A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן, אנו מתארים שיטה פרוטאומיקה כמותית באמצעות טכניקה של תיוג איזוטופ יציב על ידי חומצות אמינו תרבית תאים (SILAC) כדי לנתח את ההשפעות של זיהום HIV-1 על proteomes מארח exosomal. פרוטוקול זה יכול בקלות להיות מותאם תאים בתנאי קיצון או זיהום שונים.
Proteomics is the large-scale analysis of proteins. Proteomic techniques, such as liquid chromatography tandem mass spectroscopy (LC-MS/MS), can characterize thousands of proteins at a time. These powerful techniques allow us to have a systemic understanding of cellular changes, especially when cells are subjected to various stimuli, such as infections, stresses, and specific test conditions. Even with recent developments, analyzing the exosomal proteome is time-consuming and often involves complex methodologies. In addition, the resultant large dataset often needs robust and streamlined analysis in order for researchers to perform further downstream studies. Here, we describe a SILAC-based protocol for characterizing the exosomal proteome when cells are infected with HIV-1. The method is based on simple isotope labeling, isolation of exosomes from differentially labeled cells, and mass spectrometry analysis. This is followed by detailed data mining and bioinformatics analysis of the proteomic hits. The resultant datasets and candidates are easy to understand and often offer a wealth of information that is useful for downstream analysis. This protocol is applicable to other subcellular compartments and a wide range of test conditions.
מחל אנושיות רבות, כוללים זיהומים נגיפיים, הקשורים לעתים קרובות עם תהליכים תאיים ייחודיים המתרחשים בתוך ומסביב התאים הנגועים. חלבונים, לעיתים קרובות מתנהג כמו effectors הסלולר האולטימטיבי, לתווך תהליכים אלה. ניתוח של חלבונים יכול לעיתים קרובות לספק מידע רב ערך לגבי הסביבה המקומית של התאים הנגועים ולעזור לנו להבין את המנגנון הבסיסי של בהיווצרות המחלה. בין טכניקות ניתוח חלבון שונות, פרוטאומיקה מחזיקה במיוחד הבטחה גדולה. ככלי רב עוצמה, בקנה מידה גדול, פרוטאומיקה יכול לספק הבנה מערכתית של תהליכים תאיים, במיוחד בתחום של הפונקציה ואת האינטראקציה של חלבונים. ניתוח חלבונים ספציפיים נעשה פשוט יותר באמצעות הפיתוח של טכניקות תיוג, המאפשרות לחוקרים לעקוב אחר הביטוי של מרכיבים תאיים, במיוחד חלבונים, באתר של חקירה. למרות ניתוחים proteomic רבים בוצעו על הסלולרסולם proteome, אפיוני proteomic על תאי subcellular הוכיח להיות במיוחד אינפורמטיבי 1. זה בא לידי ביטוי גם במחקרים של הידבקות ב- HIV-1.
Exosomes, 30-100 שלפוחית קרום ננומטר המופרש על ידי מגוון רחב של סוגי תאים 2, 3, הם מרכיבים קריטיים של תקשורת בין תאית ותחבורה מולקולרית. הם התגלו בעבר למלא תפקידים חשובים בתהליך 4 ניצני HIV-1, 5. על ידי שילוב של ניתוח proteomic עם לנתיחה פונקציונלית, מצאנו כי exosomes שוחרר מבית HIV-1 תאים נגועים מורכב מולקולות רגולטוריות חתימה ונמל חלבון ייחודיות כמותית שונים המשפיעות תכונות הסלולר על תאי שכנים פתוחים, כוללים אפופטוזיס הסלולר ושגשוגם 6. השיטות מתוארות פרוטוקול זה,כלומר SILAC (תיוג איזוטופ יציב על ידי חומצות אמינו תרבית תאים) 7 אפיון proteomic מבוסס של exosomes מתאי נגועים ב- HIV-1. ניתן ליישם גישות דומות כדי להבין טוב יותר תאים subcellular אחרים בזמן בפתוגנזה ידי התאמת הלחץ ניסיוני לתא או חלק מסוים של עניין ולהפוך את השינויים הדרושים כדי ההליכים המתוארים.
בהינתן ההתפתחות האחרונה של שיטות proteomic כמוני, יש הרבה לבחירה בעת בחירת השיטה היעילה ביותר עבור ניסוי מסוים. ביניהם ניתן למנות את iTRAQ מבוסס הכימי (תגי isobaric כימות יחסית ומוחלטת) 8 ואת ללא התווית MRM (ניטור תגובה מרובה) 9 טכניקות. שתי השיטות הם כלים רבי עוצמה הם בחירה טובה עבור הגדרות ספציפיות. עבור מעבדה אופיינית בעיקר בעבודה עם שורות תאים, עם זאת, יש שתי שיטות אלה relatively עלויות גבוהות יותר והם יותר זמן רב בהשוואה לשיטה המבוססת SILAC. SILAC היא טכניקה תיוג מבוסס מטבולית המשלבת צורות איזוטופי nonradioactive של חומצות אמינו מן התקשורת והתרבות לתוך חלבונים תאיים. בדרך כלל, ניסויי SILAC להתחיל עם שתי אוכלוסיות תאים, למשל, נגוע נגוע. כל שכותרתו דיפרנציאלי בסביבת איזוטופים הספציפית שלה עד תיוג מלא מושגת. Exosomes שכותרתו של תאים אלה חשופים אז כדי מיצוי חלבון. לאחר שחולץ, חלבוני exosomal שכותרתו מנותחים באמצעות ספקטרוסקופיית מסות טנדם כרומטוגרפיה הנוזלית 10. לבסוף, את התוצאות ספקטרומטריית מסה וחלבונים שכותרתו משמעותית חשופים סטטיסטי וביואינפורמטיקה מנתח וכן אימות ביוכימיים קפדנית. התחקירים הקודמים שלנו מראים כי נהלי SILAC / exosome מתאימים יותר עבור שורות תאים מאשר תאים ראשוניים, כמו שורות תאים בדרך כלל נמצאותמדינה מתרבה פעילה עבור תיוג איזוטופי יעיל,
1. תא תרבות ו- HIV-1 זיהום
הערה: לפני שמתחילים ניסויים, מומלץ לבדוק את הכדאיות של התאים באמצעות Trypan כחול מכתים 11 ושגשוגם שלהם באמצעות assay MTT 12. זה גם קריטי להשתמש בינוני SILAC מוכן חדש. שורות תאים שונות ניתן להשתמש, כל עוד הם נמצאים בשלב שגשוג פעיל, והם רגישים זיהום HIV-1, או תנאי הבדיקה של בחירה. בפרוטוקול זה, השתמש שורת תאי H9 כמו בדוגמא.
2. בידוד Exosome
הערה: באמצעות סדרה של צעדי ultracentrifugation, שברי exosomal מן supernatants התרבות מועשרים 15. בצע את כל השלבים הבאים ב 4 ° C, עם הרוטור ultracentrifuge שיכולים להגיע למהירות של g x 100,000 לפחות.
3. חלבון כרייה הכנה
4. אימות מערביות סופג
הערה: המערבי סופג מומלץ לוודא תוצאות ספקטרומטריית מסה.
5. ניתוח נתונים proteomic
הערה: הערכת איכות נתונים, מקדים נתונים, חישוב וקביעת מועמדי חלבון משמעותיים נעשית בנפרד לכל MS לשכפל. לאחר ניתוחים לעיל הושלמו, הנתונים שנותחו מן המשכפל מושווים ומשולבים 6, 20, 21.
6. אימות ביואינפורמטיקה ואפיון
הערה: מידע גנומי bioinformatic קיים מציע שפע של מידע כמעט על כל חלבון. כריית נתונים וניתוח ביואינפורמטיקה על מידע שיכולים לסייע בהשגת מידה רבה של תובנה הנכס והפונקציות של המועמדים המשמעותיים. proce זהss הוא בדרך כלל יש צורך לתכנן את הניסויים רטוב-מעבדה במורד הזרם הנכון.
איור 1 א הוא תרשים זרימה המפרט את ההליך תיוג SILAC 21. על מנת לטהר את exosomes, הדגימות חייבות להיות סובבות למטה באמצעות צנטריפוגות. איור 1B מציגה את השלבים של טיהור exosome ידי ultracentrifugation סדר 21. לאחר מטוהרים, את exosomes כפ?...
בשנת ההליכים המתוארים במאמר זה, אנו הוכחנו את היישום של טכניקת SILAC כדי לחקור את ההשפעה של זיהום HIV-1 על proteome המארח exosomal. בתחילה, נגוע ו- HIV-1 תאים נגועים הם איזוטופ שכותרתו דיפרנציאלי. Exosomes שכותרתו דיפרנציאלי אז הם מטוהרים לפני ביצוע מיצוי חלבון. לאחר מכן, ספקטרומטריית מס?...
The authors have declared no conflict of interest.
עבודה זו נתמכה על ידי תוספת ערה לאורך החיים / טאפטס / בראון וכפר, P30AI042853-13S1, NIH P20GM103421, P01AA019072, R01HD072693, ו K24HD080539 כדי BR. עבודה זו נתמכה גם על ידי קרן המחקר פיילוט תוחלת חיים (# 701- 5857), רוד איילנד קרן למחקר רפואי גרנט (# 20,133,969), ו- NIH COBRE URI / קריווי פיילוט מענק מחקר (P20GM104317) כדי ML. אנו מודים ג'יימס Myall ו Vy דאנג לעזרה בהכנת כתב היד דמות.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
H9 cell line | ATCC | HTB-176 | |
Trypan Blue | Thermo Fisher | 15250061 | |
MTT assay kit | Thermo Fisher | V13154 | |
Dialyzed fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher | 26400044 | |
SILAC Protein Quantitation Kit – RPMI 1640 | Thermo Fisher | 89982 | DMEM version (89983) |
L-Arginine-HCl, 13C6, 15N4 for SILAC | Thermo Fisher | 88434 | |
L-Lysine-2HCl, 13C6 for SILAC | Thermo Fisher | 88431 | |
HIV-1 NL4-3 | NIH AIDS Reagent Program | 2480 | |
Alliance HIV-1 p24 Antigen ELISA kit | PerkinElmer | NEK050001KT | |
Refrigerated super-speed centrifuge | Eppendorf | 22628045 | |
Refrigerated ultracentrifuge | Beckman Coulter | 363118 | Should be able to reach 100,000 x g |
50 mL Conical Centrifuge Tubes | Thermo Fisher | 14-432-22 | |
Ultracentrifuge Tubes | Beckman Coulter | 326823 | |
SW 32 Ti Rotor | Beckman Coulter | 369694 | |
RIPA buffer | Thermo Fisher | 89900 | |
Protease Inhibitor Cocktails | Thermo Fisher | 78430 | |
ThermoMixer | Eppendorf | 5384000020 | |
BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher | 23250 | |
Spectrophotometer | Biorad | 1702525 | |
SDS PAGE Gel apparatus | Thermo Fisher | EI0001 | |
Novex 4-20% Tris-Glycine Mini Gels | Novex | XV04200PK20 | |
Gel staining reagent | Sigma Aldrich | G1041 | |
Sequencing Grade Modified Trypsin | Promega | V5111 | |
SpeedVac Concentrator | Thermo Fisher | SPD131DDA | |
Antibody to human annexin A5 | Abcam | ab14196 | |
Antibody to human lactate dehydrogenase B chain | Abcam | ab53292 | |
Graphing and Statistical Software | Systat | SigmaPlot | Or GraphPad Prism |
Quantitative proteomics software suite | Max Planck Institue of Biochemistry | Maxquant | |
Software and databases | Various vendors | Refer to main text for details |
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