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Method Article
I progressi nella spettrometria di massa hanno permesso l'analisi ad alta velocità di espressione della proteina e la modifica in una miriade di tessuti. In combinazione con frazionamento subcellulare e modelli di malattia, di massa quantitativa spettrometria e bioinformatica può rivelare nuove proprietà nei sistemi biologici. Il metodo qui descritto analizza cromatina proteine associate alla regolazione di malattie cardiache ed è facilmente applicabile ad altre In vivo Modelli di malattie umane.
Nel nucleo risiedono le proteomi le cui funzioni sono più intimamente collegati con regolazione genica. Adulto nuclei cardiomiociti mammiferi sono unici a causa della elevata percentuale di cellule binucleated, 1 lo stato prevalentemente eterocromatico del DNA, e la non divisione natura del cardiomiociti che rende nuclei adulto in uno stato permanente di interfase. 2 Regolazione trascrizionale durante lo sviluppo e la malattia sono stati ben studiati in questo organo, 3-5 ma ciò che rimane relativamente inesplorato è il ruolo svolto dalle proteine nucleari responsabili per il confezionamento del DNA e di espressione, e di come queste proteine controllare i cambiamenti nei programmi trascrizionali che si verificano durante la malattia. 6 Nella sviluppato mondo, la malattia di cuore è la causa numero uno di mortalità sia per gli uomini e le donne. 7 Insight su come proteine nucleari cooperano per regolare la progressione di questa malattia è fondamentale per far progredire l'attuale trattamento opzioni.
La spettrometria di massa è lo strumento ideale per affrontare queste domande in quanto permette una annotazione imparziale della quantificazione nucleare proteoma e relativo per come l'abbondanza di queste proteine cambiamenti con la malattia. Mentre ci sono stati diversi studi di proteomica per mammiferi complessi proteici nucleari, 8-13 fino a poco tempo 14 vi è stato un solo studio che esamina la proteoma cardiaco nucleare, ed è considerato il nucleo intero, piuttosto che esplorare il proteoma a livello di compartimenti sub nucleari . 15 In gran parte, questa carenza di lavoro è dovuta alla difficoltà di isolare nuclei cardiaca. Nuclei cardiaca avvenire entro un rigido e denso actina-miosina dell'apparecchio a cui sono collegati tramite estensioni multiple dal reticolo endoplasmatico, nella misura in cui altera contrazione miociti loro forma complessiva. 16 Inoltre, cardiomiociti sono il 40% in volume mitocondri 17 che necessitates arricchimento del nucleo parte le altri organelli. Qui si descrive un protocollo per cardiaca arricchimento nucleare e ulteriore frazionamento in compartimenti biologicamente rilevanti. Inoltre, i metodi di dettaglio per l'etichetta senza dissezione massa quantitativa spettrometria di queste frazioni-tecniche suscettibili di sperimentazione in vivo in vari modelli animali e sistemi di organi in cui marcatura metabolica non è fattibile.
Il flusso di lavoro sperimentale contiene sette fasi principali (Figura 1). Per ogni lavoro che coinvolge i campioni che verranno eseguiti sul spettrometro di massa, lo sperimentatore deve indossare un camice da laboratorio, guanti e retina per capelli e fare attenzione per evitare la contaminazione da polvere e spargimento personale di cheratina.
1. Cuore Omogeneizzazione e isolamento nucleare
Cuore di topo sono omogeneizzare e una intatta nuclei pellet è isolato (Figura 2).
2. Nucleoplasma e detergente-estratto Frazionamento cromatina
Il grezzo nuclei pellet viene separato in una nucleoplasma e detergente-estratta frazione cromatina, contenente proteine liberamente associate al DNA.
3. Acid-estrazione Frazionamento - DNA-proteina legato Enrichment
Si arricchisce di un frazionamento separati per le proteine strettamente legate al DNA, tra cui gli istoni.
4. Purezza Verifica
Western blot e la microscopia elettronicaconfermare arricchimento successo dei nuclei e l'esaurimento di altri organelli. Per visualizzare i risultati tipici per tutti i seguenti saggi di controllo di qualità, si prega di consultare la nostra pubblicazione precedente 18.
Considerazioni importanti per arricchire contro depurazione nuclei. Questo protocollo è stato sviluppato per consentire analisi proteomica della cromatina cardiaca allo scopo di studiare i processi globali di regolazione genica durante la malattia. Una componente importante della progettazione di tutto il proteoma esperimenti di spettrometria di massa è la questione della gamma dinamica e di essere in grado di identificare e caratterizzare le proteine a bassa abbondanza. Oltre all'obiettivo primario di fornire informazioni sulla biologia nucleare e cromatina-specifici, per arricchire il proteoma nucleare, aumenta la probabilità di rilevare queste proteine a bassa abbondanza, così come subfractionation ulteriore dei nuclei. Tuttavia, come discusso, il cardiomiociti adulti ha una componente citoscheletrico densa collegato alla membrana nucleare. Noi non crediamo che abbiamo completamente purificati i nuclei di queste altre componenti cellulari. Tuttavia, arricchendo solo per i nuclei, abbiamo ottenereed una soglia accettabile per consentire i tipi di analisi descritto.
Specificamente, abbiamo EM usato per valutare la purezza della nostra nuclei pellet greggio e trovato 60-80% della frazione da nuclei intatti, circa il 10% mitocondri, e il resto detriti. Inoltre, sappiamo da un nostro precedente studio sulla popolazione nuclei intatti, che, mentre molti non miofilamenti sono arricchiti da questo protocollo (compresi tubulina e actina come misurato da occidentale) alcune proteine (calsarcin-1) sono arricchiti, suggerendo una popolazione vera biologica queste proteine nei nuclei cardiaca 19.
Inoltre, abbiamo confrontato le proteine abbiamo trovato ad essere presente nel estratte con acido frazione cromatina, ai ruoli previsti di queste proteine dall'ontologia gene. È importante sottolineare che questa analisi ontologia gene non tiene in considerazione l'abbondanza relativa delle diverse proteine (così come i nostri dati Western Blot), ma conta piuttosto tutte le proteine identificate (arricchirendr o meno) uguali al momento di individuare percorsi comuni e compartimenti cellulari. L'analisi di queste vie e dei compartimenti cellulari si trovano nelle nostre pubblicazioni precedenti. 18,20 più importante, il successo della arricchimento nel estratte con acido, frazione cromatina ci ha permesso di identificare la presenza di 54 varianti istoniche in miociti topo adulto, 18 molte delle quali basata su un peptide unico per l'identificazione e, quindi, probabilmente non sono stati rilevabili senza questo protocollo di arricchimento data l'enorme complessità del proteoma cardiomiociti totale. Delle proteine 1048 abbiamo identificato dai nuclei cardiaca, 56 di essi (5,3%) sono stati annotati da GO analisi a far parte del nucleosoma (un componente del nucleo di interesse). Un altro studio guardando il cuore, identificato 6.180 proteine, di cui solo 11 proteine (0,18%) sono stati annotati far parte del nucleosoma 21. Ciò conferma ulteriormente la forza del nostro protocollo meaningfully arricchire per le proteine nucleari.
5. Proteine Gel e enzimatica delle proteine Digest
Le proteine sono separate da uno dimensionale SDS-PAGE e tripsina digerito da eseguire sul spettrometro di massa.
6. Spettrometria di massa e analisi dei dati
Campioni sono separati su un LC e analizzati mediante MS / MS. Gli spettri sono confrontati con un database di proteine per l'identificazione di proteine.
7. Etichetta senza quantificazione
Determine l'abbondanza relativa di proteine usando label-free quantificazione (Figura 4).
Considerazioni importanti per l'etichetta senza quantificazione. Quando si esegue l'etichetta priva di quantificazione, particolare attenzione deve essere data per assicurare la preparazione uniforme del campione, il tempo di digestione e le condizioni di LC-MS/MS come ogni campione devono essere elaborati e analizzati separatamente. A differenza di metapprocci in materia di etichettatura, abolic confronti nel label-free esperimenti sono fatti sui dati di spettrometria di massa distinta corre (a causa della mancanza di etichettatura di evitare la possibilità di correre insieme), cosicché egli debba alta riproducibilità in tutti gli aspetti di analisi dei campioni (cioè di preparazione del campione, LC e ms) e l'uso di spettrometri di massa ad alta precisione di massa.
Per tenere conto di lievi modifiche nella preparazione del campione e analisi uno standard noto può essere aggiunto ad ogni campione per facilitare la normalizzazione dei dati. Inoltre, la maggior parte dei programmi software consentono normalizzazione delle intensità di segnale (ad esempio regolando al rumore di fondo o di un analita noto abbondante) dopo l'acquisizione dei dati di conto delle differenze di iniezione, ionizzazione e frammentazione. Algoritmi di allineamento esistono nella maggior parte dei sopra citati programmi software che aiutano a correggere differenze nei profili di eluizione del peptide. L'uso di repliche biologiche e tecnico è Essenziale in questo tipo di studio, in quanto consente analisi statistiche per confermare la riproducibilità e coerenza delle variazioni osservate in abbondanza proteine.
Figura 4 mette in evidenza l'utilità di questa forma di quantificazione relativa. Mostrata nel pannello di sinistra sono i singoli picchi peptide monoisotopico (sovrapposto da diversi tipi di mouse), che sono state designate come appartenenti alla proteina HMGB1 (identificato tramite ricerca nel database). Ogni picco, essenzialmente un cromatografo ionico estratta per il dato peptide, proviene da un mouse diverso. I gruppi rappresentano tre diversi stati fisiologici: basale, l'ipertrofia cardia...
Due metodi principali per isolamento nucleare sono stati esaminati in precedenza: 27 uno è la tecnica di omogeneizzazione Behrens tessuto liofilizzato in un solvente non acquoso e la seconda, una modifica che usiamo qui, omogeneizzazione di tessuto in una soluzione acquosa di saccarosio / soluzione salina seguita dal differenziale o centrifugazione in gradiente di densità.
Subfractionation dei nuclei mediante estrazione acido su campioni di tessuto è uno strumento importante pe...
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Il laboratorio Vondriska è supportato anche da finanziamenti del National Institute Heart, Lung e il Sangue del NIH e la Fondazione Laubisch alla UCLA. EM è destinatario del S. Jennifer Buchwald Graduate Fellowship in Fisiologia presso la UCLA, HC è il destinatario di un American Heart Association Pre-dottorato, MP è il destinatario di un Ruth NIH Kirschstein post-dottorato, e SF è il destinatario di un NIH K99 Award.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome del reagente | Azienda | Numero di catalogo | |
Dulbeco Eagle modificato Media | Invitrogen | 11965 | |
Proteasi pellet | Roche | 04 693 159 001 | |
100 um filtro | BD Falcon | 352360 | |
Ultracut ultramicrotomo | Reichert | ||
100CX elettronica a trasmissione Microscopio | JEOL USA, Inc. | ||
Rigogolo | BioRad | 161-0496 | |
Istone H2A anticorpo | Santa Cruz | sc-8648 | |
Nucleoporin anticorpo p62 | BD Biosciences | 610498 | |
Adenina nucleomarea trasportatore anticorpo | Santa Cruz | sc-9299 | |
BiP anticorpo | Santa Cruz | sc-1050 | |
Tubulina | Sigma | T1568 | |
Istone H3 anticorpo | Abcam | ab1791 | |
Fibrillarina anticorpo | Segnalazione cellulare | C12C3 | |
SNRP70 anticorpo | Abcam | ab51266 | |
E2F-1 anticorpo | Thermo Fisher | MS-879 | |
Retinoblastoma anticorpo | BD Biosciences | 554136 | |
Ipossia inducibile fattore-1 anticorpo | Novus Biologicals | NB100-469 | |
BCA proteina test | Thermo Scientific | 23227 | |
Colonna a fase inversa | Obj Nuovocace | PFC7515-B14-10 | |
Bioworks Browser | Thermo Scientific |
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