A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يصف هذا البروتوكول كيفية استخراج البروتين 1 (FAHD1) المحتوي على مجال هيدرولاز fumarylacetoacetate من كبد الخنازير والفئران. يمكن تكييف الطرق المذكورة مع البروتينات الأخرى ذات الأهمية وتعديلها للأنسجة الأخرى.
فوماريلاسيتواتواتات هيدرولاز يحتوي على البروتين 1 (FAHD1) هو أول عضو محدد في عائلة FAH الفائقة في حقيقيات النوى ، حيث يعمل كأوكسالواسيتات ديكاربوكسيلاز في الميتوكوندريا. تقدم هذه المقالة سلسلة من الطرق لاستخراج وتنقية FAHD1 من كبد الخنازير والفئران. الطرق المغطاة هي كروماتوغرافيا التبادل الأيوني مع كروماتوغرافيا سائلة سريعة البروتين (FPLC) ، وترشيح هلام تحضيري وتحليلي مع FPLC ، ونهج بروتينية. بعد استخراج البروتين الكلي ، تم استكشاف هطول الأمطار كبريتات الأمونيوم وكروماتوغرافيا التبادل الأيوني ، وتم استخراج FAHD1 عبر استراتيجية متسلسلة باستخدام التبادل الأيوني وكروماتوغرافيا استبعاد الحجم. يمكن تكييف هذا النهج التمثيلي مع البروتينات الأخرى ذات الأهمية (التي يتم التعبير عنها بمستويات كبيرة) وتعديلها للأنسجة الأخرى. قد يدعم البروتين النقي من الأنسجة تطوير أجسام مضادة عالية الجودة ، و / أو مثبطات دوائية قوية ومحددة.
يعمل البروتين 1 (FAHD1) المحتوي على مجال FAH حقيقيات النواة كثنائي الوظيفة من أوكسالواسيتات (OAA) ديكاربوكسيلاز (ODx)1 وهيدرولاز أسيلبيروفات (ApH)2. وهي مترجمة في الميتوكوندريا 2 وتنتمي إلى عائلة FAH الفائقة الواسعة من الإنزيمات1،2،3،4،5،6. في حين أن نشاط ApH الخاص به ليس له أهمية تذكر فقط ، فإن نشاط ODx الخاص ب FAHD1 يشارك في تنظيم تدفق دورة TCA1،7،8،9. OAA ليس مطلوبا فقط لتفاعل سينثاز السترات المركزي في دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل ولكنه يعمل أيضا كمثبط تنافسي لنازعة هيدروجيناز السكسينات كجزء من نظام نقل الإلكترون وكمستقلب كاتابليروتي. أدى انخفاض تنظيم التعبير الجيني FAHD1 في الخلايا البطانية الوريدية السرية البشرية (HUVEC) إلى انخفاض كبير في معدل تكاثر الخلايا10 ، وتثبيط كبير لإمكانات غشاء الميتوكوندريا ، المرتبط بالتحول المصاحب إلى تحلل السكر. يشير نموذج العمل إلى خلل الميتوكوندريا المرتبط بالشيخوخة (MiDAS) 11 الشبيه بالنمط الظاهري 8 ، حيث يتم تنظيم مستويات OAA الميتوكوندريا بإحكام بواسطة نشاط FAHD1 1,8,9.
من الأسهل الحصول على البروتين المؤتلف عن طريق التعبير والتنقية من البكتيريا12 بدلا من الأنسجة. ومع ذلك ، قد يكون البروتين المعبر عنه في البكتيريا متحيزا بسبب احتمال عدم وجود تعديلات ما بعد الترجمة ، أو قد يكون ببساطة مشكلة (أي بسبب فقدان البلازميد ، واستجابات الإجهاد البكتيري ، وروابط ثاني كبريتيد المشوهة / غير المشوهة ، وعدم وجود إفراز أو سوء إفراز ، وتجميع البروتين ، والانقسام البروتيني ، وما إلى ذلك). بالنسبة لبعض التطبيقات ، يجب الحصول على البروتين من تحلل الخلايا أو الأنسجة ، من أجل تضمين مثل هذه التعديلات و / أو استبعاد القطع الأثرية المحتملة. يدعم البروتين النقي من الأنسجة تطوير أجسام مضادة عالية الجودة ، و / أو مثبطات دوائية قوية ومحددة لإنزيمات مختارة ، مثل FAHD113.
تقدم هذه المخطوطة سلسلة من الطرق لاستخراج وتنقية FAHD1 من كبد الخنازير والفئران. تتطلب الطرق الموصوفة كروماتوغرافيا سائلة سريعة البروتين (FPLC) ولكنها تستخدم معدات مختبرية شائعة. يمكن العثور على طرق بديلة في أماكن أخرى14،15،16،17. بعد الاستخراج الكلي للبروتين ، يتضمن البروتوكول المقترح مرحلة اختبار ، حيث تتم مناقشة البروتوكولات الفرعية لهطول الأمطار بكبريتات الأمونيوم وكروماتوغرافيا التبادل الأيوني (الشكل 1). بعد تحديد هذه البروتوكولات الفرعية ، يتم استخراج البروتين محل الاهتمام عبر استراتيجية متسلسلة باستخدام التبادل الأيوني وكروماتوغرافيا استبعاد الحجم مع FPLC. وبناء على هذه المبادئ التوجيهية، يمكن تكييف البروتوكول النهائي بشكل فردي مع البروتينات الأخرى ذات الأهمية.
الشكل 1: الاستراتيجية العامة لهذا البروتوكول. من أعلى إلى أسفل: يتم استخراج البروتين من الأنسجة. يتم إعداد تجانس الأنسجة وطردها مركزيا وترشيحها. لكل زوج من العينات الفائقة والمستمدة من الكريات ، يجب إجراء اختبارات لهطول الأمطار كبريتات الأمونيوم وكروماتوغرافيا التبادل الأيوني (FPLC) للتحقيق في الظروف المثلى. بعد إنشاء هذه البروتوكولات الفرعية ، يمكن استخراج البروتين عن طريق إجراء متسلسل لهطول الأمطار بكبريتات الأمونيوم ، وكروماتوغرافيا التبادل الأيوني ، وكروماتوغرافيا استبعاد الحجم المتكرر (FPLC) عند تركيزات متفاوتة من الأس الهيدروجيني والملح. يجب التحكم في جميع الخطوات بواسطة اللطخة الغربية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
وأجريت جميع التجارب وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية. تم الحصول على كلية الخنازير طازجة من السوبر ماركت المحلي. تم حصاد أنسجة الكبد من الفئران من النوع البري C57BL6 التي تم الاحتفاظ بها في معهد أبحاث الشيخوخة الطبية الحيوية في جامعة إنسبروك ، Rennweg 10 ، 6020 Innsbruck ، النمسا تحت إشراف Uniiv.-Doz. الدكتور بيدر يانسن دور، مشمول بإذن أخلاقي كقائد للمشروع صدر في عام 2013 (BMWF-66.008/0007-II/3b/2013). يتم تغطية صيانة واستخدام الفئران للمشروع بموجب الإذن الأخلاقي رقم 2020-0.242.978 من 5 مايو 2020 ، الصادر عن وزارة التعليم والعلوم والبحوث النمساوية (BMBWF).
1. التحضيرات
ملاحظة: قبل بدء البروتوكول ، يجب إعداد العديد من الأشياء ، أي المخزن المؤقت لتحلل البروتين ، وعينة الأنسجة الخام ، وجسم مضاد محدد ، إلى جانب المواد الكيميائية والمواد العامة.
2. استخراج البروتين الكلي
ملاحظة بعد تحضير العينة في مخزن مؤقت لتحلل البروتين البارد (انظر الخطوة 1.3) ، قم بتجانس الأنسجة بأفضل شكل ممكن عن طريق الصوتنة بواسطة مسبار بالموجات فوق الصوتية ، أو باستخدام مجانس كهربائي على النحو التالي.
3. SDS-PAGE وتحليل اللطخة الغربية
ملاحظة: يلزم تحليل اللطخة الغربية للتحقق من قابلية ذوبان البروتين. فيما يلي وصف لبروتوكول النشاف الكهربائي ، باستخدام نظام النشاف الرطب / الخزان (انظر جدول المواد). ويمكن العثور على بروتوكول بديل ل SDS-PAGE في مكان آخر19.
4. اختبار: هطول الأمطار كبريتات الأمونيوم
ملاحظة: هطول الأمطار كبريتات الأمونيوم هو وسيلة لتنقية البروتين عن طريق تغيير ذوبان البروتين. في تجربة أولية ، يتم زيادة تركيز كبريتات الأمونيوم بالتتابع إلى قيمة ترسب أكبر قدر ممكن من ملوثات البروتين ، مع ترك FAHD1 في المحلول. يتم فحص قابلية ذوبان البروتين مرة أخرى عن طريق تحليل اللطخة الغربية.
5. اختبار: كروماتوغرافيا التبادل الأيوني مع FPLC
ملاحظة: ترتبط الجزيئات ذات المجموعات الوظيفية المشحونة بعمود جسيمات السيليكا ل FPLC ، مما يتيح تمايز البروتينات وفقا لشحنة سطحها. نفذ هذه الخطوة مرتين، باستخدام عمود التبادل الكاتيوني وعمود التبادل الأنيوني (انظر جدول المواد). وخطوات البروتوكول هي نفسها بالنسبة لكروماتوغرافيا التبادل الكاتيونية أو الأنيونية، ولكن المخازن المؤقتة التي ستستخدم مختلفة (انظر الجدول 1)؛ كلاهما مع ظروف "الملح المنخفض" 15 mM NaCl و "الملح العالي" 1 M NaCl. بالنسبة للأعمدة المستخدمة ، يوصى بمعدل تدفق يبلغ 1 مل / دقيقة.
6. استخراج البروتين باستخدام بروتوكولات فرعية محددة لهطول الأمطار كبريتات الأمونيوم و FPLC
ملاحظة: الجسيمات المسامية في عمود هلام السيليكا ل FPLC (انظر جدول المواد) تمكن من تمييز البروتينات وفقا لنصف قطرها الهيدروديناميكي. يجب تنفيذ الخطوات الموضحة باستخدام نظام FPLC ، باستخدام كروماتوغرافيا استبعاد الحجم (SEC). بالنسبة لعمود SEC المستخدم (انظر جدول المواد) ، يوصى بمعدل تدفق يبلغ 0.3 مل / دقيقة.
7. تلطيخ الفضة
ملاحظة: يلزم تحليل تلطيخ الفضة للمواد الهلامية SDS-PAGE للتحقق من وجود ملوثات البروتين التي قد لا تظهر مع تلطيخ Coomassie. البروتوكول التالي هو واحد من بين العديد من الإصدارات التي يمكن العثور عليها في الأدبيات21. قم بتنفيذ جميع خطوات الحضانة عن طريق الاهتزاز في صينية زجاجية نظيفة. جمع جميع السوائل المحتوية على الفضة والفورمالديهايد في حاوية نفايات خاصة والتخلص منها بشكل صحيح.
تم استخراج بروتين FAHD1 من كبد الخنازير والفئران باستخدام البروتوكول المعروض. بالنسبة لأنسجة الفأر ، يلزم وجود أعضاء متعددة للحصول على عدة ميكروغرام بعد خطوة التنقية النهائية. لهذا السبب ، تركز هذه المقالة على استخراج FAHD1 من كلى الخنازير ، وهي تجربة أكثر مثالية. يتم استخراج FAHD1 من كبد الفأر ل...
الخطوات الحاسمة في البروتوكول
يعد اتباع الإرشادات الشائعة للتعامل مع البروتينات أمرا ضروريا ، مثل العمل على الجليد وفي ظروف معتدلة من الأس الهيدروجيني والملح. استخدام مثبطات الأنزيم البروتيني مفيد لهذه الطريقة ، في حين يوصى بشدة باستخدام مثبطات البروتيازوم. قد يؤدي تجميد الع?...
ليس لدى المؤلفين مصالح مالية متنافسة.
والمؤلفان ممتنان جدا للمساعدة التقنية التي قدمتها آيسي أوزتورك وإيفا ألبرتيني. تم الحفاظ على الفئران المستخدمة لتوليد أنسجة الكبد تحت إشراف Uniiv.-Doz. الدكتور بيدر يانسن دور (معهد أبحاث الشيخوخة الطبية الحيوية في جامعة إنسبروك ، Rennweg 10 ، 6020 Innsbruck ، النمسا).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22 µm filter units | MERCK | SLGP033RS | Millex-HP, 0.22 µm, PES 33 mm, not steril |
0.45 µm filter units | MERCK | SLHP033NS | Millex-HP, 0.45 µm, PES 33 mm, not steril |
15 mL Falcon tubes | VWR | 734-0451 | centrifugal tubes |
50 mL Falcon tubes | VWR | 734-0448 | centrifugal tubes |
96-Well UV Microplate | Thermo-Fischer | 8404 | UV/VIS transparent flat-bottom 96 well plates |
Acrylamide/Bis Solution (40%, 29:1 ratio) | BIO-RAD | #1610147 | 40% acrylamide/bis-acrylamide, 29:1 (3.3% crosslinker) solution for casting polyacrylamide gels |
ÄKTA FPLC system | GE Healthcare Life Sciences / Cytiva | - | using the FPLC system by GE Healthcare; different custom versions exist; this work used the "ÄKTA pure" system |
Amicon Ultra-15, PLGC Ultracel-PL Membran, 10 kDa | MERCK | UFC901024 | centrifigal filters for protein enrichment; 10 kDa molecular mass filter; 15 mL |
Amicon Ultra-4, PLGC Ultracel-PL Membran, 10 kDa | MERCK | UFC801024 | centrifigal filters for protein enrichment; 10 kDa molecular mass filter; 4 mL |
Ammonium sulfate powder | MERCK | A4418 | ammonium sulphate for molecular biology, ≥99.0% |
Ammoniumpersulfat reagent grade, 98% | MERCK | 215589 | Catalyst for acrylamide gel polymerization. |
Coomassie Brilliant blue R 250 | MERCK | 1125530025 | Coomassie Brilliant blue R 250 (C.I. 42660) for electrophoresis Trademark of Imperial Chemical Industries PLC. CAS 6104-59-2, pH 6.2 (10 g/l, H2O, 25 °C) |
Dialysis tubing cellulose membrane | MERCK | D9277 | Cellulose membranes for the exchange of buffers via dialysis. |
Eppendof tubes 1.5 mL | VWR | 525-1042 | microcentrifugal tubes; autoclaved |
HiLoad 26/600 Superdex 75 pg | GE Healthcare Life Sciences / Cytiva | 28989334 | HiLoad Superdex 75 pg prepacked columns are for high-resolution size exclusion chromatography of recombinant proteins |
Immun-Blot PVDF Membrane | BIO-RAD | #1620177 | PVDF membranes are protein blotting membranes optimized for fluorescent and multiplex fluorescent applications. |
Mini Trans-Blot Electrophoretic Transfer Cell | BIO-RAD | #1703930 | Use the Mini Trans-Blot Cell for rapid blotting of Mini-PROTEAN precast and handcast gels. |
Mini-PROTEAN Tetra Vertical Electrophoresis Cell for Mini Precast Gels | BIO-RAD | #1658004 | 4-gel vertical electrophoresis system, includes electrode assembly, companion running module, tank, lid with power cables, mini cell buffer dam. |
Mono Q 10/100 GL | GE Healthcare Life Sciences / Cytiva | 17516701 | Mono Q columns are strong anion exchange chromatography columns for protein analysis or small scale, high resolution polishing of proteins. |
Mono S 10/100 GL | GE Healthcare Life Sciences / Cytiva | 17516901 | Mono S columns are strong cation exchange chromatography columns for protein analysis or small scale high resolution polishing of proteins. |
PageRuler Prestained Protein Ladder, 10 to 180 kDa | Thermo-Fischer | 26616 | A mixture of 10 blue-, orange-, and green-stained proteins (10 to 180 kDa) for use as size standards in protein electrophoresis (SDS-PAGE) and western blotting. |
Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo-Fischer | 23225 | A two-component, high-precision, detergent-compatible protein assay for determination of protein concentration. |
Sonifier 250; Ultrasonic Cell Disruptor w/ Converter | Branson | - | New models at https://www.emerson.com/documents/automation/brochure-sonifier-sfx250-sfx550-cell-disruptors-homogenizers-branson-en-us-168180.pdf |
Swine Anti-Rabbit Immunoglobulins/HRP (affinity isolated) | Agilent Dako | P0399 | The antibody used for horseradish peroxidase conjugation reacts with rabbit immunoglobulins of all classes. |
TEMED, 1,2-Bis(dimethylamino)ethane, TMEDA | MERCK | T9281 | TEMED (N,N,N′,N′-Tetramethylethylenediamine) is molecule which allows rapid polymerization of polyacrylamide gels. |
Tube Roller | - | - | A general tube rotator roller; e.g. a new model at https://labstac.com/de/Mixer/Roller/c/71 |
Tube Rotator | - | - | A general tube rotator wheel; e.g. a new model at https://labstac.com/de/Tube-Roller/p/MT123 |
ULTRA-TURRAX; T 25 digital | IKA | 0003725000 | New models at https://www.ika.com/de/Produkte-Lab-Eq/Dispergierer-Dipergiergeraet-Homogenisierer-Homogenisator-csp-177/T-25-digital-ULTRA-TURRAX-cpdt-3725000/ |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved