השוואה חזקים של רמות החלבון על פני רקמות וברחבי פיתוח באמצעות מתוקננת כמותיים המערבי סופג
Summary
שיטה זו מתארת בגישה לשחזור ועמיד עבור ההשוואה של רמות החלבון ברקמות שונות, timepoints התפתחותיים שונים באמצעות מתוקננת כמותיים המערבי blotting בגישה.
Abstract
סופג המערבי היא טכניקה המשמש בדרך כלל כדי לזהות ולכמת ביטוי חלבון. במהלך השנים, טכניקה זו הובילה רבים ההתקדמות במחקר בסיסי וקליני. עם זאת, כמו עם טכניקות רבות ניסיוני דומה, התוצאה של ניתוח תספיג בקלות מושפעת האפשרויות עיצוב, ביצוע הניסוי. חלבונים ספציפיים משק באופן מסורתי שימש לנרמל את רמות החלבון על כימות, אולם, אלה יש מספר מגבלות, ולכן יותר ויותר ננזף על השנים האחרונות. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול מפורט פותחו כדי לאפשר לנו לבצע השוואות מורכבות של חלבון ביטוי וריאציה על פני ברקמות שונות, מודלים העכבר (כולל מודלים המחלה) ו- timepoints התפתחותית. על-ידי שימוש כתם חלבון פלואורסצנטי הכולל היכרות עם השימוש טעינת פנימי רגיל, זה אפשרי להתגבר על מגבלות הקיימות במספר הדגימות אשר ניתן להשוות בתוך ניסויים ולהשוות באופן שיטתי את רמות החלבון על פני מגוון של תנאי הניסוי. גישה זו מרחיבה את השימוש בטכניקות מסורתיות תספיג, ובכך לאפשר לחוקרים לחקור יותר חלבון הביטוי על פני ברקמות שונות ודוגמאות.
Introduction
סופג המערבי היא טכניקה המשמשת בדרך כלל כדי לזהות ולכמת ביטוי חלבון, כולל רקמות homogenates או תמציות. במהלך השנים, טכניקה זו הובילה רבים ההתקדמות במחקר בסיסי וקליני, שבו הוא יכול לשמש ככלי אבחוני כדי לזהות הנוכחות של מחלה1,2. סופג המערבי תוארה לראשונה בשנת 1979 כשיטה כדי להעביר חלבונים לזיהוי ג’לים ניטרוצלולוזה גליונות והמחש לאחר מכן חלבונים באמצעות נוגדנים משניים radioactively מתויג או מצומדת כדי fluorescein . או peroxidase3… דרך פיתוח ערכות זמינים מסחרית, ציוד, שיטות סופג המערבי יש יותר ויותר סטנדרטית, פשוטה עם השנים. אכן, הטכניקה עכשיו בקלות מתבצעת על ידי מדענים עם רקעים ורמות שונות של ניסיון. עם זאת, כמו עם טכניקות רבות ניסיוני דומה, התוצאה של ניתוח תספיג בקלות מושפעת האפשרויות עיצוב, ביצוע הניסוי. זה חשוב, לכן, כי הנגישות של מתוקננת שיטות מערביות סופג לא יטשטשו את הצורך תכנון ניסויי זהיר ועיצוב. שיקולים ניסיוני כוללים, אך אינם מוגבלים, לדוגמא, טיפול, בחירה והכנה אימות של נוגדנים לגילוי חלבון ויעילות ג’ל-כדי-הממברנה העברה של קטן או גדול במיוחד ( 140 kDa) חלבונים4,5,6,7,8,9. חלבון איכותי של המדגם המקורי ממלאת תפקיד משמעותי בקביעת התוצאה של הניתוח תספיג עוקבות. כמו חלבון יכול להיות מופק מגוון רחב של מקורות, כולל שורות תאים, רקמות חייתיים של פוסט-מורטם ברקמות אנושיות, ודוגמאות עקביות בטיפול ועיבוד נדרש כדי להשיג תוצאות לשחזור. לדוגמה, כאשר נדרש אחסון לטווח ארוך של דגימות לחילוץ חלבון, זה חשוב להבין כי למרות חלבון יציב בדרך כלל ב-80 מעלות צלזיוס, ההבדלים חלבון יציבות בין חלבונים שחולצו ורקמות שלם ב- 80 ° C כבר דווח על10. יתר על כן, כדי לקבל הערכות לשחזור של כמויות חלבון, המגון עקבית של דגימות היא קריטית. אופטימיזציה של מאגרי פירוק שונים ושיטות המגון (למשל, ידני המגון בהשוואה בשיטות אוטומטיות) עשוי להידרש לפני התחלת ניסוי כמותי בקנה מידה גדול.
נורמליזציה אסטרטגיות לתיקון השתנות וטעינה של כימות חלבונים חיוניים כדי להשיג תוצאות חזקות, כמותית של ביטוי חלבון. ניהול משק בית חלבונים כגון β-אקטין, α-טובולין, β-טובולין, גליצראלדהיד-3-פוספט דהידרוגנאז (GAPDH) מסורתי שימשו לנרמל את רמות החלבון על כימות. עם זאת, נורמליזציה משק מסוים חלבונים למטרות כימות יותר ויותר ביקורת על העבר כמה שנים11,12. לדוגמה, הביטוי של חלבונים משק בית יכול להשתנות על פני שלבים התפתחותיים שונים13,14, מעבר ברקמות של בעלי חיים מאותו4, ותחת שונים המחלה התנאים4,15 16, ,17. לכן, השימוש של חלבונים ספציפיים משק מגביל את האפשרויות של הפיכת מורכבים יותר השוואות בין ביטוי חלבון מ ברקמות שונות, timepoints שונים, תחת משתנה תנאי הניסוי. אלטרנטיבה משק החלבונים כדי לשלוט על חלבון טעינת וריאציה הוא השימוש של כתם חלבון הכולל (TPS) את התוויות, מדמיין כל החלבונים הנוכח במדגם. תוכנית-המיתאר מאפשר נורמליזציה אות המבוסס על עומס חלבון הכולל יותר מאשר רמות של חלבון ספציפי אחד, ולפיכך כימות של תוכנית-המיתאר אות צריך להיות דומים ואף לשחזור ללא תלות במצב ניסיוני, סוג הדגימה או timepoint התפתחותית . דוגמאות חלבון הכולל כתמי צבע מאכל פונסו S העיניינים ג’לים, Coomassie R-350, עברית, Epicocconone, Amydo השחור, Cy5 (שבתוך הפניה למעורר 18). כל השיטות האלה יש יתרונות ספציפיים ומגבלות, שיטת הבחירה תלויה בזמן, כלים זמינים, כמו גם את הגדרת הניסוי4,18.
בנוסף לשימוש תוכנית-מיתאר כדי לתקן בתוך-הממברנה וטעינה של כימות השתנות, ייתכן צורך להשוות בין דגימות בין ממברנות שונות, במיוחד בעת ביצוע ניתוח ביטוי חלבונים בקנה מידה גדול. עם זאת, השתנות של גורמים כמו הנוגדן מחייב יעילות וסיכום בעוצמה הכתם חלבון יכול להכיר עוד יותר השתנות בין דגימות חלבון זה מנותחים על ג’לים נפרד ממברנות. על כימות חזקים במצב הזה, לכן שצריך להציג צעד נוסף נורמליזציה להביא בחשבון השתנות בין-הממברנה. זו יכולה להיות מושגת על-ידי הכללת תקן הטעינה פנימי בכל אחד הקרומים בנפרד שנותחה נשמר קבוע לאורך ניסויים. תקן זה יכול ללבוש הצורה של כל חלבון lysate זה ניתן להשיג בכמויות מספיקות כדי לשמש מעבר ממברנות כל כלול את הניסוי. כאן, אנו משתמשים lysate של מוח העכבר (המתקבל עכברים פקד בן 5 יום), המוח הוא הומוגני ברצון, החלבון שהושג lysate מכיל כמות משמעותית של חלבון-ריכוז גבוה. טעינת תקן פנימי שהפקידים מאפשר דוגמאות על ממברנות נפרד מנורמל, בהשוואה ישירות.
כאן, אנו מתארים את פרוטוקול מפורט פותחו כדי לאפשר לנו לבצע השוואות מורכבות של חלבון ביטוי וריאציה על פני ברקמות שונות, מודלים העכבר (כולל מודלים המחלה), התפתחותיים timepoints19. על ידי שילוב תוכנית-מיתאר פלורסנט עם השימוש טעינת פנימי סטנדרטי, הצלחנו להתגבר על מגבלות הקיימות מספר דוגמאות ומצבים ניסיוני ניתן להשוואה במסגרת ניסוי יחיד. גישה זו מרחיבה את השימוש בטכניקות מסורתיות תספיג, ובכך לאפשר לחוקרים לחקור יותר חלבון הביטוי על פני ברקמות שונות ודוגמאות.
Protocol
Representative Results
Discussion
עם עיצוב ניסיוני המתאים, אמצעי בקרה ניתוח סטטיסטי, סופג המערבי יכול לשמש כדי לבצע הערכות כמותיות אמין של ביטוי חלבונים בתוך ובין מבחר מגוון של דגימות ביולוגיות. פרוטוקול שנתאר בכתב היד הנוכחי נועד לשמש קו מנחה עבור חוקרים המעוניינים להשתמש המערבי סופג לבצע ניתוח כמותי גדול יותר ומורכב יו?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
E.J.N.G. נתמך על ידי טרסט (גרנט 106098/ת/14/Z). מימון אחרות סופק על ידי הקרן SMA (SMA בבריטניה קונסורציום; T.H.G. & Y-טי ח’), אירופה SMA (T.H.G, D.v.D.H. & E.J.N.G.), ה-DTP אוניברסיטת אדינבורו ברפואה דיוק (T.H.G., שראשי & A.M.M.), ומרכז Euan מקדונלד לחקר מחלת עצבי התנועה המוטורית (T.H.G).
Materials
| Fine Tipped Gel Loading Tips | Alpha Laboratories | GL20057SNTL | |
| Halt Protease Inhibitor Cocktail, EDTA-free 100x 5mL | ThermoFisher Scientific | 78437 | |
| Handheld homogeniser | VWR Collection | 431-0100 | |
| iBlot 2 Gel Transfer Device | ThermoFisher Scientific | IB21001 | |
| iBlot Transfer Stack, PVDF, regular size | ThermoFisher Scientific | IB401031 | |
| Image Studio Lite | Licor | N/A | Free download from https://www.licor.com/bio/products/software/image_studio_lite/ |
| IRDye 800CW secondary antibodies | Licor | — | Select appropriate secondary antibody that is specific against host of primary antibody. |
| Micro BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher Scientific | 23235 | |
| Novex Sharp Pre-stained Protein Standard | ThermoFisher Scientific | LC5800 | |
| NuPAGE 4-12% Bis-Tris Protein Gels, 1.0 mm, 15-well | ThermoFisher Scientific | NP0323BOX | |
| NuPAGE LDS Sample Buffer (4X) | ThermoFisher Scientific | NP0007 | |
| NuPAGE MOPS SDS Running Buffer (20X) | ThermoFisher Scientific | NP0001 | |
| Odyssey Blocking Buffer | Licor | 927-40000 | |
| Purified Mouse anti-SMN (survival motor neuron) monoclonal antibody | BD Transduction Laboratories | 610646 | Is used extensively in the SMN/SMA literature and gives consistent results regardsless of lot number |
| REVERT Total Protein Stain, 250 mL | Licor | 926-11021 | |
| REVERT Wash Solution | Licor | 926-11012 | |
| RIPA Lysis and Extraction Buffer | ThermoFisher Scientific | 89900 | |
| XCell SureLock Mini-Cell | ThermoFisher Scientific | EI0001 |
References
- Bertoni, T. A., Perenha-Viana, M. C., Patussi, E. V., Cardoso, R. F., Svidzinski, T. I. Western blotting is an efficient tool for differential diagnosis of paracoccidioidomycosis and pulmonary tuberculosis. Clinical and Vaccine Immunology. 19 (11), 1887-1888 (2012).
- Hutchinson, A. B., et al. Costs and outcomes of laboratory diagnostic algorithms for the detection of HIV. Journal of Clinical Virology. 58 Suppl 1, (2013).
- Towbin, H., Staehelin, T., Gordon, J. Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76 (9), 4350-4354 (1979).
- Eaton, S. L., et al. Total protein analysis as a reliable loading control for quantitative fluorescent Western blotting. PloS One. 8 (8), e72457 (2013).
- Ghosh, R., Gilda, J. E., Gomes, A. V. The necessity of and strategies for improving confidence in the accuracy of western blots. Expert Rev Proteomics. 11 (5), 549-560 (2014).
- Jensen, B. C., Swigart, P. M., Simpson, P. C. Ten commercial antibodies for alpha-1-adrenergic receptor subtypes are nonspecific. Naunyn-Schmiedebergs Archives of Pharmacology. 379 (4), 409-412 (2009).
- Jositsch, G., et al. Suitability of muscarinic acetylcholine receptor antibodies for immunohistochemistry evaluated on tissue sections of receptor gene-deficient mice. Naunyn-Schmiedebergs Archives of Pharmacology. 379 (4), 389-395 (2009).
- Smejkal, G., Gallagher, S. Determination of semidry protein transfer efficiency with transverse gradient gel electrophoresis. Biotechniques. 16 (2), (1994).
- Eaton, S. L., et al. A guide to modern quantitative fluorescent western blotting with troubleshooting strategies. Journal of Visualized Experiments. (93), e52099 (2014).
- Hunter, G., Roche, S. L., Somers, E., Fuller, H. R., Gillingwater, T. H. The influence of storage parameters on measurement of survival motor neuron (SMN) protein levels: implications for pre-clinical studies and clinical trials for spinal muscular atrophy. Neuromuscular Disorders. 24 (11), 973-977 (2014).
- Fosang, A. J., Colbran, R. J. Transparency Is the Key to Quality. Journal of Biological Chemistry. 290 (50), 29692-29694 (2015).
- Taylor, S. C., Berkelman, T., Yadav, G., Hammond, M. A defined methodology for reliable quantification of Western blot data. Molecular Biotechnology. 55 (3), 217-226 (2013).
- Goasdoue, K., Awabdy, D., Bjorkman, S. T., Miller, S. Standard loading controls are not reliable for Western blot quantification across brain development or in pathological conditions. Electrophoresis. 37 (4), 630-634 (2016).
- Rocha-Martins, M., Njaine, B., Silveira, M. S. Avoiding pitfalls of internal controls: validation of reference genes for analysis by qRT-PCR and Western blot throughout rat retinal development. PloS One. 7 (8), e43028 (2012).
- Aghamaleky Sarvestany, A., et al. Label-free quantitative proteomic profiling identifies disruption of ubiquitin homeostasis as a key driver of Schwann cell defects in spinal muscular atrophy. Journal of Proteome Research. 13 (11), 4546-4557 (2014).
- Fuller, H. R., et al. Spinal Muscular Atrophy Patient iPSC-Derived Motor Neurons Have Reduced Expression of Proteins Important in Neuronal Development. Frontiers in Cellular Neuroscience. 9, 506 (2015).
- Liu, N. K., Xu, X. M. beta-tubulin is a more suitable internal control than beta-actin in western blot analysis of spinal cord tissues after traumatic injury. Journal of Neurotrauma. 23 (12), 1794-1801 (2006).
- Moritz, C. P. Tubulin or Not Tubulin: Heading Toward Total Protein Staining as Loading Control in Western Blots. Proteomics. 17 (20), (2017).
- Groen, E. J. N., et al. Temporal and tissue-specific variability of SMN protein levels in mouse models of spinal muscular atrophy. Human Molecular Genetics. 27 (16), 2851-2862 (2018).
- Chaytow, H., Huang, Y. T., Gillingwater, T. H., Faller, K. M. E. The role of survival motor neuron protein (SMN) in protein homeostasis. Cellular and Molecular Life Sciences. , (2018).
- Groen, E. J. N., Talbot, K., Gillingwater, T. H. Advances in therapy for spinal muscular atrophy: promises and challenges. Nature Reviews: Neurology. 14 (4), 214-224 (2018).
- Fitzmaurice, G. M., Laird, N. M., Ware, J. H. . Applied longitudinal analysis. , (2004).
- Jordan, C. Y. Population sampling affects pseudoreplication. PLoS Biology. 16 (10), e2007054 (2018).
- LaFauci, G., Adayev, T., Kascsak, R., Brown, W. T. Detection and Quantification of the Fragile X Mental Retardation Protein 1 (FMRP). Genes (Basel). 7 (12), (2016).
