Method Article
Ce protocole décrit une analyse basée sur les activités de détection des métalloprotéinases matricielles dans les surnageants de culture ou de fluides corporels.
Les métalloprotéinases matricielles (MMP) sont des endopeptidases contenant du zinc. Ils dégradent les protéines par clivage des liaisons peptidiques. Plus de vingt MMP ont été identifiés et sont séparés en six groupes en fonction de leur structure et leur spécificité de substrat (collagénases, gélatinases, le type de membrane [MT-MMP], stromélysines, matrilysins, et autres). Les MMP jouent un rôle crucial dans l'invasion cellulaire, la dégradation du cartilage, le remodelage des tissus, cicatrisation des plaies, et l'embryogenèse. Ils participent donc à la fois dans les processus normaux et dans la pathogenèse de plusieurs maladies, telles que la polyarthrite rhumatoïde, le cancer ou maladie pulmonaire obstructive chronique 1-6. Ici, nous allons nous concentrer sur la MMP-2 (gélatinase A, collagénase de type IV), une MMP largement exprimé. Nous allons démontrer comment détecter la MMP-2 dans les surnageants de culture cellulaire par zymographie, une couramment utilisé, une technique simple, et pourtant très sensible d'abord décrite en 1980 par C. Heussen et EB Dowdle 7-10. Cette technique est semi-quantitatif, il peut donc être utilisée pour déterminer les niveaux de MMP dans les échantillons de test lorsque les concentrations de MMP connus recombinant sont chargés sur le même gel 11.
Les solutions contenant les MMP (par exemple, les surnageants de culture cellulaire, l'urine ou le sérum) sont chargés sur un gel de polyacrylamide contenant du sulfate de sodium dodécyl (SDD; pour linéariser les protéines) et de la gélatine (substrat pour MMP-2). Le tampon de l'échantillon est conçu pour augmenter la viscosité de l'échantillon (pour faciliter le chargement du gel), fournissent une teinture de suivi (bleu de bromophénol, à surveiller la migration de l'échantillon), fournir des molécules dénaturant (pour linéariser les protéines), et de contrôler le pH de l'échantillon. Les protéines sont alors autorisés à migrer sous un courant électrique dans un tampon de migration conçu pour fournir un taux de migration constante. La distance de migration est inversement corrélée avec le poids moléculaire de la protéine (petites protéines se déplacer plus rapidement à travers le gel de protéines de grande taille et donc ne migrent plus loin dans le gel). Après migration, le gel est placé dans un tampon de renaturation des protéines pour permettre de retrouver leur structure tertiaire, nécessaires à l'activité enzymatique. Le gel est ensuite placé dans un tampon de développement conçu pour permettre à la protéase à digérer son substrat. Le tampon contient également le développement p-aminophénylmercurique acétate (AFPA) pour activer le non-protéolytiques pro-MMP en MMP actives. La prochaine étape consiste à coloration du substrat (gélatine dans notre exemple). Après le lavage l'excès de colorant hors gel, les zones de la digestion de protéase apparaissent comme des bandes claires. Le plus clair de la bande, le plus concentré de la protéase qu'il contient. Intensité de coloration de bande peut alors être déterminée par densitométrie, en utilisant un logiciel tel que ImageJ, permettant une comparaison de l'échantillon.
1. Chargement et exécution du gel
2. Renaturation et de développement du gel
3. Analyse des données
4. Les résultats représentatifs
Nous montrons un gel à 11 puits chargés avec différents surnageants de culture cellulaire contenant différentes quantités de MMP-2 (figure 1A). L'observation directe de ce gel montre des différences évidentes dans les concentrations de MMP-2 entre certains des puits. Par exemple, il est clair que les puits n ° 4 et 5 contiennent beaucoup plus que de la MMP-2 et n ° 11 ou même bien # 10. Pour la quantification objective des bandes, nous avons utilisé la densitométrie avec le logiciel ImageJ (figure 1B-D), confirmant une différence d'environ 4 fois dans la MMP-2 et des montants compris entre 11 et # # puits 4 et 5 et une différence d'environ 2 fois dans MMP-2 et des montants compris entre # 10 et # puits 4 et 5.
Figure 1. Détection de la MMP-2 par zymographie gélatine. Une image, scannée d'un gel de gélatine. Nombre des puits sont indiqués en haut du gel. B, le gel de même que dans une montre en noir et blanc d'une densitométrie. Chaque bande a été sélectionné avec un rectangle dans ImageJ. C, deux exemples de profils de densitométrie pour le gel représenté en A et B (bandes # 4 et # 11). Une ligne droite a été élaboré à la base de chaque pic de créer une zone fermée. D, Terrain des domaines de pointe pour le gel représenté en A et B avant (à gauche) et après (à droite) la normalisation de la densité de la bande n ° 1.
Figure 2. Ce chiffre montre comment zymographie peut être utilisé comme une technique semi-quantitative. Nous avons chargé des dilutions en série (les étapes de 1:1 dilutions) dans 7 puits consécutifs et mesuré la densité de la bande pour les deux pro-MMP-2 et MMP-2.
Nous avons démontré comment effectuer une analyse des zymographique MMP-2 dans les surnageants de culture cellulaire.
La quantité d'échantillon à charger sur un gel doit être déterminée empiriquement en fonction de l'origine et la MMP d'intérêt. Chargement trop peu va empêcher la détection pendant le chargement trop peut conduire à une saturation car il ya tellement seul substrat une protéase peuvent digérer dans le domaine de la bande. Si nécessaire, l'échantillon peut être dilué dans de l'eau déminéralisée avant de les mélanger avec le tampon de chargement ou le temps de développement peuvent réduire d'une nuit à 4 heures. Il est également possible de concentrer les protéines dans une solution utilisant des concentrateurs (par exemple le numéro de catalogue Millipore UFC803024). Si les bandes restent à peine visible, il peut être nécessaire de développer les gels pour une plus longue période de temps, même jusqu'à 48 heures. Lors de la préparation des échantillons à partir de surnageants de culture de tissus, il convient de noter que sérum de veau fœtal (et autres sérums) contient les MMP qui peuvent affecter les résultats. Pour cette raison, nous recueillons l'ensemble de nos surnageants après culture dans un milieu sans sérum.
Les lavages décrits aux paragraphes 2.9 et 2.10 du protocole sont nécessaires pour supprimer le fond coloration des bandes digérées. Fois plus de temps lavez va supprimer plus de fond, mais aussi de baisser la coloration du substrat à travers le gel. Si les temps de lavage plus long sont nécessaires, nous vous conseillons de balayage du gel de toutes les quelques heures pour choisir le scanner avec le meilleur contraste.
Cette technique peut être utilisée pour détecter les autres MMPs. Par exemple, la MMP-9 peuvent être détectés sur des gels de gélatine, et aussi dans une moindre mesure de MMP-1, MMP-8 et MMP-13 que la gélatine n'est pas leur substrat préféré. MMP-1 et MMP-13 sont les meilleurs détecté sur zymographie collagène tout en caséine est le substrat préféré pour la MMP-11 et permet également la détection de la MMP-1, MMP-3, MMP-7, MMP-12 et MMP-13 9. MMP-7 (matrilysine) et collagénases (MMP-1 et MMP-13) sont difficiles à détecter quand il est présent à de faibles niveaux de la caséine ou des gels de gélatine. Ajout de l'héparine à l'échantillon au moment du chargement du gel améliore significativement la limite de détection de la MMP-7. Pour MMP-1 et MMP-13, l'héparine doit être ajouté au gel après la course électrophorétique est déjà en cours 12.
Depuis zymographie mesures d'activité enzymatique après dénaturation et la renaturation des enzymes, il permettra de mesurer l'activité de toutes les MMP présents dans l'échantillon. Ce sont des enzymes, des pro-enzymes, les enzymes et lié à des inhibiteurs endogènes (par exemple, TIMP-2). Il est cependant possible de déterminer le niveau d'activation de MMP dans l'échantillon en comparant la densité de la bande de l'enzyme active et de celle du pro-enzyme, ce qui aura un poids légèrement supérieur moléculaire.
Zymographie n'est souvent pas suffisante pour identifier une MMP. Comparaison du niveau de migration d'un RPM avec connues standards de poids moléculaire ne l'aide dans l'identification, mais il convient de noter que certaines de ces normes contiennent un agent réducteur et que lorsqu'ils sont utilisés dans des conditions non réductrices, ils peuvent indiquer des poids moléculaires différents 9. Une option consiste à charger une MMP solubles recombinantes sur le même gel que les échantillons d'essai. Les MMP peuvent toutefois être associés à d'autres protéines, induisant un changement de poids moléculaire apparent. Inhibiteurs de MMP sélectifs peuvent être ajoutés au gel (ou partie d'un coupé dans la moitié de gel) pendant l'incubation dans un tampon de développement comme outils pharmacologiques à l'identité de la MMP de interest.A seconde technique (Western Blot, immunocytochimie, ou ELISA) est recommandée pour aider à l'identification de la MMP d'intérêt. Il est à noter que les limites de détection pour Western Blot sont souvent bien inférieurs à ceux des gels zymographique, pouvant conduire à de faux résultats négatifs lors de l'utilisation de cette technique.
Nous tenons à remercier le Dr S. Ressler (Département de Biologie Moléculaire et Cellulaire, Baylor College of Medicine) pour suggérer l'utilisation de protéines de concentrateurs d'augmenter la concentration de MMP dans les surnageants de culture cellulaire.
Ce projet a été soutenu par des subventions du Fonds de Mme Clifford Elder Graham White de recherche dotées et le NIH / NIAMS (AR059838) à CB. Le contenu est uniquement la responsabilité de leurs auteurs et ne représentent pas nécessairement les vues officielles de la NIH.
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
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Name | Company | Catalog Number | Comments | |
Xcell SureLock Mini-Cell CE mark electrophoresis apparatus | Invitrogen | EI0001 | ||
Power supply (model 302) | VWR | 93000-744 | ||
Novex 10% gelatin zymogram gels, 1.0 mm, 12 wells | Invitrogen | EC61752BOX | ||
Blue Juice gel loading buffer | Invitrogen | 10816015 | ||
Gel loading tips | VWR | 53509-015 | ||
Protein molecular weight standard | Invitrogen | LC5800 | ||
Novex Tris-Glycine-SDS running buffer | Invitrogen | LC2675 | ||
Novex zymogram renaturing buffer | Invitrogen | LC2670 | ||
Novex zymogram developing buffer | Invitrogen | LC2671 | ||
SimplyBlue SafeStain | Invitrogen | LC6060 | ||
Epson Perfection 4490 Photo Scanner | Amazon | n/a | ||
ImageJ software | http://rsbweb.nih.gov/ij/ | n/a | Authored by W. Rasband, NIH/NIMH |
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