol. 11 (10), 688-700 (2013).
- Barba, G., et al. Hepatitis C virus core protein shows a cytoplasmic localization and associates to cellular lipid storage droplets. Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (4), 1200-1205 (1997).
- Shi, S. T., et al. Hepatitis C virus NS5A colocalizes with the core protein on lipid droplets and interacts with apolipoproteins. Virology. 292 (2), 198-210 (2002).
- Herker, E., et al. Efficient hepatitis C virus particle formation requires diacylglycerol acyltransferase-1. Nat Med. 16 (11), 1295-1298 (2010).
- Camus, G., et al. Diacylglycerol acyltransferase-1 localizes hepatitis C virus NS5A protein to lipid droplets and enhances NS5A interaction with the viral capsid core. J Biol Chem. 288 (14), 9915-9923 (2013).
- Miyanari, Y., et al. The lipid droplet is an important organelle for hepatitis C virus production. Nat Cell Biol. 9 (9), 1089-1097 (2007).
- Boulant, S., Targett-Adams, P., McLauchlan, J. Disrupting the association of hepatitis C virus core protein with lipid droplets correlates with a loss in production of infectious virus. J Gen Virol. 88 (Pt 8), 2204-2213 (2007).
- Vogt, D. A., et al. Lipid droplet-binding protein TIP47 regulates hepatitis C Virus RNA replication through interaction with the viral NS5A protein. PLoS Pathog. 9 (4), e1003302 (2013).
- Ploen, D., et al. TIP47 plays a crucial role in the life cycle of hepatitis C virus. J Hepatol. 58 (6), 1081-1088 (2013).
- Ploen, D., et al. TIP47 is associated with the hepatitis C virus and its interaction with Rab9 is required for release of viral particles. Eur J Cell Biol. 92 (12), 374-382 (2013).
- Rosch, K., et al. Quantitative Lipid Droplet Proteome Analysis Identifies Annexin A3 as a Cofactor for HCV Particle Production. Cell Rep. 16 (12), 3219-3231 (2016).
- Kwiatkowski, M., et al. Ultrafast extraction of proteins from tissues using desorption by impulsive vibrational excitation. Angew Chem Int Ed Engl. 54 (1), 285-288 (2015).
- Webster, B., Ott, M., Greene, W. C. Evasion of superinfection exclusion and elimination of primary viral RNA by an adapted strain of hepatitis C virus. J Virol. 87 (24), 13354-13369 (2013).
- Shevchenko, A., Tomas, H., Havlis, J., Olsen, J. V., Mann, M. In-gel digestion for mass spectrometric characterization of proteins and proteomes. Nat Protoc. 1 (6), 2856-2860 (2006).
- Ting, L., et al. Normalization and statistical analysis of quantitative proteomics data generated by metabolic labeling. Mol Cell Proteomics. 8 (10), 2227-2242 (2009).
- Brasaemle, D. L., Dolios, G., Shapiro, L., Wang, R. Proteomic analysis of proteins associated with lipid droplets of basal and lipolytically stimulated 3T3-L1 adipocytes. J Biol Chem. 279 (45), 46835-46842 (2004).
- Tingting, P., Caiyun, F., Zhigang, Y., Pengyuan, Y., Zhenghong, Y. Subproteomic analysis of the cellular proteins associated with the 3′ untranslated region of the hepatitis C virus genome in human liver cells. Biochem Biophys Res Commun. 347 (3), 683-691 (2006).
- Ariumi, Y., et al. DDX3 DEAD-box RNA helicase is required for hepatitis C virus RNA replication. J Virol. 81 (24), 13922-13926 (2007).
- Weinlich, S., et al. IGF2BP1 enhances HCV IRES-mediated translation initiation via the 3’UTR. RNA. 15 (8), 1528-1542 (2009).
