A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
לכידת שינויים דינמיים בהפעלת החלבונים של תאי דם אדומים מעוררים אתגרים מתודולוגיים, כמו שימור שינויים דינמיים לגירויים חריפים לצורך הערכה מאוחרת יותר. הפרוטוקול המוצג מתאר טכניקות הכנת דגימה וצביעה המאפשרות שימור וניתוח של שינויי חלבון רלוונטיים וזיהוי לאחר מכן.
תיוג נוגדנים של חלבוני תאי דם אדומים (RBC) הוא שיטה נפוצה, כמותית למחצה, לזיהוי שינויים בתכולת החלבון הכוללת או שינויים חריפים במצבי הפעלת חלבון. זה מאפשר הערכה של טיפולי RBC, אפיון של הבדלים במצבי מחלה מסוימים, ותיאור של קוהרנטיות תאית. זיהוי של הפעלת חלבון שהשתנתה בחריפות (למשל, באמצעות מכנוטרנסדוקציה) דורש הכנת דגימה נאותה כדי לשמר שינויים זמניים בחלבון. העיקרון הבסיסי כולל השתקה של אתרי קשירת המטרה של חלבוני RBC הרצויים כדי לאפשר קשירה ראשונית של נוגדנים ראשוניים ספציפיים. הדגימה מעובדת עוד יותר כדי להבטיח תנאים אופטימליים לקשירת הנוגדן המשני לנוגדן הראשוני המתאים. בחירת נוגדנים משניים שאינם פלואורסצנטיים דורשת טיפול נוסף, כולל צימוד ביוטין-אבידין ויישום של 3,3-diaminobenzidine-tetrahydrochloride (DAB) כדי לפתח את הצביעה, אשר צריך להיות נשלט בזמן אמת תחת מיקרוסקופ על מנת לעצור את החמצון, ובכך את עוצמת הצביעה, בזמן. לזיהוי עוצמת הצביעה, התמונות מצולמות באמצעות מיקרוסקופ אור סטנדרטי. בשינוי של פרוטוקול זה, נוגדן משני מצומד פלואורסצאין יכול להיות מיושם במקום, אשר יש את היתרון כי אין צורך בשלב פיתוח נוסף. הליך זה, לעומת זאת, דורש מטרת פלואורסצנטיות המחוברת למיקרוסקופ לזיהוי כתמים. בהתחשב באופי הכמותי למחצה של שיטות אלה, הכרחי לספק מספר כתמי בקרה כדי להסביר תגובות נוגדנים לא ספציפיות ואותות רקע. כאן, אנו מציגים הן פרוטוקולי צביעה והן את התהליכים האנליטיים המתאימים כדי להשוות ולדון בתוצאות וביתרונות בהתאמה של טכניקות הצביעה השונות.
תאי דם אדומים (RBCs) חוצים את מערכת הלב וכלי הדם במשך 70 עד 140 ימים, עם גיל RBC ממוצע של כ -115 ימים 1,2. RBCs מזדקנים או פגומים מוסרים ממחזור הדם על ידי אריתרופאגוציטוזה, תהליך ניקוי יעיל המונע על ידי מקרופאגים3. תוחלת החיים שנקבעה מראש של תאים אלה היא אחת התוצאות של ויתור על אברוני התא, כולל הגרעין, המיטוכונדריה והריבוזומים, במהלך התמיינות והבשלה4. לפיכך, RBCs במחזור נטולי מנגנון תרגומי, המונע סינתזה של חלבונים חדשים3. מכאן נובע כי שינויים דינמיים לאחר תרגום חלבונים קיימים מייצגים את המנגנון המעשי היחיד של ויסות ביוכימי חריף בתגובה לגורמי עקה חוץ-תאיים ותוך-תאיים הפועלים על RBCs5.
נראה כי כוחות מכניים הם רמזים חוץ-תאיים עיקריים הגורמים להפעלה או אפנון של מסלולים ביוכימיים בתוך RBCs. גילוי החלבון הרגיש למכנו, Piezo1, בקרומי RBC6 נתן השראה למספר קווי מחקר שחקרו איתות המופעל מכנית בתאים אלה7. לדוגמה, ההתקדמות האחרונה הראתה כי התכונות הפיזיקליות של RBCs מווסתות באופן פעיל על ידי שינויים חריפים ודינמיים של חלבונים8, הכולל זרחן לאחר תרגום ויוביקוויטינציה9. מכיוון ששינויים נורמליים אלה שונים במחלות מסוימות 9,10,11, נראה שיש עניין מדעי וקליני לקבוע את מצב ההפעלה של חלבוני RBC, במיוחד ביחס לתהליכים מכנוביולוגיים.
קביעת שינויים חריפים במצבי הפעלת חלבון RBC מציבה כמה אתגרים מתודולוגיים. לדוגמה, אחסון דגימות RBC לניתוח מאוחר יותר דורש שימור של חלבוני RBC שעברו שינוי, מכיוון ששינויים לאחר תרגום אינם עמידים. יתר על כן, שיטות קלאסיות לזיהוי חלבונים (למשל, כתם מערבי) ידועות לשמצה כקשות לסטנדרטיזציה ב- RBCs בשל השפע הנמוך של חלבונים ביחס להמוגלובין, המהווה ~98% מתכולת החלבון בתאים אלה12. לפיכך, צביעה מבוססת נוגדנים של RBCs שהשתמרו כימית הייתה השיטה המועדפת בעת חקירת שינויים חריפים של חלבוני RBC חשובים, כגון איזופורם ספציפי ל-RBC של סינתאז תחמוצת החנקן (RBC-NOS)13,14. הוכח כי RBC-NOS מייצר באופן אנזימטי תחמוצת החנקן (NO), שנראה חיוני לתכונות RBC חיוניות, כולל עיוות RBC15,16,17. שינויים לאחר תרגום של RBC-NOS מווסתים את פעילות האנזים הקטליטי, כאשר זרחן של שאריות סרין 1177 מתואר כמגביר את פעילות האנזים, בעוד זרחן של שאריות סרין 114 או תראונין 495 נקשרו לירידה בפעילות RBC-NOS18,19.
באופן קולקטיבי, שינויים זמניים של חלבוני RBC תורמים לתפקוד תאי חשוב, ופרוטוקולים סטנדרטיים המאפשרים זיהוי של חלבונים מהונדסים אלה הם בעלי ערך גבוה. כאן, אנו מציגים שני פרוטוקולים נפרדים המנצלים נוגדנים ספציפיים כדי להקל על זיהוי הפעלת חלבון RBC-NOS, ודנים בהמלצות לניתוח נתונים ופענוח.
הביצועים של הפרוטוקולים המתוארים הוערכו על ידי מדידת העלייה המדווחת היטב בזרחון של RBC-NOS בשאריות סרין 1177 בתגובה לכוחות מכניים המשקפים את אלה המתרחשים בתוך כלי הדם האנושיים (5 Pa).
הפרוטוקולים המתוארים כאן עולים בקנה אחד עם הצהרת הלסינקי ואושרו על ידי ועדות האתיקה של אוניברסיטת הספורט הגרמנית קלן (16/9/2013) ואוניברסיטת גריפית (2019/808). המתנדבים נבדקו כדי לוודא היעדר פתולוגיות רלוונטיות וסיפקו הסכמה מדעת בכתב.
1. צביעת חלבוני RBC באמצעות פרוטוקולים אימונוהיסטוכימיים
הערה: רשימה מפורטת של הכימיקלים והחומרים הדרושים מופיעה בטבלת החומרים. הסעיפים הבאים מתארים את הכנת התמיסות הנדרשות, ולאחר מכן תיאור מפורט של פרוטוקול האימונוהיסטוכימיה (איור 1).
איור 1: סכמטיות של הצעדים הבודדים הדרושים לצביעה אימונוהיסטוכימית ואימונופלואורסצנטית של RBC-NOS באתר זרחן 1177. זרימת עבודה טיפוסית של הפרוטוקולים המוצגים נמתחת מהכנת תמיסה ודגימת דם לזיהוי והדמיה מבוססי נוגדנים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: תיאור תהליך הקיבוע ויצירת מריחת הדם. (סכימה שנוצרה באמצעות BioRender.com.) דגימות דם מדוללות מקובעות כימית בפרפורמלדהיד, ואז צנטריפוגות ונשטפות במי מלח חוצצים פוספט. לבסוף, דם מרחף מחדש על מגלשת זכוכית ומקובע תרמית באמצעות ריחוף מעל להבת מבער בונזן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
טבלה 1: תנאי הכנה ואחסון לתמיסות הדרושות לצביעה אימונוהיסטוכימית. ניתן להכין את הפתרון לפני הפרוטוקול. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 2: תיאור תמיסות נוגדנים לשימוש מיידי. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 3: רכיבים ופרוטוקול להכנת פתרון DAB לשימוש מיידי. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
2. תיוג פלואורסצנטי של חלבוני RBC
הערה: החלק הבא מתאר התאמה של הפרוטוקול האימונוהיסטוכימי, שפותח במטרה לאפשר שימוש בנוגדנים עם מצומדים פלואורסצנטיים (איור 1).
הכנת דגימות דם לפרוטוקול אימונופלואורסנציה זהה לזו המתוארת בסעיף 1, ולכן הסעיף הבא מתחיל מצביעת דגימות.
הפרוטוקול המוצג, המתאר שיטות המאפשרות זיהוי שינויים חריפים בחלבוני RBC, נבדק על שינוי חלבון ידוע ורגיש מכנית: זרחן של RBC-NOS בשאריות סרין 1177. דם מלא נלקח ממתנדבים בריאים ולאחר מכן פוצל לשני אליציטוטים נפרדים. דגימת דם נתונה נחשפה ללחץ גזירה מכני בסדר גודל פיזיולוגי (5 Pa) במשך 300 שניות, אשר הוכח ב?...
ספרות עדכנית מצביעה על כך שלחלבון RBC-NOS יש חשיבות מכרעת לוויסות עיוות RBC 15,22,23, שבתורו מקל על המעבר שלהם דרך נימים צרים 24. פעילות החלבונים תלויה מאוד בשינויים חלבוניים לאחר התרגום, במיוחד הזרחן של שאריות מסוימות18. ?...
כל המחברים גילו כי אין ניגודי אינטרסים.
LK מודה בתמיכתה של מלגת תוכנית הכשרת המחקר של ממשלת אוסטרליה.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3,3′-Diaminobenzidin -tetrahydrochloride Hydrate | Sigma/Merck | D5637 | DAB |
Ammoniumchloride | Merck /Millipore | 101145 | NH4Cl |
Centrifuge 5427 R | Eppendorf | 5409000010 | |
Coverslips | VWR | 631-0147 | |
di-sodium Hydrogen Phosphate Dihydrate | Merck /Millipore | 106580 | Na2HPO4. 2 H2O |
Disposable transfer pipettes | VWR | 612-6803 | |
Entellan | Merck /Millipore | 107961 | rapid mounting medium for microscopy |
Ethanol denaturated using 1 % methyl ethyl ketone (MEK) | Hofmann | 642 | |
Glucose-Oxidase | Sigma/Merck | G2133 | |
Grease pencil | Dako | S 2002 | |
Horse-radish peroxidase/ExtrAvidin−Peroxidase | Sigma/Merck | E-2886 | HRP |
Hydrochloric acid | Merck /Millipore | 109057 | HCl |
Hydrogen peroxide, 30% | Merck /Millipore | 107203 | H2O2 |
ImageJ Software | Freeware | ||
Laser-assisted optical rotational cell analyser (LORCA) | RR Mechatronics | Ektacytometer instrument used for shearing | |
Methanol | Merck /Millipore | 106009 | |
Microscope slides | VWR | 630-1985 | |
Nickel(II)-sulfate Hexahydrate | Sigma/Merck | N4882 | NiSO4.6H2O |
Normal Goat serum | Agilent/DAKO | X0907 | NGS |
Paraformaldehyde | Merck /Millipore | 818715 | PFA |
Pipettes Eppendorf Reference 2 | VWR | 613-5836/ 613-5839 | |
Rabbit Anti-phospho eNOS Antibody (Ser1177) | Merck/Millipore | 07-428-I | Primary Antibody |
Reaction tubes, 2ml | Eppendorf | 30120094 | |
Secondary Antibody goat anti rabbit | Agilent/DAKO | E0432 | Secondary Antibody |
Skim milk powder | Bio-Rad | 170-6404 | |
Sodium chloride | Merck /Millipore | 106404 | NaCl |
Sodium Dihydrogen Phosphate Monohydrate | Merck /Millipore | 106346 | NaH2PO4.H2O |
Sodium hydroxide, 1 M | Merck /Millipore | 150706 | NaOH |
Tris(hydroxymethyl)-aminomethane | Merck /Millipore | 108382 | Tris |
Trypsin | Sigma/Merck | T7409 | |
Tween20 | Merck /Millipore | 822184 | |
Whatman Glas microfiber filter, quality GF/F | Merck /Millipore | WHA1825047 | |
Xylol | VWR Chemicals | 2,89,73,465 | |
ß-D-Glucose monohydrate | Merck /Millipore | 14431-43-7 |
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