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Method Article
Los avances en la espectrometría de masas han permitido el análisis de alto rendimiento de la expresión de proteínas y la modificación en un huésped de tejidos. En combinación con el fraccionamiento subcelular y modelos de enfermedad, espectrometría de masa cuantitativa y bioinformática puede revelar nuevas propiedades en los sistemas biológicos. El método descrito en la presente memoria analiza asociadas a la cromatina proteínas en el contexto de las enfermedades del corazón y es fácilmente aplicable a otras In vivo Modelos de enfermedad humana.
En el núcleo residen los proteomas cuyas funciones están íntimamente vinculadas con la regulación de genes. Núcleos de cardiomiocitos adultos de mamíferos son únicos debido al alto porcentaje de células binucleadas, un estado predominantemente heterochromatic del ADN, y la naturaleza no división de los cardiomiocitos que hace que los núcleos adulto en un estado permanente de interfase. 2 Regulación transcripcional durante el desarrollo y enfermedad han sido bien estudiados en este órgano, 3-5, pero lo que permanece relativamente inexplorado es el papel que desempeñan las proteínas nucleares responsables de empaquetamiento del ADN y la expresión, y cómo estas proteínas controlan los cambios en los programas transcripcionales que ocurren durante la enfermedad. 6 En los países desarrollados mundo, la enfermedad cardíaca es la principal causa de mortalidad tanto en hombres como en mujeres. 7 Insight sobre cómo las proteínas nucleares cooperar para regular la progresión de esta enfermedad es fundamental para avanzar en el tratamiento actual opciones.
La espectrometría de masas es la herramienta ideal para abordar estas cuestiones, ya que permite una anotación imparcial de la cuantificación nuclear proteoma y relativo de cómo la abundancia de estas proteínas cambia con la enfermedad. Si bien se han realizado varios estudios proteómicos para mamíferos complejos de proteínas nucleares, 8-13 hasta hace 14 sólo ha habido un estudio que examina el proteoma nuclear cardíaca, y se considera el núcleo entero, en lugar de explorar el proteoma a nivel de sub-compartimentos nucleares . 15 En gran parte, esta escasez de trabajo se debe a la dificultad de aislar núcleos cardíaco. Núcleos cardiacos ocurren dentro de un rígido y denso de actina-miosina aparato al que están conectados a través de múltiples extensiones desde el retículo endoplásmico, en la medida en que altera la contracción de miocitos su forma general. 16 Además, los cardiomiocitos son 40% mitocondrias en volumen 17 que necessitàtes enriquecimiento del núcleo aparte de los otros orgánulos. Aquí se describe un protocolo para el enriquecimiento nuclear cardíaca y fraccionamiento adicional en compartimentos biológicamente relevantes. Además, los métodos de detalle de la etiqueta libre de disección de espectrometría de masa cuantitativa de estas fracciones-técnicas susceptibles de experimentación in vivo en varios modelos animales y sistemas de órganos en el etiquetado metabólico no es factible.
El flujo de trabajo experimental contiene siete pasos principales (Figura 1). Para cualquier trabajo relacionado con las muestras que se ejecutan en el espectrómetro de masas, el experimentador debe usar una bata de laboratorio, guantes y redecilla para el pelo y tener cuidado para evitar la contaminación por polvo y derramamiento personal de la queratina.
1. Corazón homogeneización y Aislamiento Nuclear
Corazones de ratón se homogeneizó y un intacta núcleos de pellets es aislado (Figura 2).
2. Nucleoplasma y detergente a extraer Fraccionamiento cromatina
El crudo núcleos de pellets se separa en una nucleoplasma y detergente a extraer la fracción de cromatina, que contiene proteínas estrechamente asociados con el ADN.
3. Ácido-extracción Fraccionamiento - ADN enlazado enriquecimiento proteico
A enriquece de fraccionamiento para separar las proteínas fuertemente unidas al ADN, incluyendo histonas.
4. Pureza Check
Western blot y microscopía electrónicaconfirmar enriquecimiento exitoso de los núcleos y el agotamiento de otros orgánulos. Para ver los resultados típicos para todos los ensayos de control de calidad siguientes, por favor lea nuestra publicación anterior 18.
Consideraciones importantes para enriquecer frente a purificar núcleos. Este protocolo fue desarrollado para permitir a los análisis proteómicos de la cromatina cardíaco con el fin de estudiar los procesos globales de regulación génica durante la enfermedad. Un componente importante del diseño de todo el proteoma experimentos de espectrometría de masas es el problema de rango dinámico y ser capaz de identificar y caracterizar las proteínas de baja abundancia. Además del objetivo principal de proporcionar información sobre la biología y de la cromatina nuclear específico, enriqueciendo para el proteoma nuclear, aumenta la probabilidad de detectar estas proteínas de baja abundancia, como lo hace el subfraccionamiento adicional de los núcleos. Sin embargo, como se discutió, el cardiomiocito adulto tiene una alta densidad de componentes del citoesqueleto conectado a la membrana nuclear. No creemos que hemos purificado por completo los núcleos de estos componentes celulares. Sin embargo, mediante el enriquecimiento sólo para los núcleos, hemos obtenidoed de un umbral aceptable para permitir a los tipos de análisis descrito.
Específicamente, hemos EM utilizado para evaluar la pureza de nuestra núcleos pellet crudo y encontraron 60-80% de la fracción a ser núcleos intactos, aproximadamente el 10% mitocondrias, y el resto escombros. Además, sabemos por nuestro anterior estudio sobre la población de núcleos intactos, mientras que los miofilamentos muchos no se enriquecen con este protocolo (incluyendo la tubulina y actina, medido a través de Western) ciertas proteínas (calsarcin-1) se enriquecen, lo que sugiere una verdadera población biológica de estas proteínas en los núcleos cardíaco. 19
Además, se compararon las proteínas que se encuentran a estar presente en la fracción de cromatina extraído con ácido, a las funciones de estas proteínas predichas por la ontología de genes. Es importante destacar que este análisis de genes ontología no tiene en cuenta la abundancia relativa de las diferentes proteínas (como lo hace nuestros datos de Western blot), sino que cuenta todas las proteínas identificadas (enriquecered o no) como igual al identificar vías comunes y compartimentos celulares. El análisis de estas vías y compartimentos celulares se pueden encontrar en nuestras publicaciones anteriores. 18,20 es más importante, el éxito del enriquecimiento en la fracción de cromatina extraída con ácido nos permitió identificar la presencia de 54 variantes de las histonas en el miocito ratón adulto, 18 muchos de los cuales se basó en un péptido único de identificación, por lo que probablemente no hubiera sido detectable sin este protocolo de enriquecimiento dada la enorme complejidad del proteoma cardiomiocitos total. De las 1.048 proteínas que hemos identificado a partir de los núcleos cardiaca, 56 de ellos (5,3%) fueron anotados por análisis IR para ser parte de la nucleosoma (un componente del núcleo de interés). Otro estudio que analiza todo el corazón, identificado 6.180 proteínas, de las cuales sólo 11 proteínas (0,18%) fueron anotados para ser parte de la nucleosoma 21. Esto ilustra la fuerza de nuestro protocolo de meaningfuLLY enriquecer para las proteínas nucleares.
5. Protein Gel y enzimática de proteínas Resumen
Las proteínas se separan mediante uno dimensional SDS-PAGE y se digirieron con tripsina para ser ejecutado en el espectrómetro de masas.
6. Espectrometría de Masas y Análisis de Datos
Las muestras se separaron en un LC y se analizaron mediante MS / MS. Los espectros se registraron en contra de una base de datos de proteínas para la identificación de proteínas.
7. Etiqueta libre de cuantificación
Determine la abundancia relativa de proteínas utilizando la etiqueta libre de cuantificación (Figura 4).
Consideraciones importantes para la etiqueta sin cuantificación. Cuando se realiza sin etiquetas cuantificación, se prestará especial se debe dar para asegurar la preparación de la muestra constante, el tiempo de digestión y condiciones LC-MS/MS como cada muestra deben ser procesados y analizados por separado. En contraste con metenfoques Abolic etiquetado, las comparaciones libres en la etiqueta experimentos se realizan sobre los datos de espectrometría de masas distintas carreras (ya que la falta de etiquetado evita la posibilidad de correr juntos), lo que requiere una alta reproducibilidad en todos los aspectos del análisis de la muestra (es decir, de preparación de muestras, LC y pasos MS) y el uso de espectrómetros de masas de alta precisión en masa.
Para tener en cuenta los cambios leves en la preparación de muestras y análisis de un estándar conocido puede ser añadido a cada muestra para ayudar en la normalización de los datos. Además, la mayoría de los programas de software permiten la normalización de las intensidades de la señal (por ejemplo, mediante el ajuste al ruido de fondo o un analito conocido abundante) después de la adquisición de datos para tener en cuenta diferencias en la inyección, la ionización y fragmentación. Algoritmos de alineación existe en la mayoría de los programas de software referencia anteriormente que ayudan en la corrección de las diferencias en los perfiles de elución de péptidos. El uso de repeticiones biológica y técnica es esencialcial en este tipo de estudio, ya que permite que los análisis estadísticos para confirmar la reproducibilidad y consistencia de los cambios observados en la abundancia de proteínas.
La figura 4 pone de manifiesto la utilidad de esta forma de cuantificación relativa. Se muestra en el panel de la izquierda son los picos individuales monoisotópicas péptidos (superpuesta de diferentes ratones), que han sido designados como pertenecientes a la proteína HMGB1 (identificados mediante una búsqueda de base de datos). Cada pico, esencialmente un cromatógrafo iónico extrae para el péptido dado, proviene de un ratón diferente. Los grupos representan tres diferentes estados fisiológic...
Existen dos métodos principales para el aislamiento nuclear han sido revisados previamente: 27 una es la técnica Behrens de homogeneizar tejido liofilizado en un disolvente no acuoso y la segunda, una modificación de la que se utiliza aquí, de homogenizar el tejido en un acuosa de sacarosa / solución salina seguido por diferencial o centrifugación en gradiente de densidad.
Subfraccionamiento de los núcleos mediante extracción con ácido en muestras de tejido es una h...
No hay conflictos de interés declarado.
El laboratorio Vondriska es apoyado por subvenciones del Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre del NIH y la Fundación Laubisch de la UCLA. EM es beneficiaria de la Jennifer S. Buchwald de Becas de Postgrado en Fisiología de la UCLA; HC es el receptor de una Asociación Americana del Corazón Pre-doctoral Fellowship, MP es el destinatario de un NIH Ruth Kirschstein beca posdoctoral, y SF es el receptor de un NIH K99 Award.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nombre del reactivo | Empresa | Número de catálogo | |
Dulbeco Modificado Medio Eagle | Invitrogen | 11965 | |
Proteasa pellet | Roche | 04 693 159 001 | |
100 m colador | BD Falcon | 352360 | |
Ultracut ultramicrótomo | Reichert | ||
100CX Electrónica de Transmisión Microscopio | JEOL EE.UU., Inc. | ||
Oriol | BioRad | 161-0496 | |
Histona H2A anticuerpo | Santa Cruz | sc-8648 | |
Nucleoporin p62 anticuerpo | BD Biosciences | 610498 | |
Adenina nucleomarea anticuerpo transportador | Santa Cruz | sc-9299 | |
Bip anticuerpo | Santa Cruz | sc-1050 | |
Tubulina de anticuerpos | Sigma | T1568 | |
Histona H3 anticuerpo | Abcam | ab1791 | |
Fibrilarina anticuerpo | Señalización Celular | C12C3 | |
SNRP70 anticuerpo | Abcam | ab51266 | |
E2F-1 anticuerpo | Thermo Fisher | MS-879 | |
Retinoblastoma anticuerpo | BD Biosciences | 554136 | |
Factor-1 inducible por hipoxia anticuerpo | Novus Productos Biológicos | NB100-469 | |
BCA ensayo de proteínas | Thermo Scientific | 23227 | |
Columna de fase inversa | Obj Nuevoective | PFC7515-B14-10 | |
BioWorks Browser | Thermo Scientific |
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