定量的質量分析のための脂肪滴の分離
Summary
脂肪滴は、C型肝炎ウイルス（HCV）を含むいくつかの病原体の複製のための重要な器官です。我々は、関連するタンパク質の定量的な質量分析のための脂質滴を単離する方法を記載します。そのようなウイルス感染、環境ストレス、または薬物治療などの条件の様々な環境下で使用することができます。
Abstract
脂肪滴は、ビリオンの形態形成の推定場所として、さまざまな病原体の様々な、最も顕著にC型肝炎ウイルス（HCV）の複製に不可欠です。定量的脂肪滴のプロテオーム解析は、にローカライズや、ウイルス感染などの条件の下での脂肪滴からずれているタンパク質を同定するために使用することができます。ここでは、我々が正常にHCV感染後脂肪滴プロテオームの変化を特徴づけるために使用されているプロトコルを記述します。私たちは、細胞培養（SILAC）中のアミノ酸と安定同位体標識化を使用するので、質量分析により、タンパク質を定量するために「重い」アミノ酸と細胞の1人の人口の完全なプロテオームにラベルを付けます。脂肪滴の単離のために、2つの細胞集団（ すなわち、HCVに感染/「光」は、アミノ酸及び非感染コントロール/「重」アミノ酸）1に混合される：1と低張性緩衝液中で機械的に溶解しました。核とセルDを除去した後低速遠心分離によってebrisは、脂肪滴関連タンパク質は、等張緩衝液で3回の洗浄工程に続いて二つの連続超遠心分離工程により濃縮されます。脂肪滴画分の純度は、異なる細胞内コンパートメントを認識する抗体を用いたウエスタンブロッティングにより分析されます。脂肪滴関連タンパク質は、次いでクマシー染色に続いてSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動（SDS-PAGE）によって分離されています。トリプシン消化後、ペプチドを、液体クロマトグラフィー – エレクトロスプレーイオン化 – タンデム質量分析（LC-ESI-MS / MS）により定量化されます。この方法を使用して、我々はプロまたは抗ウイルスの宿主因子を表すことができ、HCV感染の際に脂肪滴に動員するタンパク質を同定しました。私たちの方法は、このような病原体による感染症、環境ストレス、または薬物治療として、異なる細胞および培養条件の多様に適用することができます。
Introduction
脂肪滴は、埋め込まれたタンパク質1、リン脂質の単層によって囲まれた中性脂質（トリグリセリド（TG）とコレステロールエステル（CE））のコアからなる細胞小器官高度に動的な細胞質（および核）です。すべての細胞型は、脂肪滴を生成し、彼らはサイズ、脂質組成、およびタンパク質の装飾が異なります。脂質滴はエネルギーおよび膜前駆体リザーバとして、またはタンパク質沈着物として含む、多様な機能を果たします。また、脂質の摂取を介して、それらは脂肪毒性から細胞を保護し、放出脂質シグナル伝達分子として、およびタンパク質分解および小胞体に関与している（ER）ストレス応答2。そのため、タンパク質のホストは、脂肪滴に結合し、他の細胞小器官で自分の世代、劣化、人身売買、との相互作用を支配します。このうち（PLIN1-5） 善意の脂肪滴結合タンパク質のファミリーであるペリリピンF "> 3。
脂肪滴の生合成は、おそらくER常駐酵素は、中性脂質のレンズ、最近酵母4にうまく視覚化されたプロセスを形成し、膜二重層内に蓄積中性脂質の合成を触媒するERで開始します。曲げ膜と上昇ホスファチジン酸およびジアシルグリセロールレベルは、その後、脂肪滴生成5のために必要とされるコア中性脂質および遮蔽リン脂質の同時合成として、リン脂質生合成に関与するタンパク質を誘引すると考えられています。 ERに存在する膜貫通ドメインを保有する酵素は、このプロセスを触媒します。大きな脂肪滴への拡張は、両親媒性ヘリックスを抱い脂質合成酵素の異なるクラスの活動を必要とし、これ脂肪滴にERから移動することができます。脂質小滴からの脂質の動員はtriglyceridの局所活性化を介して起こりますEおよびジアシルグリセロールリパーゼは、脂肪トリグリセリドリパーゼ（ATGL）及びホルモン感受性リパーゼ（HSL）、またはそのようなマクロやmicrolipophagy又は異なるオートファジー経路では、オートファジー6を媒介シャペロン。脂肪滴は、（β酸化および脂質合成のための）、ミトコンドリアおよびERのような他の細胞小器官、（脂質合成及びタンパク質輸送のため）だけでなく、リソソーム、エンドソーム、および細胞内細菌7によって誘導された小胞と相互作用します。確かに細菌、ウイルス、およびさえ寄生虫は複製と持続性のための脂肪滴、それらの間のHCV 8をターゲットにしています。
HCV感染は、毎年9あたり0.5程度万人が死亡を占め、世界的に肝臓に関連する罹患率および死亡率の主要な原因の1つです。 HCV感染の真の数は不明であるが、最近の推定値は130することを示唆している – 1.5億人が慢性的に感染しています。ませんvaccineが存在するが、最近承認された直動抗ウイルス薬は劇的標準のインターフェロンベースの治療に比べて治療応答を高めます。しかし、世界的に、患者の治療は可能性が高いため、新しい治療法の非常に高いコストに制限されます。慢性的にHCVに感染したすべての個人の約半数は、脂肪肝疾患（脂肪症）、肝細胞における脂肪滴の過剰な蓄積によって特徴付けられる状態を開発します。興味深いことに、脂肪滴も推定されるウイルスアセンブリサイト10、11として、HCV複製のためなどの重要な細胞小器官を浮上しました。
HCV感染細胞では、ウイルスタンパク質のコアおよびNS5Aはジアシルグリセロールアシルトランスフェラーゼ1（DGAT1）の阻害剤として、トリグリセリドの生合成に依存するプロセスにおける脂肪滴に局在する脂肪滴と後続のHCV粒子の産生12へ輸送を損ないます</sup>、13、14、15。また、コアまたはNS5Aのいずれかの脂質小滴結合ドメインにおける変異は、HCVアセンブリ16,17を抑制する。コアおよびNS5Aは次に密接脂質滴16に関連付けられた膜に、他の全てのウイルスタンパク質、ならびにウイルスRNA複製複合体を動員します。すべてのウイルスタンパク質の協調行動は、感染性ウイルスの子孫10、11の成功の生産のために必要とされます。構造タンパク質はウイルス粒子の一部であり、そして非構造タンパク質は、このプロセスに必要なタンパク質 – タンパク質相互作用を促進します。興味深いことに、 真正脂肪滴結合タンパク質PLIN3 / TIP47は、HCV RNA複製およびビリオン18の放出の両方のために必要とされる、19 <suP>、20。これらの最近の進歩にもかかわらず、特にHCV複製の後期段階中のウイルス – 宿主相互作用のメカニズムの詳細については、不明確なままであり、脂肪滴の正確な機能は不明です。
ここで、我々は、関連するタンパク質の定量的質量分析のための脂質滴を単離する方法を記載します。この方法を使用して、我々は、HCV感染の間の脂肪滴のプロテオームにおける大きな変化を発見し、脂肪滴で分画さを共同で効率的なHCVの成熟21のために必要とされる宿主タンパク質としてアネキシンA3を特定しました。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで、我々は、ウイルス感染のような多様な培養条件下で脂質滴、に関連するタンパク質の濃縮および枯渇を比較するために、定量的脂質滴プロテオーム解析のための脂質滴を分離するためのプロトコルを記述しています。別の方法として、プロテオーム解析は、全ピーク強度に基づくラベルフリー定量化を行うことができます。この方法には、ダイナミックレンジの制限がなく、代謝の?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
私たちは、JC1のためのR. Bartenschlager（ハイデルベルク大学）構築、のHuh7.5細胞用のCMライス（ロックフェラー大学）、J・マクローチラン（医学研究評議会ウイルス学ユニット）JFH1のための構築、T.脇田の（国立研究所に感謝しますHCVccレポーター構築物のための感染症、JFH1日本）、及びB・ウェブスターおよびワック・グリーン（ウイルス学および免疫学のグラッドストーン研究所）。この作業はDFG（HE 6889 / 2-1（EH）、INST 337 / 15-1 2013およびINST 337 / 16-1 2013（HS））からの資金によって支援されました。ハインリック・ペット研究所、実験ウイルス学のためのライプニッツ研究所は無料とハンブルクのハンザ同盟都市と健康の連邦省によってサポートされています。資金提供者は、研究デザイン、データの収集と分析、公表することを決定、または原稿の準備で何の役割を持っていました。
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
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