Method Article
Here, we present a protocol for the isolation of increasingly insoluble/aggregated alpha-synuclein (α-syn) from post-mortem human brain tissue. Through the utilization of buffers with increasing detergent strength and high-speed ultracentrifugation techniques, the variable properties of α-syn aggregation in diseased and non-diseased tissue can be examined.
Альфа-синуклеина (α-син) белок в большом количестве экспрессируется, главным образом, в нейронах, и существует в нескольких различных форм - мономеров, тетрамеров, олигомеров и фибрилл. Во заболевания, α-син претерпевает конформационные изменения с образованием олигомеров и агрегатов высокие молекулярной массой, которые имеют тенденцию превращать протеин в более нерастворимые. Аномально агрегированный α-син является невропатологических особенностью болезни Паркинсона (БП), деменции с тельцами Леви (DLB) и множественной системной атрофии (MSA). Биохимический анализ характеристик и нерастворимых альфа-син, используя буферов с увеличением силы моющих средств и высокоскоростной ультрацентрифугированием обеспечивает мощный инструмент для определения развития α-син патологии, связанной с прогрессированием заболевания. Этот протокол описывает выделение более нерастворимого / агрегированной а-син из посмертного человеческого головного мозга ткани. Эта методика может быть адаптирована с изменениями в исследованиях нормального и аномального альфа-syn биологии в трансгенных животных, несущих моделей различных альфа-син мутации, а также в других нейродегенеративных заболеваний, которые показывают аберрантных фибриллярных отложений белков, связанных с их соответствующими патологий.
Одним из ключевых патологических особенностей общих среди нескольких нейродегенеративных заболеваний является формирование аномальных белковых агрегатов, что происходит в белок / болезни определенным образом 1. Таким образом, есть характерные extraneuronal бета-амилоида бляшки и агрегированные гиперфосфорилированного депозиты тау внутри нейронов при болезни Альцгеймера (AD); агрегированные альфа-син депозиты в тельцами Леви (LB), которые внутринейрональную включений, а также в пределах дистрофических процессов нейронов, называемых Lewy невриты (LNS) в ПД, ПД деменции и деменции с тельцами Леви (DLBs) 2-4. Аномальные альфа-син месторождения также видели в знаковых поражений глиальных цитоплазматических включений в MSA 5. При болезни Гентингтона, есть характерные Поли-Q отложения, и обязательным ненормальным Тар ДНК белок-43 и сплавляют в саркомы белков (FUS) откладываются в лобно-височных деменций. Важно для PD, генные мутации α-син, как было установлено КауSE аутосомно-доминантное ПД 6-11. Кроме того, α-син гена утроение 12 и дублирование 13 также вызывает семейной PD, таким образом, связывая повышенную экспрессию α-син в pathomechanisms БП. Примечательно, как спорадические случаи и семейные PD гавань аномальные вклады α-син патологии 14. Текущие доступные методы лечения PD только паллиативная и не имеют никакого влияния на прекращение или замедление прогрессирования заболевания неумолимый.
α-син в большом количестве экспрессируется в мозге человека, и составляет около 1% от общего белка мозга. Он присутствует более конкретно в нейронах, но может существовать в более низких хотя количествах в глиальных клетках. Спорным моментом является нативной структуры альфа-син, который может существовать в виде случайного мономера 15 или сложенном тетрамера 16. Во время болезни, α-син меняет свою конформацию, что позволяет ему получить неправильно упакованных и этот процесс считается причиной болезни pathogeНесис. Несмотря на несколько лет исследований в патофизиологических аспектов альфа-син и болезни, точные причины заболевания еще механизмы остаются неясными 14.
Исследования с использованием посмертный анализ мозга Паркинсона до сих пор при условии, важные подсказки относительно нормальной и аномальной биологии α-син и в спорадических PD, а также PD связаны с мутациями в гене LRRK2 17-22. Здесь биохимический протокола экстракции (см схеме, представленной на рисунке 1) для более нерастворимых альфа-син депозитов человека посмертного PD мозговой ткани, которые укрывают α-син агрегатов в разной степени было описано. Эта методика также может быть приспособлена с изменениями в буферных композиций для изучения агрегатные белки из других нейродегенеративных заболеваний 23,24, а также от трансгенного животного мозговой ткани 25-27. Основное внимание на адаптации являются различия в solubiмируемости и общая сумма соответствующих белков, некоторые из которых, главным образом, ядерные и, возможно, потребуется высокой соли буферы для оптимальной экстракции, как показано на FUS 28.
Посмертное ткани мозга были подарены королеве площади Brain Банка неврологических расстройств, Университетский колледж Лондона, Институт неврологии, используя этически утвержденные протоколы и хранятся для исследования основании лицензии, выданной органом человеческого тканей (ОМТ) Великобритания (нет. 12198). См перечень случаев, используемых для этого протокола (таблица 1).
1. Подготовка буферов
2. Образец Гомогенизация и дифференциальные Ультрацентрифугирование
Примечание: следующая часть работы включает в себя обработку человека ткани головного мозга в соответствии с правилами HTA Великобритании. Местные стандартные операционные процедуры следуют на всех Tiмес. Образцы мозга расчленены из замороженных блоков мозга и тканей гомогенизировали материала в microcabinet поддерживается при отрицательном давлении. Одноразовые халаты, перчатки, маски для лица-Над-обуви протекторы и защитные очки носят в течение всей процедуры. Отходы человеческого тканевого отбрасывается после автоклавирования при 121 ° С в течение 20 мин для безопасной утилизации. Острые (скальпель лезвия) расположены в соответствующем контейнер для острых предметов для локализации и безопасной утилизации.
3. Иммуноблоттинг образцов и анализа результатов
TBS, SDS и мочевины растворимых белков, извлеченные из базальных ганглиев в соответствии с протоколом, показанного на фиг.1 проводили на геле и иммуноблоттинг с син-1 мышиного моноклонального альфа-син первичным антителом. ТБ растворимые фракции отображается наличие мономерного альфа-син (~ 14 кДа видов) в ПД и контроля дел, рассмотренных (рис 2А). В SDS растворимые фракции также показал обильные мономерного альфа-син во всех трех подтипов изученных случаях, как показано в нижней блот экспозиции (рис 2С). Случаи PD также показали более высокую молекулярную массу (ММ) альфа-син видов, как видно на высоком блот экспозиции, которые, вероятно, будут олигомеры (рис 2С). Мочевины, растворимые фракции из БП случаях показали повышенные количества альфа-син мономеров, олигомеров и агрегированных видов по сравнению с контрольными дел. В неокортекса идиопатические случаи PD демонстрируют более высокие объемы AGGREG ованные α-син видов, в то время как лимбической случаи показывают промежуточные уровни нерастворимого альфа-син. Оба SDS и мочевины из фракции идиопатических случаев ПД продемонстрировать различные уровни усеченных альфа-син продукции на 12 кДа и 6 кДа, как описано 20. В противоположность этому, случаи управления не показали нерастворимый или агрегированных альфа-син (рис 2E). Полу-количественные показатели плотности отражают количество LB нагрузки как categoriesd помощью α-син иммуногистохимии, демонстрирующий нерастворимый характер агрегированной а-син (рис 2B, 2D, 2F) в неокортекса и лимбической случаях ПД.
Рисунок 1. Принципиальная схема нерастворимого альфа порядке -syn экстракции.rget = "_blank"> Нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2. Типичные иммуноблоты альфа -syn уровнях от PD и контролировать человеческую ткань. TBS, SDS и мочевины растворимые фракции от базальных ганглиев (региона, который таит в α-син патологии в ЧР случаев) идиопатических случаев ПД и неврологических нормально (контроля) Мозги были проанализированы на наличие альфа-син, используя западную иммуноблот. 10 мкг белка наносили на каждую дорожку. В TBS фракции (А), в основном α-син мономеры присутствуют во всех случаях. В SDS фракции (C), некоторые олигомеры альфа-син видны вместе с мономерами преимущественно в PD ткани. В фракций мочевины (С), мономеров, олигомеров и агрегированной а-син переменно выражается в PD случаев рефлектиновг их соответствующие нагрузки LB. В неврологической нормальные контрольные образцы показывают наличие только небольших количеств мономера альфа-син. Пожалуйста, обратите внимание возможные продукты деградации альфа-син которые видны в некоторых случаев с высокой нагрузкой LB. Сплошная глава стрелка представляет мономерной формы альфа-син. Символ * возможно представляет собой C-терминально укороченная форма альфа-син, как описано ранее 20,26. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
случай | Секс | Возраст на момент смерти YRS | задержка посмертное (ч) | рН ткани |
Неокортекса 1 | М | 82 | 40 | 6.3 |
Неокортекса 2 | F | 75 | 35,3 | 6.4 |
Лимбическая 1 | М | 81 | 28,5 | 6.2 |
Лимбическая 2 | F | 79 | 36,5 | 6.2 |
Контроль 1 | М | 80 | 38 | 6.1 |
Контроль 2 | F | 83 | 32,5 | 6.3 |
Таблица 1. Ограниченные демография случаев используются
Эта статья описывает биохимический протокол для извлечения и экспертизы дифференциальных свойств растворимости мономерной, олигомерной и агрегатируется альфа-син из больных мозгов, используя денатурирующих гель работу. Это хорошо создана методика исследования агрегированный α-син 17, 18, 20, 21 белок, который, как правило, растворимы в своей родной форме, но получить амилоидогенных или повышенные свойства агрегации с прогрессированием заболевания или с генетическими мутациями. Тем не менее, некоторые группы используют небольшие изменения в концентрациях SDS в их буферах (8% или 10% вместо 5%) 21,22, 30. ПБС анионный детергент и solubilises альфа-син олигомеров, которые могут включать мембраной формы α-син, в то время как мочевина, хаотропный реагент денатурирует нерастворимые агрегированные и фибриллярные или амилоидогенных формы альфа-син 20. В связи с этим систематическое исследование Paleologou др 31 исследовали стабильностьальфа-син олигомеров и фибрилл с различными концентрациями мочевины (6,5 - 8 м) или SDS (0,25-2%) и сообщили, что олигомеры стабильные концентрации SDS, но не с высокой концентрацией мочевины. Их ФИЛА-1 антитела, специфичные для альфа-син олигомеров и фибрилл обнаружены высокие концентрации фибрилл в 6,5 М концентрации мочевины под неденатурирующих условиях. Концентрации буфера, используемого в этом протоколе близко отражает то, что было описано в Culvenor др. (1999) 32.
Анатомические области мозга для биохимического извлечения нерастворимого альфа-син должны быть тщательно отобраны, и это должны отражать альфа-син LB и LN нагрузку в зависимости от прогрессирования заболевания 33,34. Случаи, используемые здесь, базальные ганглии образцы из неокортекса и лимбической подтипов PD отражающих поздно, и промежуточные этапы PD прогрессии в соответствии с McKeith ctriteria 34. В Queen Square мозга банка, одна половина мозгарегулярно фиксировали в формалине для гистохимических анализа, а другая половина тщательно расчлененный в различных анатомических областей и флэш-замораживали и хранили при -80 ° С морозильников для дальнейших биохимических и ДНК исследований / анализа РНК. После фиксации формалином мозгов и рассечения невропатологи, иммуногистохимии осуществляется с помощью α-син антитела и результаты архив. Кроме того, как с помощью обычных методик, рН ткани мозга измеряется по прибытии в качестве меры агональном состояния мозговой ткани. Это формирует прочную основу для качества сохранности ткани для биохимического анализа.
Наши данные показывают, что здесь есть более SDS растворяется α-син мономера в ЧР случаях по сравнению с контроля; в частности неокортекса случаи PD имеет более высокую нагрузку α-син по сравнению с различными лимбической PD. В неокортекса случаи представляют большую прогрессирование БП α-син патологии в неокортекса регионах, таких как лобной и теменной Коррешеткам 33,34. Лимбической случаи PD имеют более высокие баллы LB в базальных отделах переднего мозга / лимбической области таких областях, как миндалевидное тело, transentorhinal и поясной областей. Для содержательного данных и статистического анализа, нужно бежать по меньшей мере 4 случая из каждой группы. Точно так же мы не пытались статистический анализ данных, представленных здесь блот.
Он также должен отметить, что различные антитела могут распознавать различные формы / состав высшего порядка альфа-син олигомеров, и каждый может иметь свое собственное относительную чувствительность и предпочтения. Это видно из результатов Тонг и др. 29, где они показывают, что 4 различных альфа-син антитела (син-1, СС, онко и LB509) дают сменные результаты, по крайней мере для альфа-син олигомеров / агрегатов. Мономеры α-син были признаны аналогичными степени всеми 4 антител, хотя они могут иметь вариации в зависимости от того, находится ли антитело эпитоп α-син либо в N-терминал или Cтерминальном 29. Точно так же, специфические антитела для фосфо-синуклеина определить четкую высокого молекулярного веса α-синуклеиновых видов 20,21. В методике, описанной здесь, высоко характеризуется антитела Syn-1 был использован 19-21.
Тем не менее, важно учитывать проверки какие-либо новые антитела на Вестерн-блоттинга с помощью антител экспериментов предварительной абсорбции, а также сверхэкспрессии и нокдаун белка в клетках.
Это важно учитывать и другие варианты, которые были применены исследователями для определения небольших фрагментов альфа-син и нестабильные или тетрамерные альфа-син форм. Это может включать легкой фиксации мембраны с 0,4% PFA в PBS, чтобы сохранить усеченные формы альфа-син 35 или лечения образца гомогената с сшиватели для стабилизации тетрамеров 36.
Точная биохимическая оценка белков с использованием посмертный тиСГУП требует минимизации деградации белка ферментативный и модификации. Поэтому целесообразно использовать ткань с кратчайшие задержки посмертных и / или выберите подобранные образцы в случае когорт. Иммуногистохимия с использованием стандартных антител для α-син иммуногистохимии должны быть выполнены до начала протокола изоляции. Степень α-син патологии сильно варьирует и может меняться в зависимости от областей, выбранных. Желательно, чтобы выбрать участки с обильной патологии в качестве положительного контроля для оптимального выхода с каждого запуска. Применение ингибиторов протеазы и, если необходимо, ингибиторы фосфатазы для предотвращения нежелательного ферментативного расщепления после освобождения внутриклеточных протеаз или фосфатаз, возникающих в процессе лизиса клеток и поддержание пробы при 4 ° С имеет решающее значение.
Важно, что все образцы в пределах партии экспериментов обработаны равномерно и стабильно, чтобы избежать изменений внутри пользовательских; несколько FREСледует избегать циклов Эз-оттаивания, так как это может потенциально отказаться пост-трансляционные модификации, такие как фосфорилирование. Критическая точка иметь в виду при рассмотрении большого числа образцов, что данные иммуноблоттинга должны быть нормализованы к одному образцу, который должен работать параллельно с другими образцами всех на гелях и все данные, которые ссылаются на этот образец. Это делается для того, нормализация данных иммуноблота между несколькими пятнами. Этот метод принят в нашей недавнем исследовании 22.
Следует отметить, что для того, чтобы сохранить фоновое ECL низким блоты не следует высыхать в любой момент во время протокола вестерн-блот. Кроме того, очень длинных выдержках (> 10 мин) на Авторадиография фильмов следует избегать, поскольку это приведет к насыщению сигнала ECL и приведет к неточному количественного определения.
Это выше протокол является относительно простым техника с использованием общих лабораторных реагентов и вструментов и может быть ценным инструментом для исследования патофизиологии α-син белка в PD исследований. Эта методика не может быть продлен только с соответствующими изменениями к изучению α-син биологии в альфа-син трансгенных животных, но и для других нейродегенеративных заболеваний, показывающих аномальные вклады агрегированных белков, таких как AD, MSA, DLB, HD и frontotemporaldementias. Однако данные Вестерн-блоттинга, описанные здесь, могут также быть подтверждено с помощью иммуноферментного анализа с использованием антитела к конкретным формам альфа-син 31.
Автор не имеет ничего раскрывать.
I thank Dr Adamantios Mamais for extracting α-synuclein from human tissue and running of blots. This work was supported in part by a MRC Grant (MR/L010933/1) and in part by the Wellcome Trust/MRC Joint Call in Neurodegeneration award (WT089698) to the UK Parkinson's Disease Consortium (UKPDC) whose members are from the UCL Institute of Neurology, the University of Sheffield and the MRC Protein Phosphorylation Unit at the University of Dundee. RB received funding from MJFox foundation for this work and is also funded by the Reta Lila Weston Trust.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Tris-HCL | Sigma | T5912 | |
sodium chloride | VWR | 27800.291 | |
SDS | Fluka | 71727 | |
Urea | Sigma | U5378 | |
Protease inhibitor tablets | Roche | 04 693 116001 | |
Phosphatase inhibitor tablets | Roche | 04 906 837001 | |
Phosphate buffered saline tablets | Sigma | P4417 | |
Tween-20 | Sigma | P9416 | |
NuPAGE MOPS SDS running buffer | Invitrogen | NP0001 | |
NuPAGE transfer buffer | Invitrogen | NP0006-1 | |
Hybond-P membrane | GE Healthcare | RPN303F | |
Whatman 3MM filter paper | Sigma | WHA30306185 | |
Bis-tris gels 4-12% | Invitrogen | NP0322BOX | |
Supersignal West Pico Chemiluminescent substrate | Pierce | 34080 | |
Bio-RAD DC protein assay kit | Bio-Rad | 500-0112 | |
Thickwall Beckman Polycarbonate tubes | Beckman | 355630 | |
Western blot stripping buffer | Thermo scientific | 46430 | |
Syn-1 primary antibody (mouse monoclonal) | BD Biosciences | 610786 | |
beta-actin primary antibody (mouse monoclonal | Sigma | A5441 | |
HRP cojugated goat anti-mouse secondary antibody | Santa Cruz | sc-2031 | |
Bovine serum albumin | Sigma | A7030 | |
Instrument | Company | Rotor/ model no | |
Benchtop Ultracentrifuge Optima Max | Beckman | MLA-80 | |
Sonicator | Heat Systems | XL20-20 | |
Homogeniser | Jenke and Kunkel | TP18/10 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены