Mukayeseli Proteomik Analizi Metabolik Etiketleme ve Membran Fraksiyonasyon<em> Arabidopsis thaliana</em> Süspansiyon Hücre Kültürleri
Summary
Burada tam 15 N etiketli Arabidopsis thaliana hücre kültürleri etiketlenmemiş bir karışımına dayanan deterjan dayanıklı ve deterjan çözünür membran içine bitki plazma zarlarının parçalanması için ve in vivo güçlü bir yöntem açıklanmaktadır. Prosedür sinyal süreçleri anlamak için karşılaştırmalı proteomik çalışmalar için uygulanır.
Abstract
Plazma membranı mikro bölgeler lipid ve sterol ortamının fiziksel özelliklerine göre özellikleri ve süreçleri sinyalizasyon özellikle rollere sahiptir. Proteomik analiz için bitki hücrelerinden sterol bakımından zenginleştirilmiş membran mikro bölgelerini ayıklama çok hazırlık adımları ve diğer hücre bölmelerinden kontaminasyonların kaynaklarına esas olarak zor bir iştir. Plazma membranı, bir bitki hücresinde, tüm membran sadece yaklaşık% 5-20 teşkil eder ve bu nedenle, yüksek düzeyde saflaştırılmış plazma membran fraksiyonunun izolasyonu zordur. Sık kullanılan bir yöntem, 95% 1 bir saflığı olan plazma zar vezikülleri verir polietilen glikol ve dekstran, sulu iki aşamalı bölümleme içerir. Plazma membranı içinde Sterol zengin zar mikro bölgeler alkalik pH seviyelerinde de soğuk bir noniyonik deterjan ile muamele üzerine çözünmezler. Bu deterjan, dirençli membran fraksiyonu olarak ultra-santrifüj ile hacmi, plazma membran ayrılabilirucrose degrade 2. Daha sonra, proteinler, metanol / kloroform çökeltme sükroz gradyanı düşük yoğunluklu bant elde edilebilir. Çıkarılan protein daha sonra, sindirilmiş tuzu alınır ve son olarak LC-MS/MS ile analiz tripsin edilecektir. Sterol zengin mikro bölgeleri için bizim çıkarma protokolü Arabidopsis thaliana hücre kültürlerinden temiz deterjan dirençli membran fraksiyonlarının hazırlanması için optimize edilmiştir.
Biz faiz 3 biyolojik tedavisi sonrasında nicel karşılaştırmalı proteomik çalışmalar için sadece azot kaynağı olarak K 15 NO 3 ile Arabidopsis thaliana süspansiyon hücre kültürlerinin tam metabolik etiketleme kullanın. Ortak protein çıkarımı için, etiketlenmiş ve etiketlenmemiş hücre kültürlerinin eşit oranlarını karıştırılarak son sayısal sonuç üzerinde hazırlık aşamalarının etkileri minimumda tutulur. Ayrıca, ekstraksiyon sırasında malzeme kaybı kontrolü ve aynı şekilde muamele örnekleri, her ikisi de bir etkileyecekd Bu nedenle ışık ve kaldırma peptidin oranı sabit kalır. Önerilen yöntemde etiketli veya diğer denetim 4 olarak görev yaparken etiketsiz hücre kültürü, bir biyolojik tedavi uğrar ya.
Introduction
1972 yılında, Jonathan Singer ve Garth Nicolson genellikle 1960'ların başında kabul edilen protein-lipid-protein sandviç modeli yerine, akışkan mozaik modeli hücre zarının bir yapı modelini önerdi. Singer ve Nicolson biyolojik zar tüm lipid ve protein molekülleri serbestçe ve kolayca 5 yaygın iki boyutlu bir sıvı olarak kabul edilebilir olduğu varsayılmaktadır. O zamandan bu yana, zar bileşimin plazma zarı ve bilginin bir yapı modeli daha da karmaşık bir hale geldi. Özel olarak, plazma membranı içinde, bu protein kompleksleri ve lipid / sterol göre yapısal bozukluğu olan yapıların mikro bölgeleri olarak görülebilir. Yapay modeli membranlar 6,7, steroller ve spingolipitler yanal değişmiş fiziksel özelliklere sahip bölgeleri oluşturmak için diğer lipid türlerden ayırmak olabilir. Hücre zarının içinde bu ayrılma esas sterol ve yüksek sa arasındaki kendiliğinden ilişkilendirerek özelliklerine neden olurphopsho ve sfingolipidler 8 turated hidrokarbon zincirleridir. Özellikle sert sterol halkaları sert ve düz doymuş yağ türleri ve bu etkileşimler membran kalınlığı ve sertliği arttırarak, daha genişletilmiş konfigürasyonlar halinde komşu hidrokarbon zincirlerini kuvvet ile etkileşimleri lehine.
Sterol zenginleştirilmiş membran mikro bölgeleri arasında sık görülen özelliklerinden biri, non-iyonik deterjanlar, böyle bir Triton X-100 veya Brij 35 ile muamele üzerine kendi çözünmezlik oldu. Bu fraksiyonlar membran microdomains ile özdeş olduğu düşünülmüş ve bunların biyokimyasal hazırlama yöntemi 2 dayalı deterjan dayanıklı membranlar (DRM) çağrıldı. DRM çıkarma sırasında iyonik olmayan deterjanların kullanılması biyokimyasal DRM hazırlık doğrudan canlı hücrenin 9 içinde herhangi bir spesifik membran bölmesine uygun olmayabilir gibi bazı eleştiriler aldı. Özellikle, protein oranı deterjan, bu tür müstahzarlar içinde önemli görünen birs değişik deterjanlar, yanı sıra farklı deterjan miktarlarda deterjan dirençli membran fraksiyonunun 10 farklı bileşim verebilir. Bununla birlikte, belirli bir protein, özellikle bu tür hücresel sterol zengin zar etki ile ilişkilendirmek ve bu proteinlerin iyi deterjan dayanıklı membran fraksiyonlarının 11 biyokimyasal preparasyonlarda zenginleştirilmiş olduğunu gösteren kanıtlar vardır. Bitki DRM fraksiyonunda bulundu ve DRMS mevcudiyeti sterol bağımlı olduğu için protein çekirdek, örneğin fasciclin benzeri arabinogalaktan proteinleri (Flaş) ve Stok protein aile üyeleri olarak, özellikle GPI-sabitlenmiş proteinlerin, idi. Ayrıca, böyle bir reseptör benzeri kinazlar veya fosfolipazlar gibi bazı sinyal proteinleri, 11, bulunmuştur. Bu sonuçlar memeli zar microdomains 12,13 birçok proteomik çalışmalar ile uyumludur. Ayrıca bitkilerde stres yanıtı 14 bağlamında membran mikro bölgeleri rolü için bulgular artmaktadır –16.
Burada açıklanan protokol plazma membranı mikro bölgeleri fraksiyonasyonu için güçlü bir yöntem sağlar ve özellikle de bize sterol zengin zar bölmesinin 4,11,14 stres kaynaklı değişiklikleri tasvir sağlar deterjan konsantrasyonuna bir proteini kullanır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada sunulan protokolün birçok adımları içerir ve hepsi deterjan dayanıklı membranlar ve deterjan çözünebilen fraksiyonlara bitki plazma zarı saf ve temsilci damıtılmalarının elde etmek için çok önemlidir. Bu nedenle, talimat olarak her adımı takip etmek önemlidir.
Iyonik olmayan deterjanın (aşama 3.2) ile birlikte, plazma membran fraksiyonunun tedavisi membran mikro bölge fraksiyonasyon kalitesi üzerinde güçlü bir etkisi vardır. Farklı preparatlar ar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Materials
| REAGENTS | |||
| Chemicals were ordered from Sigma-Aldrich unless noted otherwise | |||
| Ammonia (stock 25 % solution) | WAKO | 010-03166 | |
| TiO2 10 μm | GL-Science | 5020-75010 | |
| Empore Disk C18 | Varian | 12145004 | |
| Polyethylene glycol(PEG 3350) | Sigma | 88276 | |
| Dextran T500 | Roth | 9219.2 | |
| Trypsin | Promega | V5113 | |
| Protease inhibitor cocktail (PIC) | Sigma | P9599 | |
| K15NO3 | Cambridge Isotope Laboratories | NLM-765-PK | |
| EQUIPMENT | |||
| Optima L-80 XP Ultracentrifuge | Beckman | ||
| Plate reader | BioTek | ||
| EASY-nLC II nano-Liquid Chromatograph | Thermo Scientific | ||
| LTQ-Orbitrap mass spectrometer | Thermo Scientific | ||
| Centrifuge 5810R | Eppendorf | ||
| Centrifuge 5417R | Eppendorf | ||
| Thermomixer | Eppendorf | ||
| Speed Vac RVC 2-25 | Christ | ||
| Shaker Unimax 2010 | Heidolph |
References
- Alexandersson, E., Saalbach, G., Larsson, C., Kjellbom, P. Arabidopsis plasma membrane proteomics identifies components of transport, signal transduction and membrane trafficking. Plant Cell Physiol. 45, 1543-1556 (2004).
- Brown, D. A., Rose, J. K. Sorting of GPI-anchored proteins to glycolipid-enriched membrane subdomains during transport to the apical cell surface. Cell. 68, 533-544 (1992).
- Lanquar, V., et al. 15N-metabolic labeling for comparative plasma membrane proteomics in Arabidopsis cells. Proteomics. 7, 750-754 (2007).
- Kierszniowska, S., Walther, D., Schulze, W. X. Ratio-dependent significance thresholds in reciprocal 15N-labeling experiments as a robust tool in detection candidate proteins responding to biological treatment. Proteomics. 9, 1916-1924 (2009).
- Singer, S. J., Nicolson, G. L. The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science. 175, 720-731 (1972).
- Simons, K., Ikonen, E. Functional rafts in cell membranes. Nature. 387, 569-5672 (1997).
- Baumgart, T., et al. Large-scale fluid/fluid phase separation of proteins and lipids in giant plasma membrane vesicles. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 3165-3170 (2007).
- Silvius, J. R. Partitioning of membrane molecules between raft-and non raft-domains: insights from model membrane studies. Biochim. Biophys. Acta. 1746, 193-202 (2005).
- Tanner, W., Malinsky, J., Opekarova, M. In plant and animal cells, detergent-resistant membranes do not define functional membrane rafts. Plant Cell. , (2011).
- Lauwers, E., Andre, B. Association of yeast transporters with detergent-resistant membranes correlates with their cell-surface location. Traffic. 7, 1-15 (2006).
- Kierszniowska, S., Seiwert, B., Schulze, W. X. Definition of Arabidopsis sterol-rich membrane microdomains by differential treatment with methyl-ß-cyclodextrin and quantitative proteomics. Mol. Cell. Proteomics. 8, 612-623 (2009).
- Simons, K., Toomre, D. Lipid rafts and signal transduction. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 1, 31-39 (2000).
- Maeda, Y., Kinoshita, T. Structural remodeling, trafficking and functions of glycosylphosphatidylinositol-anchored proteins. Prog. Lipid Res. 50, (2011).
- Keinath, N. F., et al. PAMP-induced changes in plasma membrane compartmentalization reveal novel components of plant immunity. J. Biol. Chem. 285, 39140-39149 (2010).
- Stanislas, T., et al. Quantitative proteomics reveals a dynamic association of proteins to detergent resistant membranes upon elicitor signaling in tobacco. Mol. Cell. Proteomics. 8, 2186-2198 (2009).
- Minami, A., et al. Alterations in detergent-resistant plasma membrane microdomains in Arabidopsis thaliana during cold acclimation. Plant Cell Physiol. 50, 341-359 (2008).
- Pauly, M., Eberhard, S., Albersheim, P., Darvill, A., York, W. S. Effects of the mur1 mutation on xyloglucans produced by suspension-cultured Arabidopsis thaliana cells. Planta. 214, 67-74 (2001).
- Jouanneau, J. P., Peaud-Lenoel, C. Growth and synthesis of proteins in cell suspensions of a kinetin dependent tobacco. Physiol. Plant. 20, 834-850 (1967).
- Engelsberger, W. R., Erban, A., Kopka, J., Schulze, W. X. Metabolic labeling of plant cell cultures with K15NO3 as a tool for quantitative analysis of proteins and metabolites. Plant Methods. 2, 1-11 (2006).
- Arsova, B., Kierszniowska, S., Schulze, W. X. The use of heavy nitrogen in quantitative proteomics experiments in plants. Trends Plant Sci. 17, 102-112 (2012).
- Rappsilber, J., Ishihama, Y., Mann, M. Stop And Go Extraction tips for matrix-assisted laser desorption/ionization, nanoelectrospray, and LC/MS sample pretreatment in proteomics. Anal. Chem. 75, 663-670 (2003).
- Olsen, J. V., Macek, B. High accuracy mass spectrometry in large-scale analysis of protein phosphorylation. Methods Mol. Biol. 492, 131-142 (2009).
- Schroeder, M. J., Shabanowitz, J., Schwartz, J. C., Hunt, D. F., Coon, J. J. A neutral loss activation method for improved phosphopeptide sequence analysis by quadrupole ion trap mass spectrometry. Anal. Chem. 76, 3590-3598 (2004).
- Frese, C. K., et al. Improved peptide identification by targeted fragmentation using CID, HCD and ETD on an LTQ-Orbitrap Velos. Journal of Protrome Research. 10, 2377-2388 (2011).
- van Breukelen, B., vanden Toorn, H. W., Drugan, M. M., Heck, A. J. StatQuant: a post-quantification analysis toolbox for improving quantitative mass spectrometry. Bioinformatics. 25, 1472-1473 (2009).
- Zauber, H., Schulze, W. X. Proteomics wants cRacker: Automated standardized data analysis of LC/MS derived proteomic data. J. Proteome Res. 11, 5548-5555 (2012).
- Raffaele, S., Mongrand, S., Gamas, P., Niebel, A., Ott, T. Genome-wide annotation of remorins, a plant-specific protein family: Evolutionary and functional perspectives. Plant Physiol. 145, 593-600 (2007).
- Shah, M. B., Sehgal, P. B. Nondetergent isolation of rafts. Methods Mol. Biol. 398, 21-28 (2007).
- Persaud-Sawin, D. -. A., Lightcap, S., Harry, G. J. Isolation of rafts from mouse brain tissue by a detergent-free method. Journal of Lipid Research. 50, 759-767 (2009).
- Macdonald, L. J., Pike, L. J. A simplified method for the preparation of detergent-free lipid rafts. Journal of Lipid Research. 46, 1061-1067 (2005).
- Mühlhaus, T., Weiss, J., Hemme, D., Sommer, F., Schroda, M. Quantitative shotgun proteomics using a uniform 15N-labeled standard to monitor proteome dynamics in time course experiments reveals new insights into the heat stress response of Chlamydomonas reinhardtii. Mol. Cell. Proteomics. 10, M110.004739 (2011).
- Schulze, W., Usadel, B. Quantitation in mass-spectrometry-based proteomics. Annu. Rev. Plant Biol. 61, 491-516 (2010).
- Foster, L. J., de Hoog, C., Mann, M. Unbiased quantiative proteomics of lipid rafts reveales high specificity for signaling factors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100, 5813-5818 (2003).
- Lilley, K. S., Dupree, P. Plant organelle proteomics. Curr. Opin. Plant Biol. 10, 594-599 (2007).
- Sadowski, P. G., Groen, A. J., Dupree, P., Lilley, K. S. Sub-cellular localization of membrane proteins. Proteomics. 8, 3991-4011 (2008).
