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Method Article
Les progrès de la spectrométrie de masse ont permis l'analyse à haut débit de l'expression protéique et la modification dans une multitude de tissus. Combiné avec fractionnement subcellulaire et modèles de maladies, spectrométrie de masse quantitative et de la bioinformatique peut révéler de nouvelles propriétés dans les systèmes biologiques. Le procédé décrit ici analyse des protéines associées à la chromatine dans le cadre d'une maladie cardiaque et est facilement applicable à d'autres In vivo Modèles de maladies humaines.
Dans le noyau résident les protéomes dont les fonctions sont le plus intimement lié à la régulation des gènes. Adulte noyaux des cardiomyocytes de mammifères sont uniques en raison du pourcentage élevé de cellules binucléées, 1 l'état hétérochromatique principalement de l'ADN, et la nature non-division du cardiomyocyte qui rend noyaux adulte dans un état permanent d'interphase. 2 Régulation transcriptionnelle au cours du développement et maladie ont été bien étudiés dans cet organe, 3-5, mais ce qui reste relativement inexploré est le rôle joué par les protéines nucléaires responsables de l'empaquetage de l'ADN et de l'expression, et comment ces protéines contrôlent des changements dans les programmes transcriptionnels qui se produisent au cours de la maladie. 6 Dans les pays développés monde, les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité pour les hommes et les femmes 7. Regard sur la façon dont les protéines nucléaires coopèrent pour réguler la progression de cette maladie est essentielle pour faire avancer le traitement actuel options.
La spectrométrie de masse est l'outil idéal pour répondre à ces questions car elle permet une annotation non biaisée de la quantification nucléaire protéome et relative de la façon dont l'abondance de ces protéines varie avec la maladie. Bien qu'il y ait eu plusieurs études protéomiques pour des complexes de protéines de mammifères nucléaires, 8-13 jusqu'à récemment 14, on a eu qu'une seule étude portant sur le protéome cardiaque nucléaire, et considéré comme le noyau entier, plutôt que d'explorer le protéome au niveau des compartiments nucléaires sous 15. En grande partie, ce manque de travail est due à la difficulté d'isoler les noyaux cardiaque. Noyaux cardiaque ultérieure dans un semi-rigide et dense actine-myosine l'appareil auquel ils sont reliés par plusieurs extensions du réticulum endoplasmique, dans la mesure où la contraction des myocytes modifie leur forme générale. 16 En outre, les cardiomyocytes sont 40% en volume 17 mitochondries qui necessitàTES enrichissement du noyau mis à part les autres organites. Ici, nous décrivons un protocole d'enrichissement nucléaire cardiaque et un fractionnement supplémentaire en compartiments biologiquement pertinentes. En outre, nous avons détail les méthodes pour le label sans dissection spectrométrie de masse quantitative de ces fractions des techniques qui se prêtent à l'expérimentation in vivo dans divers modèles animaux et des systèmes d'organes où marquage métabolique n'est pas réalisable.
Le flux de travail expérimental comporte sept étapes principales (figure 1). Pour tout travail impliquant des échantillons qui seront exécutés sur le spectromètre de masse, l'expérimentateur doit porter une blouse, des gants et un filet à cheveux et prendre soin d'éviter la contamination par la poussière et la chute personnelle de la kératine.
1. Homogénéisation coeur et isolement nucléaire
Coeurs de souris sont homogénéisés et un noyaux intacts culot est isolé (figure 2).
2. Nucléoplasme et détergent-extrait de fractionnement chromatine
Les noyaux brut culot est séparé en une nucléoplasme et détergent extrait fraction chromatine, contenant des protéines faiblement liés à l'ADN.
3. Fractionnement d'extraction à l'acide - liée à l'ADN enrichissement en protéines
A l'enrichit de fractionnement des protéines séparées étroitement liés à l'ADN, y compris les histones.
4. Vérifier la pureté
Western blot et microscopie électroniqueconfirment l'enrichissement succès de noyaux et l'épuisement des autres organites. Pour voir les résultats typiques pour toutes les analyses suivantes de contrôle de qualité, s'il vous plaît consulter notre publication précédente 18.
Considérations importantes pour enrichir rapport à purifier noyaux. Ce protocole a été développé pour permettre des analyses protéomiques de la chromatine cardiaque dans le but d'étudier les processus globaux de régulation des gènes au cours de la maladie. Un élément majeur de la conception de l'ensemble du protéome des expériences de spectrométrie de masse est la question de la plage dynamique et d'être en mesure d'identifier et de caractériser les protéines de faible abondance. En plus de l'objectif principal de fournir des informations sur la biologie et de la chromatine nucléaire spécifique, enrichissant pour le protéome nucléaire, augmente la probabilité de détecter ces protéines de faible abondance, tout comme sous-fractionnement ultérieur du noyau. Cependant, comme nous le verrons, les cardiomyocytes adultes a une composante dense du cytosquelette lié à la membrane nucléaire. Nous ne croyons pas que nous avons complètement purifié les noyaux de ces autres composants cellulaires. Toutefois, en enrichissant seulement pour les noyaux, nous avons obtenued un seuil acceptable pour permettre aux types d'analyses décrits.
Plus précisément, nous avons EM utilisé pour évaluer la pureté de notre noyau brut granulés et a constaté 60-80% de la fraction à noyaux intacts, environ 10% des mitochondries, et les débris de repos. En outre, nous savons de notre précédente étude sur la population de noyaux intacts, tandis que de nombreux myofilaments sont pas enrichis par ce protocole (y compris la tubuline et l'actine, telle que mesurée par Western) certaines protéines (calsarcin-1) sont enrichis, ce qui suggère une population biologique de réelle ces protéines dans le noyau cardiaque 19.
En outre, nous avons comparé les protéines que nous avons trouvé à être présent dans la fraction acide chromatine extraite, les rôles prévus de ces protéines par une ontologie des gènes. Surtout, cette analyse de l'ontologie génétique ne tient pas compte de l'abondance relative des différentes protéines (comme le fait de nos données de Western blot), mais compte plutôt toutes les protéines identifiées (enrichiré ou pas) comme étant égal lors de l'identification des voies communes et des compartiments cellulaires. L'analyse de ces voies et des compartiments cellulaires peuvent être trouvées dans nos publications antérieures. 18,20 Plus important encore, le succès de l'enrichissement dans la fraction chromatine acide extrait nous a permis d'identifier la présence de 54 variants d'histones dans le myocyte souris adulte, 18 dont beaucoup compté sur un peptide unique pour l'identification, et donc n'aurait probablement pas été détectable sans ce protocole d'enrichissement étant donné l'énorme complexité du protéome des cardiomyocytes total. Sur les 1048 protéines que nous avons identifiés à partir des noyaux cardiaque, 56 d'entre eux (5,3%) ont été annotés par GO analyse à faire partie du nucléosome (un composant du noyau d'intérêt). Une autre étude portant sur le cœur, identifié 6180 protéines, dont seulement 11 protéines (0,18%) ont été annotés comme faisant partie des 21 nucléosome. Ceci illustre encore la force de notre protocole à meaningfully enrichissement en protéines nucléaires.
5. Gel de protéine et protéine enzymatique Digest
Les protéines sont séparées par une dimension SDS-PAGE et de la trypsine digéré pour être exécuté sur le spectromètre de masse.
6. Spectrométrie de masse et analyse des données
Les échantillons sont séparés sur un LC et analysées par MS / MS. Les spectres de lancer une recherche dans une base de données de protéines pour l'identification des protéines.
7. Sans étiquette quantification
Determine l'abondance relative des protéines à l'aide d'étiquettes sans quantification (figure 4).
Considérations importantes pour étiquette sans quantification. Lors de l'exécution sans étiquette quantification, une attention particulière doit être accordée à la préparation de l'échantillon cohérent, le temps de digestion et conditions LC-MS/MS que chaque échantillon doit être traitée et analysée séparément. Contrairement aux rencontréapproches d'étiquetage abolic, des comparaisons de sans étiquette expériences ont été faites sur les données de spectrométrie de masse distincte fonctionne (parce que l'absence d'étiquetage permet d'éviter la possibilité de les faire fonctionner ensemble), ce qui nécessite une grande reproductibilité dans tous les aspects de l'analyse des échantillons (ie de préparation d'échantillons, LC MS et étapes) et l'utilisation de spectromètres de masse à haute précision de masse.
Pour tenir compte de légers changements dans la préparation des échantillons et l'analyse d'un étalon connu peut être ajouté à chaque échantillon afin d'aider à la normalisation des données. En outre, la plupart des logiciels permettent la normalisation des intensités de signal (par exemple, en ajustant au bruit de fond ou un analyte connue abondante) après l'acquisition de données pour tenir compte des différences dans l'injection, l'ionisation et la fragmentation. Algorithmes d'alignement existent dans la plupart des logiciels mentionnés ci-dessus qui aident à corriger les différences dans les profils d'élution de peptides. L'utilisation de réplicats biologiques et techniques est essentiel dans ce type d'étude, car il permet des analyses statistiques pour confirmer la reproductibilité et la cohérence de tout changement observé dans l'abondance des protéines.
La figure 4 met en évidence l'utilité de cette forme de quantification relative. Montré dans le panneau de gauche sont différents pics peptidiques monoisotopiques (recouvert de différentes souris), qui ont été désignés comme appartenant à la HMGB1 protéines (identifiés par une recherche de base de données). Chaque pic, essentiellement un chromatographe ionique extrait pour le peptide donné, provient d'une autre souris. Les groupes représentent les trois différents états physiolo...
Deux principales méthodes d'isolement nucléaire ont été examinés précédemment: 27 on est la technique d'homogénéisation Behrens tissu lyophilisé dans un solvant non aqueux et le second, une modification, dont nous utilisons ici, d'homogénéisation des tissus dans une solution aqueuse de saccharose / solution saline suivie par différence de densité ou à gradient de centrifugation.
Sous-fractionnement des noyaux par extraction à l'acide sur des échant...
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Le laboratoire Vondriska est financée par des subventions de l'Institut National Heart, Lung and Blood du NIH et la Fondation Laubisch à l'UCLA. EM est destinataire de la Jennifer S. Buchwald bourse d'études supérieures en physiologie à l'UCLA; HC est le destinataire d'un American Heart Association pré-doctoral, le député est le récipiendaire d'une NIH Ruth Kirschstein post-doctoral, et SF est le récipiendaire du une NIH K99 Award.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom du réactif | Entreprise | Numéro de catalogue | |
Dulbeco Modified Eagle Medium | Invitrogen | 11965 | |
Protéase à granulés | Roche | 04 693 159 001 | |
Tamis de 100 um | BD Falcon | 352360 | |
Ultracut ultramicrotome | Reichert | ||
100CX électronique à transmission Microscope | JEOL USA, Inc | ||
Loriot | BioRad | 161-0496 | |
Histone H2A anticorps | Santa Cruz | sc-8648 | |
Nucléoporine p62 anticorps | BD Biosciences | 610498 | |
Adénine nucléoanticorps transporteur marée | Santa Cruz | sc-9299 | |
BiP anticorps | Santa Cruz | sc-1050 | |
Anticorps tubuline | Sigma | T1568 | |
Histone H3 anticorps | Abcam | ab1791 | |
Anticorps fibrillarine | Signalisation cellulaire | C12C3 | |
SNRP70 anticorps | Abcam | ab51266 | |
E2F-1 anticorps | Thermo Fisher | MS-879 | |
Anticorps rétinoblastome | BD Biosciences | 554136 | |
Factor-1 inductible par l'hypoxie anticorps | Novus Biologicals | NB100-469 | |
Dosage de protéines BCA | Thermo Scientific | 23227 | |
Colonne en phase inverse | Obj Nouveaucace | PFC7515-B14-10 | |
Navigateur BioWorks | Thermo Scientific |
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