합의 뇌 유래 단백질, 2D-DIGE 미니 2DE 면역 블롯을 모두 사용하여 인간과 쥐과 뇌 프로테옴 연구를 위해 추출 프로토콜
Summary
인간과 쥐의 뇌 조직을위한 요소 / 티오 / SDS 버퍼를 사용하는 일반적인 단백질 추출 프로토콜은 허용 2D-DIGE 미니 2DE의 면역 블롯에 의해 그들의 연속 특성에 의한 단백질의 indentification. 이 방법은 인간의 조직 검사 및 실험 모델에서 더 많은 재현성 및 신뢰성있는 결과를 얻기 위해 하나를 할 수 있습니다.
Abstract
이차원 전기 영동 (2DE)는 잠재적으로 다른 생리적 또는 병리 적 조건과 관련 프로테옴 수정 사항을 발견 할 수있는 강력한 도구입니다. 기본적으로,이 기술은 SDS 폴리 아크릴 아미드 겔 전기 영동 (SDS-PAGE)에 의해 제 1 단계에서 그들의 등전점에 따라 단백질을 분리하고, 둘째 그 분자량에 따른에 기초한다. 이 보고서에서 인간의 사후와 마우스 뇌 조직의 작은 금액에 대한 최적화 된 샘플 준비 프로토콜이 설명되어 있습니다. 이 방법은 두 개의 차원 형광 차이 겔 전기 영동 (2D-DIGE) 미니 2DE의 면역 블롯을 수행 할 수 있습니다. 이러한 접근 방식의 조합은 하나의 질량 분석 검출과의 호환성 발현 덕분에 새로운 단백질 및 / 또는 단백질의 변형을 찾을뿐만 아니라 수 있지만, 또한 마커 검증에 새로운 통찰력. 따라서, 미니 2DE은 포스트를 확인하고 검증하기 위해 서부 블로 팅 허가에 결합번역 후 수정, 단백질 이화 작용과 다른 조건 및 / 또는 치료 사이에 질적 인 비교를 제공합니다. 여기서, 우리는 아밀로이드 – 베타 펩티드와 알파 synuclein으로 AD와의 Lewy 몸 치매에있는 단백질 집합체의 구성 요소를 공부하는 방법을 제공한다. 우리의 방법은 이와 같이 프로테옴의 분석을 위해 적응 될 수 불용성 단백질은 인간의 뇌 조직 및 마우스 모델에서 추출한다. 병렬에서는 퇴행성 신경 질환뿐만 아니라 잠재적 인 새로운 바이오 마커 및 치료 표적에 관련된 분자 및 세포 경로의 연구를위한 유용한 정보를 제공 할 수 있습니다.
Introduction
정신 및 신경 장애는 질병의 글로벌 부담의 13 %를 나타냅니다, 병태 생리 학적 메커니즘, 위험 요소 및 구성 (prodromal) 바이오 마커와 같은 새로운 도전 1 탐구해야합니다. 이 목적에 부합하는, 인간의 뇌의 단백질 체학 연구는 생리에 대한뿐만 아니라 병적 인 조건뿐만 아니라 메모리, 행동, 감정과 예를 들어 신경 세포의 가소성, 같은 프로세스에 관련된 분자 경로를 발견하기 위해 필수가됩니다. 따라서, 동물 모델의 사용 및보다 구체적으로 형질 전환 마우스는 인간의 신경 퇴행성 질환의 병인이 모방하는 광범위한 가능성을 가져온다.
프로테오믹스 방법은 신경 과학 분야에서 이러한 새로운 관점을 달성하기 위해 요즘 사용할 수 있습니다. 이차원 전기 영동 (2DE)는 시료의 넓은 범위의 프로테옴을 비교할 수 유력한 것으로 간단한 방법이다. 또한,도식별하기 위해 복잡한 혼합물로부터 단백질을 분리하고 추가로 질량 분석법에 의해 분석하기위한 강력한 방법. (IEF)을 isoelectrofocusing하여 자신의 등전점 (PI)에 따라 1) 단백질의 분리 :이 기술은 기본적으로 두 개의 연속적인 단계로 구성되어 있습니다. 보다 정확하게는, 전위의 pH 구배 구비 immobiline 아크릴 아미드 스트립을 가로 질러인가 된 후 단백질은 이주 및 글로벌 넷 충전 기능 판정의 pI에 초점을 맞출 것이다. 2) Isoelectrically 집중된 단백질은 첫 구조하여 단백질이 SDS-PAGE (3)에 의해 그들의 겉보기 분자량 (MW)에 따라 구분되며) 변성하고 부정적인 도데 실 황산나트륨 (SDS의 첨가에 의해 부과. 이 두 가지 속성은 우리가 프로테옴의 연구에 더 갈 수있는 두 값을 해결 할 수 있습니다. 한편이 방법은 최소한의 염료 2D-DIGE 방법을 사용하여 정량 분석을 수행 할 수있는 가능성을 제공하고, 반면에 qualitativ미니 2DE에 의해 전자의 분석은 웨스턴 블로 팅에 결합.
2D-DIGE에 의한 정량 분석 단백질 발현은 모든 샘플의 프로테옴에 변경 수여한다. 간단히 샘플은 세 개의 서로 다른 파장 (블루, 그린, 레드)에 발광 세 시아닌 (CY2,를 Cy3와 Cy5에)로 표시되어 있습니다. N-히드 록시 숙신 이미 딜 에스테르기를 함유 한 불소 최소한 염료는 공유 결합, 아미드 결합 소재 얻어진 단백질의 리신 잔기의 ε-아미노 그룹과 반응한다. 리신 잔류 물은 1 ~ 3 % 사이 따라서 단백질에 여러 라벨 또한 주요 그물 충전 수정 5, 6을 방지 표시되어 있습니다. 를 Cy3와 Cy5에 자주 CY2 비교할 샘플의 동일한 비율의 혼합에 태그를하는 동안 두 개의 독립적 인 샘플을 레이블로 사용됩니다. 두 가지 주요 이점은 모든 표지 샘플 혼합하고 IEF 및 SDS-PAGE 젤이 비교에 의한 실험들 간 변동을 피하기 위해, 각 단계에 대해 한 번에 한 겔에서 실시되어있다. 또한, 단백질 7의 약 1 femtomole의 높은 탐지 임계 값을 제공한다. 젤 스캔 및 2D 소프트웨어는 CY2는 질량 분석에 의해 그들의 후방 식별을위한 관광 명소 중 통계적 차이의 식별을 허용하는 내부 표준으로 제공하는 2D 겔의 형광 이미지를 비교하고 있습니다. 내부 표준을 사용하여 2 차원 분석 소프트웨어 통계적 신뢰도 8의 95 % 이상과 샘플 사이의 차이의 10 % 미만의 빠른 검출을 달성한다.
미니 2DE 질적 분석은 단백질 특성 분석을위한 중요한 단계입니다. 원리는 이전 pi에서 MW 분리 설명한 것과 동일하지만,이 경우에는 단백질이 막에 작은 폴리 아크릴 아미드 겔로부터 전송 및 면역 블 롯팅은 나중에 수행된다. 하나의 차원 겔 전기 영동은 하나의 항체 기능, 정보 출력 여러 단백질 에피토프에 대한 단백질 발현의 변화를 제공하는 반면미니 2DE에서 북쪽으로 두 개의 추가 매개 변수를 부여한다. 첫째, 단백질 isovariants은 번역 후 변형이 일어날 수 있음을 나타내는 파이의 기능에 변경합니다. 둘째, 질량 분석 식별 그럴듯 zymogens과 단백질의 이화 작용 제품을 나타낼 수있다. 따라서, 2D-DIGE 관찰 수정이 글로벌 프로테옴 프로파일의 변화를 기본 메커니즘을 나타내는 것 같다. 미니 2DE하여 동일한 단백질 에피토프 / S에 대한 몇 가지 샘플들 사이 면역 블롯의 선형은 산도가 약간 관찰 번역 후 변형에 빛을 흘리는 변경 또는하지 monodimensional 면역 블롯 (9, 10)에 의해 반영 될 수 있습니다. 또한,이 분석은 대사 잔기 11,12의 파이 및 MW의 기술에 의한 전위 절단 부위에 대해 알려준다.
이들 두 기술의 조합은 상보 단백질 체학 분석을 제공한다. 한편 2D-DIGE은 일반 가르치시표정이 다른 폴리 펩타이드의 정확한 분리를 허용 차이의 전자. 이러한 차이는 지점 또는 형광 젤의 소프트웨어 분석에 의해 주어진 하나의 강도의 증가 / 감소의 비 표시로 기본적으로 구성되어 있습니다. 그러나, 그 자체로 이러한 관찰은 관찰 변형 예의 본질을 설명 할 확률이다. 의 isovariant / 이소 형 수준의 변화 : 폴리펩티드를 단리하고 질량 분석에 의해 식별되면 이러한 이유로, 미니 2DE의 사용)는 정확하게 하나를 확인하기 위하여 절연 단백질의 정체성과 차이의 2) 자연있게 예를 들어 표현, 번역 후 변형 및 절단 과정. 그러나, 매우 비슷하다 추출 프로토콜의 사용으로 인해 잠재적 분산액을 제한하기 위해 2D-DIGE 가진 미니 2DE 호환 모두 시작 용해 완충액을 개발하는 것이 필요하다.
본 문서에서는, 우리는 드2D-DIGE 인간 및 마우스 조직에서 오는 뇌 단백질 미니 2DE 기술의 준비, 추출 및 성능에 대한 적응 프로토콜을 스 크라이 빙.
Protocol
Representative Results
Discussion
단백질의 병리학 적 발현 변화를 발견, 생체에 대한 검색 및 약물 표적에 대한 잠재적 인 경로의 변조 neuroproteomics의 목적 중입니다 (30)에 접근한다. 새로운 도구 가운데, 2DE 필드는 유망한 expectative을 추가합니다. 그럼에도 불구하고, 합의 변동을 최소화하고 실험의 재현성을 높이기 위해 도달되어야한다. 이 아이디어의 라인에서 2D-DIGE (그림 2)와 모노 차원 면역 블롯과 완벽?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 INSERM, 릴 2의 대학에 의해 지원되었다, MEDIALZ, LabEx (우수 실험실, 프로그램은 미래에 대한 투자) 및 DISTALZ (알츠하이머 병에 대한 학문적 접근을위한 혁신적인 전략의 개발). FJ.FG 현재 ANR (프랑스 국립 연구 기관 / NeuroSplice 드 타우 01 인텔리 ANR-2010-BLAN-1114)의받는 사람의 교제이지만,이 작품은 JCCM (스페인)에서 교부금의 지원 아래도했다.
Materials
| CyDye DIGE FLUOR MIN KIT 5nmol 1 * 5 Nmo | GE Healtcare | 25-8010-65 | |
| Immobiline DryStrip | GE Healtcare | Reference in function of the pH interval/size | |
| IPG Buffer, pH X-X | GE Healtcare | Reference in function of the pH interval desired | |
| AMBERLITE IRN-150L MIXED BED RESIN 1 | GE Healtcare | 551797N | |
| DRYSTRIP COVER FLUID IMMOBILINE 1 * 1 l | GE Healtcare | 17-1335-01 | |
| KIT BOX IPG 1 * 1 KIT | GE Healtcare | 28-9334-92 | Plastic box to make the passive rehydration |
| MILLEX GS Filter | Millipore | SLGS033SB | |
| Criterion XT Precast Gels 13.3 x 8.7 cm (W x L) | Bio-Rad | Reference in function of the MW to separate | |
| IPGphor III Isoelectric Focusing Unit | GE Healtcare | 11-0033-64 | |
| Ettan DALTsix Large Electrophoresis System | GE Healtcare | 80-6485-08 | |
| OneTouch 2D Gel SpotPicker 1.5 mm | Gel Company | P2D1.5 |
References
- Collins, P. Y., et al. Grand challenges in global mental health. Nature. 475, 27-30 (2011).
- De Deyn, P. P., Van Dam, D., Sergeant, N., Buée, L. . Animal Models of Dementia Vol. 48 Neuromethods 449-468. , 449-468 (2011).
- O’Farrell, P. H. High resolution two-dimensional electrophoresis of proteins. J Biol Chem. 250, 4007-4021 (1975).
- Riederer, B. M. Non-covalent and covalent protein labeling in two-dimensional gel electrophoresis. J Proteomics. 71, 231-244 (2008).
- Marouga, R., David, S., Hawkins, E. The development of the DIGE system: 2D fluorescence difference gel analysis technology. Anal Bioanal Chem. 382, 669-678 (2005).
- Westermeier, R., Scheibe, B. Difference gel electrophoresis based on lys/cys tagging. Methods Mol Biol. 424, 73-85 (2008).
- Gong, L., et al. Drosophila ventral furrow morphogenesis: a proteomic analysis. Development. 131, 643-656 (2004).
- Gharbi, S., et al. Evaluation of two-dimensional differential gel electrophoresis for proteomic expression analysis of a model breast cancer cell system. Mol Cell Proteomics. 1, 91-98 (2002).
- Ando, K., et al. Tau pathology modulates Pin1 post-translational modifications and may be relevant as biomarker. Neurobiol Aging. 34, 757-769 (2013).
- Bretteville, A., et al. Two-dimensional electrophoresis of tau mutants reveals specific phosphorylation pattern likely linked to early tau conformational changes. PLoS One. 4, 4843 (2009).
- Sergeant, N., et al. Two-dimensional characterization of paired helical filament-tau from Alzheimer’s disease: demonstration of an additional 74-kDa component and age-related biochemical modifications. J Neurochem. 69, 834-844 (1997).
- Sergeant, N., et al. Different distribution of phosphorylated tau protein isoforms in Alzheimer’s and Pick’s diseases. FEBS Lett. 412, 578-582 (1997).
- Rabilloud, T., Luche, S., Santoni, V., Chevallet, M. Detergents and chaotropes for protein solubilization before two-dimensional electrophoresis. Methods Mol Biol. 355, 111-119 (2007).
- Wrobel, K., Caruso, J. A. Pretreatment procedures for characterization of arsenic and selenium species in complex samples utilizing coupled techniques with mass spectrometric detection. Anal Bioanal Chem. 381, 317-331 (2005).
- McCarthy, J., et al. Carbamylation of proteins in 2-D electrophoresis–myth or reality. J Proteome Res. 2, 239-242 (2003).
- Chafey, P., et al. Proteomic analysis of beta-catenin activation in mouse liver by DIGE analysis identifies glucose metabolism as a new target of the Wnt pathway. Proteomics. 9, 3889-3900 (2009).
- Kahn, J. E., et al. Comparative proteomic analysis of blood eosinophils reveals redox signaling modifications in patients with FIP1L1-PDGFRA-associated chronic eosinophilic leukemia. J Proteome Res. 10, 1468-1480 (2011).
- Pottiez, G., et al. A large-scale electrophoresis- and chromatography-based determination of gene expression profiles in bovine brain capillary endothelial cells after the re-induction of blood-brain barrier properties. Proteome Sci. 8, 57 (2010).
- Stochaj, W. R., Berkelman, T., Laird, N. Preparative 2D Gel Electrophoresis with Immobilized pH Gradients: IPG Strip Equilibration. CSH Protoc. , (2006).
- Azimzadeh, O., et al. Formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) proteome analysis using gel-free and gel-based proteomics. J Proteome Res. 9, 4710-4720 (2010).
- Singh, S., et al. Identification of the p16-Arc subunit of the Arp 2/3 complex as a substrate of MAPK-activated protein kinase 2 by proteomic analysis. J Biol Chem. 278, 36410-36417 (2003).
- Rabilloud, T. Use of thiourea to increase the solubility of membrane proteins in two-dimensional electrophoresis. Electrophoresis. 19, 758-760 (1998).
- Molloy, M. P., et al. Extraction of membrane proteins by differential solubilization for separation using two-dimensional gel electrophoresis. Electrophoresis. 19, 837-844 (1998).
- Ericsson, C., Peredo, I., Nister, M. Optimized protein extraction from cryopreserved brain tissue samples. Acta Oncol. 46, 10-20 (2007).
- Shaw, M. M., Riederer, B. M. Sample preparation for two-dimensional gel electrophoresis. Proteomics. 3, 1408-1417 (2003).
- Ye, X., et al. Optimization of protein solubilization for the analysis of the CD14 human monocyte membrane proteome using LC-MS/MS. J Proteomics. 73, 112-122 (2009).
- Centlow, M., Hansson, S. R., Welinder, C. Differential proteome analysis of the preeclamptic placenta using optimized protein extraction. J Biomed Biotechnol. 2010, 458-748 (2010).
- Perdew, G. H., Schaup, H. W., Selivonchick, D. P. The use of a zwitterionic detergent in two-dimensional gel electrophoresis of trout liver microsomes. Anal Biochem. 135, 453-455 (1983).
- Schindowski, K., et al. Alzheimer’s disease-like tau neuropathology leads to memory deficits and loss of functional synapses in a novel mutated tau transgenic mouse without any motor deficits. Am J Pathol. 169, 599-616 (2006).
- Veenstra, T. D., Marcus, K. Multidimensional advancement of neuroproteomics. Expert Rev Proteomics. 5, 149-151 (2008).
- Hernandez-Hernandez, O., et al. Myotonic dystrophy CTG expansion affects synaptic vesicle proteins, neurotransmission and mouse. 136, 957-970 (2013).
- Deramecourt, V., et al. Biochemical staging of synucleinopathy and amyloid deposition in dementia with Lewy bodies. J Neuropathol Exp Neurol. 65, 278-288 (2006).
- Tofaris, G. K., Razzaq, A., Ghetti, B., Lilley, K. S., Spillantini, M. G. Ubiquitination of alpha-synuclein in Lewy bodies is a pathological event not associated with impairment of proteasome function. J Biol Chem. 278, 44405-44411 (2003).
- Sergeant, N., et al. Truncated beta-amyloid peptide species in pre-clinical Alzheimer’s disease as new targets for the vaccination approach. J Neurochem. 85, 1581-1591 (2003).
- Le Freche, H., et al. Tau phosphorylation and sevoflurane anesthesia: an association to postoperative cognitive impairment. Anesthesiology. 116, 779-787 (2012).
- Leboucher, A., et al. Detrimental effects of diet-induced obesity on tau pathology are independent of insulin resistance in tau transgenic mice. Diabetes. 62, 1681-1688 (2013).
- Deramecourt, V., et al. Clinical, neuropathological, and biochemical characterization of the novel tau mutation P332S. J Alzheimers Dis. 31, 741-749 (2012).
- Birdsill, A. C., Walker, D. G., Lue, L., Sue, L. I., Beach, T. G. Postmortem interval effect on RNA and gene expression in human brain tissue. Cell Tissue Bank. 12, 311-318 (2011).
- Bell, J. E., et al. Management of a twenty-first century brain bank: experience in the BrainNet Europe consortium. Acta Neuropathol. 115, 497-507 (2008).
- Crecelius, A., et al. Assessing quantitative post-mortem changes in the gray matter of the human frontal cortex proteome by 2-D DIGE. Proteomics. 8, 1276-1291 (2008).
- Swatton, J. E., Prabakaran, S., Karp, N. A., Lilley, K. S., Bahn, S. Protein profiling of human postmortem brain using 2-dimensional fluorescence difference gel electrophoresis (2-D DIGE). Mol Psychiatry. 9, 128-143 (2004).
- Viswanathan, S., Unlu, M., Minden, J. S. Two-dimensional difference gel electrophoresis. Nat Protoc. 1, 1351-1358 (2006).
- Tannu, N. S., Hemby, S. E. Two-dimensional fluorescence difference gel electrophoresis for comparative proteomics profiling. Nat Protoc. 1, 1732-1742 (2006).
