A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
התקדמות בספקטרומטריית מסות אפשרה ניתוח התפוקה הגבוהה של ביטוי חלבון ושינוי בשורה של רקמות. בשילוב עם חלוקת subcellular ומודלי מחלות, מסה כמותית ספקטרומטריית וביואינפורמטיקה יכולות לחשוף נכסים חדשים במערכות ביולוגיות. השיטה המתוארת כאן מנתחת חלבוני הכרומטין הקשורים בהגדרה של מחלות לב, והוא בקלות ישימה אחרים In vivo מודלים של מחלות אנושיות.
בגרעין מתגורר בproteomes שהתפקיד קשור באופן אינטימי ביותר עם רגולציה של גנים. גרעיני cardiomyocyte יונקי בוגרים הם ייחודיים בשל אחוז הגבוה של תאי binucleated, 1 המדינה בעיקר heterochromatic של ה-DNA, והאופי שאינו מפריד-של cardiomyocyte שהופך גרעינים בוגרים במצב קבוע של interphase. בקרת שעתוק 2 במהלך פיתוח ו מחלה נחקרה היטב באיבר זה, אבל מה שנשאר 3-5 נחקר יחסית היא התפקיד שמלא את החלבונים האחראים על אריזת DNA וביטוי הגרעיניים, וכיצד החלבונים הללו לשלוט שינויים בתוכניות תעתיק המתרחשים במהלך מחלה. 6 בפתחו עולם, מחלות לב היא סיבת מספר אחת לתמותה עבור גברים ונשים כאחד. 7 תובנה על איך חלבונים גרעיניים ישתפו פעולה על מנת להסדיר את ההתקדמות של מחלה זו היא קריטי לקידום הטיפול o הנוכחיתptions.
ספקטרומטריית מסה היא הכלי האידיאלי לטיפול בשאלות אלו שכן היא מאפשרת ליאור משוחד של כימות וProteome היחסי הגרעינית לכיצד השפע של חלבונים אלו שינויים עם מחלה. אמנם יש כבר כמה מחקרי proteomic למתחמי יונקים גרעיניים חלבונים, 8-13 עד לאחרונה 14 חלו רק מחקר אחד בודק Proteome הגרעיני הלב, והוא התייחס לכל הגרעין, במקום לחקור Proteome ברמה של תת מדורים גרעיניים 15. במידה רבה, מחסור זה בעבודה נובע מהקושי של בידוד גרעיני לב. גרעיני לב מתרחשים בתוך מנגנון יקטין מיוזין נוקשה וצפוף שאליו הם מחוברים באמצעות הרחבות מרובות מreticulum endoplasmic, במידה שמשנה את התכווצות myocyte הצורה הכללית שלהם. 16 בנוסף, cardiomyocytes הם 40% לפי נפח 17 המיטוכונדריה שnecessitaTES העשרת הגרעין מלבד האברונים האחרים. כאן אנו מתארים פרוטוקול להעשרה גרעינית לב וחלוקה נוספת לתאים ביולוגיים רלוונטיים-. יתר על כן, שיטות פירוט נתיחת תווית חינם כמותית המונית spectrometric של שברי טכניקות המתאימים לניסויים בגוף חיים במודלים שונים של בעלי חיים ומערכות איברים בי תיוג מטבולית הוא לא ריאלי אלה.
העבודה הניסויית מכילה שבעה שלבים עיקריים (איור 1). לכל עבודה שיש בי דגימות שתהיה לרוץ על ספקטרומטר המסות, הנסיין צריך ללבוש חלוק מעבדה, כפפות ורשת לשיער ולטפל כדי למנוע זיהום מאבק ושפיכות אישיות של קרטין.
1. Homogenization לב ובידוד גרעיני
לבבות של העכבר homogenized וגרעיני גלולה ללא פגע מבודד (איור 2).
2. Nucleoplasm והיפוך חלוק דטרגנט-חולץ הכרומטין
גרעיני הגלולה הגולמית מופרדת לnucleoplasm ושבריר דטרגנט-חולץ הכרומטין, המכילה חלבונים הקשורים באופן רופף עם ה-DNA.
3. היפוך חלוק חומצת חילוץ - DNA בכריכת העשרת חלבון
A מעשיר נפרד חלוקה לחלבונים הדוק ל-DNA, כוללים ההיסטונים.
4. בדיקת טוהר
כתמים מערביים וכן במיקרוסקופ אלקטרוניםלאשר העשרה מוצלחת של גרעינים ודלדול של אברונים אחרים. כדי לצפות בתוצאות אופייניות לכל מבחני בקרת האיכות הבאות, ראו הפרסום הקודם שלנו. 18
שיקולים חשובים עבור העשרה לעומת טיהור גרעינים. פרוטוקול זה פותח כדי לאפשר מנתח proteomic של הכרומטין לב לצורך לימוד תהליכי ויסות גני העולם במהלך מחלה. מרכיב עיקרי בעיצוב ניסויי ספקטרומטריית מסה שלם Proteome הוא הבעיה של טווח דינמי ויכולת לזהות ולאפיין חלבונים נמוכי שפע. בנוסף למטרה העיקרית של מתן מידע על ביולוגיה גרעינית והכרומטין ספציפי, המעשיר את Proteome הגרעיני, מגביר את הסבירות לזיהוי חלבונים נמוכי שפע אלה, כפי שעושה subfractionation הנוסף של הגרעינים. עם זאת, כפי שראה, cardiomyocyte המבוגר יש מרכיב cytoskeletal צפוף מחובר לקרום הגרעין. אנחנו לא מאמינים שיש לנו מטוהרי גרעינים ממרכיבים תאיים אחרים אלה לחלוטין. עם זאת, על ידי העשרה רק לגרעינים, יש לנו להשיגעורך סף מקובל כדי לאפשר את סוגי ניתוחים שתואר.
באופן ספציפי, יש לנו להשתמש EM להעריך את הטוהר של גרעיני הגלולה הגולמית שלנו ומצאתי 60-80% מהשבריר להיות גרעינים שלמים, בערך 10% מיטוכונדריה, ופסולת השאר. בנוסף, אנו יודעים מהמחקר הקודם שלנו על אוכלוסיית הגרעינים השלמות, כי בעוד myofilaments רב אינו מועשר בפרוטוקול זה (לרבות טובולין ויקטין כפי שנמדד על ידי מערב) חלבונים מסוימים (calsarcin-1) מעשירים, מה שמרמז אוכלוסייה ביולוגית אמיתית של חלבונים אלה בלב. הגרעינים 19
בנוסף, השוו את החלבונים שנמצאנו להיות נוכח בשבריר הכרומטין חומצת החילוץ, לתפקידים החזויים של חלבונים אלו על ידי אונטולוגיה גן. חשוב מכך, ניתוח אונטולוגיה גן זה אינו לוקח בחשבון את השפע היחסי של חלבונים השונים (כמו גם נתוני הכתם המערביים שלנו), אלא סופר את כל החלבונים שזוהו (להעשיראד או לא) כשווה בעת זיהוי מסלולים נפוצים ותאים סלולריים. ניתוח של המסלולים האלה ותאים סלולריים ניתן למצוא בפרסומים הקודמים שלנו. 18,20 והכי חשוב, ההצלחה של ההעשרה בשבריר הכרומטין חומצה חולץ אפשרה לנו לזהות את נוכחותם של 54 גרסות היסטון בmyocyte העכבר המבוגר, 18 רבים מהם הסתמכו על פפטיד ייחודי אחד לזיהוי, ולכן הייתי סיכוי לא היה לגלות אותו בלי פרוטוקול העשרה זה בהתחשב במורכבות העצומה של Proteome cardiomyocyte המוחלט. של 1048 חלבונים שזוהינו מגרעיני הלב, 56 מתוכם (5.3%) היו מבוארים על ידי GO ניתוח להיות חלק מהנוקלאוזום (מרכיב אחד של הגרעין של עניין). מחקר נוסף שמסתכל על כל הלב, זיהה 6,180 חלבונים, מתוכם רק 11 חלבונים (0.18%) היו מבוארים להיות חלק מ21 נוקלאוזום. עוד הדבר זה ממחיש את כוחו של הפרוטוקול שלנו לmeaningfully להעשיר לחלבונים גרעיניים.
5. ג'ל חלבון והחלבון דייג'סט אנזימתי
חלבונים מופרדים על ידי אחד ממדים SDS-PAGE וטריפסין מתעכל שיופעל בספקטרומטר המסה.
6. ספקטרוסקופיית מסות וניתוח נתונים
דוגמאות מופרדות בLC ונותחו על ידי MS / MS. הספקטרומים חפשו מול מסד נתוני חלבון לזיהוי חלבון.
7. Quantitation תווית חינם
Determine השפע היחסי של חלבונים באמצעות quantitation תווית חינם (איור 4).
שיקולים חשובים עבור quantitation החופשי תווית. בעת ביצוע quantitation ללא תווית, תשומת לב חייבים להינתן ספציפית כדי להבטיח הכנה עקבית מדגם, זמן עיכול ותנאי LC-MS/MS כחייבת להיות מעובד כל דגימה ונותחה בנפרד. בניגוד לנפגשגישות תיוג abolic, השוואות בניסויים ללא תווית נעשות על נתונים מספקטרומטריית מסות מובחנת פועלת (בגלל חוסר התיוג obviates את האפשרות להפעיל אותם יחד), ובכך תחייבנה שחזור גבוה בכל ההיבטים של ניתוח מדגם (כלומר של מכין מדגם, צעדי MS LC ו) ושימוש בספקטרומטר מסה המונית דיוק גבוה.
כדי להסביר שינויים קלים בהכנת מדגם וניתוח סטנדרטי ידוע ניתן להוסיף לכל דגימה על מנת לסייע בנורמליזציה של נתונים. בנוסף, רוב התוכנות מאפשרות נורמליזציה של עוצמת אות (למשל, על ידי התאמה לרעשי רקע או אנליטי שפע ידוע) לאחר רכישת נתונים כדי להסביר את ההבדלים בזריקה, יינון ופיצול. אלגוריתמי יישור קיימים ברוב התוכנות שבנדון, המסייעות בתיקון הבדלים בפרופילי elution פפטיד. השימוש בביולוגי וטכני הוא משכפל אסןTial בסוג זה של מחקר, שכן היא מאפשרת ניתוחים סטטיסטיים על מנת לאשר את השחזור והעקביות של כל שינויים שנצפו בשפע חלבון.
איור 4 מדגיש את התועלת של צורה זו של כימות יחסי. מוצגים בלוח השמאלי הן הפסגות הבודדות monoisotopic פפטיד (מעולף מעכברים שונים), שנקבעו כלשייכת לHMGB1 החלבון (מזוהה באמצעות חיפוש באתר). כל שיא, למעשה כרומטוגרף יוני חילוץ לפפטיד הנתון, מגיע מעכבר אחר. הקבוצות מייצגות את ש...
שתי שיטות עיקריות לבידוד גרעיני כבר נבדקו בעבר: 27 אחד היא טכניקת הרנס של מאחד רקמת lyophilized בממס בלתי מימי ושנייה, שינוי שאנו משתמשים כאן, מאחדים רקמה בתמיסת מלח סוכרוז / מימי אחרי בהפרש או צנטריפוגה צפיפות שיפוע.
Subfractionation של ה?...
אין ניגודי האינטרסים הכריזו.
Vondriska המעבדה נתמכת על ידי מענקים מהמכון הלאומי ללב, ריאות ודם של NIH וLaubisch הקרן ב-UCLA. א"מ הוא נמען של ג'ניפר ס וכוואלד בוגרת המלגה לפיזיולוגיה באוניברסיטת קליפורניה; HC הוא הנמען של מלגת איגוד לב אמריקנית קדם דוקטורט; MP הוא הנמען של מלגת Kirschstein רות NIH פוסט דוקטורט; וSF הוא הנמען של פרס K99-NIH.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
שם המגיב | חברה | מספר קטלוגים | |
Dulbeco שינוי נשר בינוני | Invitrogen | 11965 | |
פרוטאז גלולה | רוש | 04 693 159 001 | |
מסננת מיקרומטר 100 | BD פלקון | 352360 | |
Ultracut ultramicrotome | רייכרט | ||
100CX הילוכי אלקטרונים מיקרוסקופ | JEOL ארה"ב, Inc | ||
זהבן | BioRad | 161-0496 | |
נוגדן H2A היסטון | סנט קרוז | SC-8648 | |
נוגדן Nucleoporin p62 | BD Biosciences | 610498 | |
אדנין Nucleoנוגדן טרנספורטר גאות | סנט קרוז | SC-9299 | |
BIP נוגדן | סנט קרוז | SC-1050 | |
נוגדן טובולין | סיגמא | T1568 | |
נוגדן H3 היסטון | Abcam | ab1791 | |
נוגדן Fibrillarin | איתות תא | C12C3 | |
SNRP70 נוגדן | Abcam | ab51266 | |
E2F-1 נוגדן | תרם פישר | MS-879 | |
נוגדן רטינובלסטומה | BD Biosciences | 554136 | |
גורם-1 מושרה היפוקסיה נוגדן | נובוס ביולוגי | NB100-469 | |
assay החלבון BCA | Thermo Scientific | 23227 | |
הפוך עמודת שלב | Obj החדשective | PFC7515-B14-10 | |
דפדפן BioWorks | Thermo Scientific |
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