1. Preparare tamponi e reagenti
- Preparare soluzioni fresche di fosfatasi e inibitori della proteasi.
- Aggiungere 17,4 mg di fenilmetansulfonil fluoruro (PMSF) a 1 mL di etanolo al 100% per preparare una scorta di 100 mM.
NOTA: Indossare dispositivi di protezione quando si maneggia PMSF in quanto è pericoloso se ingerito o inalato e a contatto con la pelle o gli occhi. È corrosivo per gli occhi e la pelle.
- Secondo le istruzioni del produttore, preparare un cocktail inibitore della proteasi disponibile in commercio (100x).
- Aggiungere 91,9 mg di ortovanadato di sodio (SOV) a 1 mL di acqua deionizzata per preparare una scorta di 500 mM.
NOTA: Indossare dispositivi di protezione quando si maneggia SOV in quanto è pericoloso se ingerito, inalato o a contatto con gli occhi. Una grave sovraesposizione può provocare la morte.
- Preparare il tampone di lisi A, il tampone di isolamento citoplasmatico (CI), il tampone di solubilizzazione cellulare (CS), il tampone di lisi nucleare (NL), il tampone di lisi B, il tampone di omogeneizzazione cellulare (CH), il diluente di iodixanolo e i detergenti.
- Aggiungere 8,7 g di cloruro di sodio (NaCl) e 50 ml di acido 4-(2-idrossietil)-1-piperazineetanosolfonico (HEPES, 1 M, pH 7,4) a 950 ml di acqua deionizzata per preparare il tampone di lisi A (concentrazioni finali di 150 mM NaCl e 50 mM HEPES).
- Preparare soluzioni madre di detergenti come segue: aggiungere 0,1 g di sodio dodecilsolfato (SDS) a 10 ml di tampone di lisi A (concentrazione finale dell'1% SDS), aggiungere 0,1 g di desossicolato di sodio a 10 ml di tampone di lisi A (concentrazione finale dell'1%), aggiungere 2,5 mg di digitonina a 10 ml di tampone di lisi A (concentrazione finale di 250 μg/ml), e aggiungere 1 mL di detergente non ionico e non denaturante (vedere la tabella dei materiali) a 9 ml di tampone di lisi A (concentrazione finale del 10% (v/v)).
- Preparare il tampone CI aggiungendo 10 μL di stock PMSF (100 mM), 10 μL di inibitore della proteasi (100x), 2 μL di stock SOV (500 mM) e 100 μL di digitonina madre (250 μg/mL) a 878 μL di tampone di lisi A (concentrazioni finali di 1 mM PMSF, 1x inibitore della proteasi, 1 mM SOV e 25 μg/mL di digitonina). Mantenere la soluzione su ghiaccio fino all'aggiunta al pellet cellulare.
- Preparare il tampone CS aggiungendo 10 μL di stock di PMSF (100 mM), 10 μL di inibitore della proteasi (100x), 2 μL di stock di SOV (500 mM), 100 μL di materiale detergente non ionico e non denaturante (vedere la tabella dei materiali) (10%) e 118 μL di stock di glicole esilenico (8,44 M) a 760 μL di tampone di lisi A (concentrazioni finali di 1 mM PMSF, 1x inibitore della proteasi, 1 mM SOV, 1% detergente non ionico, non denaturante e 1 M glicole esilene). Mantenere la soluzione su ghiaccio fino all'aggiunta al pellet cellulare.
- Preparare il tampone NL aggiungendo 10 μL di stock di PMSF (100 mM), 10 μL di inibitore della proteasi (100x), 2 μL di stock di SOV (500 mM), 50 μL di stock di desossicolato di sodio (10%), 100 μL di stock di SDS (1%) e 118 μL di stock di glicole esilenico (8,44 M) a 710 μL di tampone di lisi A (concentrazioni finali di 1 mM PMSF, 1x inibitore della proteasi, 1 mM SOV, 0,5% desossicolato di sodio (v/v), 0,1% SDS (p/v) e 1 M glicole esilenico). Mantenere la soluzione su ghiaccio fino all'aggiunta al pellet nucleare.
- Aggiungere 20 ml di HEPES (1 M, pH 7,4), 0,74 g di cloruro di potassio (KCl), 0,19 g di cloruro di magnesio (MgCl 2), 2 mL di acido etilendiamminotetraacetico (0,5 M EDTA),2 mL di glicole etilenico bis(β-amminoetil etere)-N,N,N',N'-tetraacetico (0,5 M EGTA), 38,3 g di mannitolo e 23,9 g di saccarosio a 980 ml di acqua deionizzata per preparare il tampone di lisi B (concentrazioni finali di 20 mM HEPES, 10 mM KCl, 2 mM MgCl2, 1 mM EDTA, 1 mM EGTA, 210 mM mannitolo e 70 mM saccarosio).
- Preparare il tampone CH aggiungendo 10 μL di stock di PMSF (100 mM) e 2 μL di stock di SOV (500 mM) a 988 μL di tampone di lisi B (concentrazioni finali di 1 mM PMSF e 1 mM SOV; regolare il volume finale per adattarsi al numero di cellule da lisare). Mantenere la soluzione su ghiaccio fino all'aggiunta al pellet cellulare.
- Preparare il diluente di iodixanolo aggiungendo 12 mL di HEPES (1 M, pH 7,4), 447 mg di KCl, 114 g di MgCl 2, 1,2 mL di 0,5 M EDTA,1,2 mL di 0,5 M EGTA, 21,3 g di mannitolo e 14,4 g di saccarosio a 88 mL di acqua deionizzata (concentrazioni finali di 120 mM HEPES, 60 mM KCl, 12 mM MgCl2, 6 mM EDTA, 6 mM EGTA, 1200 mM mannitolo e 420 mM saccarosio).
- Conservare i tamponi a 4 °C e la digitonina a -20 °C.
2. Isolamento proteico citosolico
NOTA: I seguenti passaggi consentiranno la crescita e l'espansione delle cellule U937 seguita dall'estrazione di proteine citosoliche. Alla concentrazione utilizzata, la digitonina permeabilizza la membrana plasmatica senza interromperla, consentendo il rilascio di proteine citosoliche e la ritenzione di altre proteine cellulari.
- Coltura delle cellule in RPMI 1640 con siero bovino fetale al 10% a 37 °C e al 5% di CO2. Assicurarsi che le cellule siano cresciute fino a un totale finale di 6 x 108 celle.
NOTA: In questo protocollo, le cellule sono state contate utilizzando un emocitometro e un microscopio standard.
- Centrifugare le cellule coltivate a 400 × g per 10 minuti. Dopo aver eliminato il surnatante, risospendere il pellet cellulare in soluzione salina tamponata fosfato (PBS) a temperatura ambiente ad una concentrazione finale di 4 × 106 cellule/ml e pipettare delicatamente per rompere i grumi.
- Centrifugare la sospensione cellulare a 400 × g per 10 minuti per pellettare le cellule. Eliminare il surnatante e risospendere il pellet cellulare nel tampone di lisi ghiacciato A (preparato al punto 1.2.1) ad una concentrazione finale di 2 × 107 cellule/ml.
- Rimuovere 7,5 mL delle cellule sospese nel tampone di lisi A (3 × 107 cellule) e tenerle in ghiaccio per l'estrazione delle proteine nucleari (sezione 6). Centrifugare la sospensione cellulare a 4 °C, 400 × g per 10 minuti per pellettare le celle.
NOTA: eseguire tutti i passaggi successivi a 4 °C o su ghiaccio e preraffreddare tutti i buffer.
- Eliminare il surnatante, risospendere il pellet cellulare nel tampone CI ad una concentrazione finale di 2 × 107 cellule/ml e pipettare delicatamente per rompere i grumi. Ruotare la sospensione della cella a 4 °C per 20 minuti.
- Centrifugare la sospensione cellulare a 4 °C, 400 × g per 10 minuti e trasferire il surnatante in una provetta pulita. Conservare il pellet cellulare e conservare sul ghiaccio. Centrifugare il surnatante raccolto a 4 °C, 18.000 × g per 20 minuti a pellettare i detriti cellulari.
NOTA: Questa fase di centrifugazione ad alta velocità è fondamentale per prevenire la contaminazione della frazione citosolica con organelli e proteine legate alla membrana.
- Scartare il pellet dopo aver trasferito il surnatante in una provetta da centrifuga pulita. Ripetere entrambe le fasi di centrifugazione nella fase 2.6 fino a quando non si ottiene pellet dopo la centrifugazione.
- Raccogli il surnatante, che è la frazione citosolica. Per la conservazione a breve termine (1 mese), assicurarsi che il surnatante sia conservato a 4 °C. Per la conservazione a lungo termine (>1 mese), combinare il surnatante con 1x tampone Laemmli contenente 1x agente riducente, riscaldare a 95 °C per 7 minuti e conservare a -20 o -80 °C.
- Risospendere il pellet cellulare (dal punto 2.6) nel tampone di lisi A ad una concentrazione finale di 4 × 106 cellule/ml; Pipettare delicatamente per rompere i grumi.
3. Omogeneizzazione cellulare
NOTA: I seguenti passaggi consentiranno l'omogeneizzazione meccanica delle cellule trattate con digitonina (dal punto 2.9), necessaria per l'isolamento delle frazioni proteiche mitocondriali e di membrana.
- Centrifugare la sospensione cellulare nel tampone di lisi A (preparato al punto 2.9), conservare il pellet e scartare il surnatante per rimuovere la digitonina in eccesso e i contaminanti citosolici dal pellet cellulare.
NOTA: Lavaggi ripetuti nel tampone di lisi A possono essere eseguiti per rimuovere i contaminanti citosolici in eccesso.
- Risospendere il pellet cellulare in tampone CH ghiacciato (preparato al punto 1.2.7) ad una concentrazione finale di 4 × 106 cellule/ml. Incubare la sospensione cellulare sul ghiaccio per 30 minuti.
- Se si utilizza un metodo basato su perline per la lisi meccanica, posizionare 30 g di perline di acciaio inossidabile prelavato da 3,2 mm in un tubo a scopa da 50 ml, riempire con 15 ml di tampone di lisi B e mettere su ghiaccio per raffreddare. Se si utilizza un omogeneizzatore Dounce (con un pestello B aderente), riempire con un volume appropriato di tampone di lisi B, inserire il pestello e metterlo sul ghiaccio per raffreddare.
- Dopo l'incubazione (fase 3.2), eliminare il tampone B di lisi dai tubi a perline (o omogeneizzatore Dounce) e trasferire 15 mL della sospensione cellulare al tubo del tallone (o un volume appropriato all'omogeneizzatore).
- Se si utilizza il metodo basato su perline, posizionare i tubi a scopa contenenti la sospensione cellulare nel dispositivo del frullatore e configurare per funzionare per 5 minuti alla velocità 8. Se usi un omogeneizzatore Dounce, tienilo sul ghiaccio ed esegui 40 passaggi con il pestello usando colpi lenti e uniformi (o utilizza un metodo alternativo di lisi cellulare meccanica come dettagliato nella sezione di discussione).
NOTA: se si utilizza un dispositivo di miscelazione diverso da quello utilizzato qui, potrebbe essere necessario determinare empiricamente velocità e tempo.
- Trasferire l'omogenato in una provetta da centrifuga pulita e centrifugarlo a 400 × g per 10 minuti a 4 °C. Trasferire il surnatante in un tubo di centrifuga pulito e risparmiare; Scartare il pellet.
NOTA: Il protocollo può essere messo in pausa qui e l'omogenato conservato a 4 °C per il breve periodo (24 ore).
4. Rimozione dei detriti e isolamento delle frazioni mitocondriali e di membrana grezze
NOTA: I seguenti passaggi consentiranno la rimozione dei detriti cellulari centrifugando l'omogenato a velocità crescenti. Segue la centrifugazione differenziale per l'isolamento delle frazioni mitocondriali e di membrana grezze.
- Centrifugare l'omogenato (dal punto 3.6) a 500 × g per 10 minuti a 4 °C. Trasferire il surnatante in una provetta da centrifuga pulita ed eliminare il pellet.
- Centrifugare il surnatante (dal punto 4.1) a 1.000 × g per 10 minuti a 4 °C. Trasferire il surnatante in una provetta da centrifuga pulita ed eliminare il pellet.
- Centrifugare il surnatante (dal punto 4.2) a 2.000 × g per 10 minuti a 4 °C. Trasferire il surnatante in una provetta da centrifuga pulita ed eliminare il pellet.
- Centrifugare il surnatante (dal punto 4.3) a 4.000 × g per 20 minuti a 4 °C. Trasferire il surnatante in una provetta da centrifuga pulita e conservare il pellet, che è la frazione mitocondriale grezza.
- Centrifugare il surnatante (dal punto 4.4) a 18.000 × g per 1 h a 4 °C. Scartare il surnatante e salvare il pellet, che è la frazione grezza della membrana.
NOTA: Il protocollo può essere messo in pausa qui e i campioni pellettati conservati a 4 °C per il breve termine (24 ore).
5. Purificazione del gradiente di densità isopicnica
NOTA: I seguenti passaggi utilizzano la centrifugazione a gradiente di densità isopicnica per purificare le frazioni mitocondriali e di membrana grezze.
- Preparare una soluzione di lavoro al 50% (v/v) di iodixanolo mescolando 1 parte di diluente (preparato al punto 1.1.3) con 5 parti di iodixanolo [ soluzione madre al 60% (p/v)]. Preparare soluzioni di iodixanolo al 10%, 15%, 20%, 25%, 30% e 35% (v/v) mescolando la soluzione di lavoro al 50% (v/v) con il tampone di lisi B in quantità appropriate.
- Risospendere i pellet mitocondriali grezzi e di membrana (dalle fasi 4.4 e 4.5) ciascuno in 200 μL di tampone di lisi B. Regolare al 45% di iodixanolo (v/v) aggiungendo 1800 μL di soluzione di iodixanolo di lavoro (50% (v/v)) a 200 μL del pellet risospeso.
- Creare un gradiente discontinuo di iodixanolo come segue (regolare i volumi in base alla capacità del tubo per ultracentrifuga): Aggiungere 1 mL di iodixanolo al 15% (v/v) sul fondo di un tubo di ultracentrifuga a parete sottile da 8 mL, aperto, posizionare 1 mL di iodixanolo al 20% (v/v) sotto il primo strato (con la tecnica di sottoposa), seguito dal sottostrato di 1 mL del 25%, 1 mL del 30% e 1 mL del 35% di iodixanolo (v/v).
NOTA: In questo passaggio dovrebbero essere creati 2 gradienti, 1 per la frazione mitocondriale e 1 per la frazione di membrana.
- In 1 gradiente, aggiungere i 2 ml del pellet mitocondriale grezzo (sospeso in iodixanolo al 45% (v / v)) usando la tecnica del sottofondo del tubo al di sotto dello iodixanolo al 35% (v / v). Nell'altro gradiente, aggiungere i 2 ml del pellet di membrana grezzo (sospeso in iodixanolo al 45% (v / v)) utilizzando la tecnica del sottofondo del tubo al di sotto dello iodixanolo al 35% (v / v).
- Aggiungere 1 mL di iodixanolo al 10% (v/v) alla parte superiore di ciascun tubo sfumato sovrapponendolo sopra lo strato del 15%. Bilanciare i tubi entro 0,1 g l'uno dall'altro con l'aggiunta di 10% di iodixanolo (v / v).
- Far ruotare i tubi del gradiente di densità a 4 °C per 18 ore a 100.000 × g. Assicurarsi di impostare l'accelerazione e la decelerazione sui valori minimi per l'ultracentrifuga utilizzata.
NOTA: Nel gradiente mitocondriale, ci sarà una banda visibile all'interfaccia tra il 25% e il 30% di iodixanolo (v / v). Questa è la frazione mitocondriale pura. Nel gradiente di membrana, ci sarà una banda visibile nella frazione di iodixanolo (v / v) del 15%. Questa è la frazione pura della membrana. Ci possono essere bande aggiuntive nelle frazioni di iodixanolo (v / v) del 25% e del 30% nel gradiente della membrana. Questa è contaminazione mitocondriale.
- Raccogliere le frazioni dalla parte superiore del tubo in aliquote da 1 ml, facendo attenzione a ridurre al minimo il volume della frazione contenente le bande visibili e cambiando la punta della pipetta dopo che ogni strato è stato raccolto. In alternativa, forare il lato del tubo a pareti sottili con un ago e raccogliere le bande visibili.
- Conservare i campioni come descritto al punto 2.8 fino alla verifica mediante saggio proteico e western blot.
6. Isolamento delle proteine nucleari
NOTA: Utilizzando detergenti ionici e non ionici e tecniche come la sonicazione e la centrifugazione, i seguenti passaggi solubilizzeranno tutte le membrane cellulari e consentiranno l'isolamento delle proteine nucleari.
- Centrifugare l'aliquota di 7,5 mL di cellule sospese nel tampone di lisi A (dal punto 2.4) ed eliminare il surnatante. Aggiungere 800 μL di tampone CS ghiacciato (preparato al punto 1.2.4) e risospendere il pellet mediante pipettaggio e vortexing. Incubare i campioni su ghiaccio (o a 4 °C) per 30 minuti per distruggere le membrane del plasma e degli organelli proteggendo le proteine nucleari.
- Centrifugare la sospensione cellulare a 7.000 × g per 10 minuti a 4 °C ed eliminare il surnatante. Aggiungere 800 μL di tampone NL ghiacciato (preparato nella fase 1.2.5) al pellet nucleare dopo l'inclusione di 1U/μL benzonasi. Risospendere il pellet mediante pipettaggio delicato. Incubare su un rotatore end-over-end per 30 minuti a 4 °C per distruggere la membrana nucleare.
- Sonicare per 5 s al 20% di potenza con provette di campionamento raffreddate in un bagno di ghiaccio (3x, con pause di 5 s tra gli impulsi), che insieme alla benzonasi (aggiunta al punto 6.2), taglierà gli acidi nucleici.
- Centrifugare il sonicato a 7.800 × g per 10 minuti a 4 °C. Raccogli e salva il surnatante, che è la frazione nucleare. Assicurati di non disturbare il pellet insolubile durante la raccolta del surnatante. Per la conservazione, i campioni possono essere preparati come descritto al punto 2.8.
7. Quantificazione delle proteine e analisi western blot
NOTA: I seguenti passaggi quantificheranno le proteine totali in ciascuna frazione e confermeranno la purezza delle frazioni subcellulari.
- Eseguire un test Bradford standard per quantificare la proteina totale in ogni frazione. Fare riferimento alla Tabella 1 per le rese proteiche attese.
NOTA: Altri saggi proteici come il test dell'acido bicinconinico (BCA) o l'assorbanza a 280 nm possono essere utilizzati per misurare le proteine totali al posto di un test di Bradford.
- Unire le frazioni con 1x tampone Laemmli contenente 1x agente riducente e riscaldare a 95 °C per 7 minuti. Caricare 10 μg di ciascuna frazione in un gel standard SDS-poliacrilammide gel di elettroforesi (PAGE) e far funzionare il gel a 20 mA per 1 ora.
- Trasferire le proteine risolte su una membrana di polivinildifluoruro (PVDF) eseguendo un trasferimento immunoblot standard a 100 V per 30 minuti. Bloccare la membrana PVDF con latte al 5% in 1x soluzione salina tamponata Tris (TBS) contenente lo 0,1% di un detergente non ionico (v/v) per 30 minuti a temperatura ambiente.
- Aggiungere gli anticorpi primari appropriati per rilevare le proteine di mantenimento specifiche per ciascuna frazione subcellulare e incubare per una notte a 4 °C. Lavare la membrana con latte al 5% in 1x TBS contenente lo 0,1% del detergente non ionico (v/v) per 10 minuti a temperatura ambiente.
NOTA: Per questo protocollo, gli anticorpi contro la gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (GAPDH, 1:10000), l'istone H3 (1:2000), il canale anionico voltaggio-dipendente (VDAC, 1:1000) e la Na,K+-ATPasi sono stati utilizzati rispettivamente per frazioni citosoliche, nucleari, mitocondriali e di membrana.
- Aggiungere gli anticorpi secondari coniugati con perossidasi di rafano (HRP) appropriati alla membrana (diluire secondo le istruzioni del produttore) e incubare a temperatura ambiente per 1 ora. Lavare la membrana con latte al 5% in 1x TBS contenente lo 0,1% del detergente non ionico (v/v) per 10 minuti a temperatura ambiente. Sviluppare la macchia utilizzando la chemiluminescenza standard.