Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
* Эти авторы внесли равный вклад
Здесь представлен надежный протокол для выделения гранул нейромеланина из посмертной субстанции nigra pars compacta человека с помощью лазерной микродиссекции. Этот пересмотренный и оптимизированный протокол значительно минимизирует необходимое время для сбора образцов, уменьшает требуемое количество образца и улучшает идентификацию и количественную оценку белков с помощью анализа LC-MS / MS.
Нейромеланин представляет собой черно-коричневатый пигмент, присутствующий в так называемых гранулах нейромеланина (НМГ) в дофаминергических нейронах черной субстанции pars compacta. Помимо нейромеланина, НМГ содержат различные белки, липиды и металлы. Хотя NMG-содержащие дофаминергические нейроны преимущественно теряются при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона и деменция с тельцами Леви, о механизме образования НМГ и роли НМГ в здоровье и болезни известно лишь немного. Таким образом, необходимы дальнейшие исследования молекулярной характеристики НМГ. К сожалению, стандартные протоколы выделения белков основаны на ультрацентрифугировании градиента плотности и поэтому требуют большого количества тканей человека. Таким образом, здесь установлен автоматизированный протокол на основе лазерной микродиссекции (LMD), который позволяет собирать NMG и окружающую ткань черной субстанции (SN) с использованием минимального количества ткани непредвзятым, автоматизированным способом. Иссеченные образцы впоследствии анализируются масс-спектрометрией для расшифровки их протеомного состава. С помощью этого рабочего процесса было идентифицировано 2079 белков, из которых 514 белков были идентифицированы исключительно в NMG и 181 в SN. Настоящие результаты были сопоставлены с предыдущим исследованием с использованием аналогичного подхода, основанного на LMD, достигшего перекрытия 87,6% для обоих протеомов, что подтверждает применимость пересмотренного и оптимизированного протокола, представленного здесь. Чтобы подтвердить текущие результаты, интересующие белки были проанализированы с помощью целевой масс-спектрометрии, например, параллельных экспериментов по мониторингу реакций (PRM).
Каждая ткань состоит из гетерогенной смеси различных типов клеток, но специфическое выделение одного типа клеток часто необходимо для более точной характеристики. Лазерная микродиссекция (LMD), соединяющая микроскоп с лазерным применением, является мощным инструментом для специфического выделения областей тканей, отдельных клеток или клеточных подструктур из сложного композита. Применение LMD в сочетании с масс-спектрометрией (LMD-MS) уже успешно реализовано для нескольких исследовательских вопросов, включая выделение ДНК1, РНК2 и белков 3,4,5. В этом протоколе описан пересмотренный и оптимизированный протокол LMD-MS для протеомного анализа посмертной ткани мозга человека и субклеточных компонентов для расшифровки новых патомеханизмов болезни Паркинсона.
Нейромеланин представляет собой черный, почти нерастворимый пигмент, обнаруженный в катехоламинергических, дофамин-продуцирующих нейронах черной субстанции pars compacta6. Вместе с белками и липидами он накапливается в органеллоподобных гранулах, окруженных двойной мембраной, называемой гранулами нейромеланина (NMGs)7,8,9. НМГ можно наблюдать с трехлетнего возраста у человека, увеличиваясь в количестве и плотности в процессе старения10,11. На сегодняшний день нет определенной гипотезы об образовании нейромеланина, но одно предположение заключается в том, что нейромеланин образуется в результате окисления дофамина12. Другие гипотезы основаны на ферментативной продукции нейромеланина (например, тирозиназы)13. Было обнаружено, что сам нейромеланин обладает высоким сродством связывания с липидами, токсинами, ионами металлов и пестицидами. Исходя из этих выводов, предполагается, что образование НМГ защищает клетку от накопления токсичных и окислительных веществ и от токсинов окружающей среды14,15. Помимо этой нейропротекторной функции, есть доказательства того, что нейромеланин может вызывать нейродегенеративные эффекты, например, путем насыщения железом и последующего катализа свободных радикалов16,17. Кроме того, нейромеланин, высвобождаемый во время нейродегенеративных процессов, может разлагаться перекисью водорода, которая может ускорить некроз реактивными металлами и другими токсичными соединениями, ранее связанными с нейромеланином, и может способствовать нейровоспалению и повреждению клеток18. Однако до сих пор точная роль НМГ в нейродегенеративных процессах, как при течении болезни Паркинсона, четко не изучена. Тем не менее, НМГ, по-видимому, участвуют в патогенезе болезни Паркинсона, и их специфический анализ имеет первостепенное значение для разгадки их роли в нейродегенерации. К сожалению, обычным лабораторным животным (например, мышам и крысам) и клеточным линиям не хватает NMG19. Поэтому исследователи особенно полагаются на посмертную ткань мозга для своего анализа. В прошлом выделение НМГ центрифугированием градиента плотности основывалось на наличии большого количества ткани черной субстанции 20,21. Сегодня LMD представляет собой универсальный инструмент для специального выделения NMG из образцов человеческого мозга, чтобы затем проанализировать их с помощью LC-MS / MS.
В этом протоколе представлена улучшенная и автоматизированная версия предыдущего протокола22 для выделения NMG и окружающих тканей (SN), что позволяет быстрее генерировать образцы, большее количество идентифицированных и количественных белков и значительное сокращение необходимых количеств тканей.
Использование мозговой ткани человека было одобрено комитетом по этике Рурского университета в Бохуме, Германия (номер файла 4760-13), в соответствии с немецкими правилами и руководящими принципами. Этот протокол был применен к коммерчески полученным срезам ткани substantia nigra pars compacta . Графический обзор представленного протокола показан на рисунке 1.
1. Сечение тканей
2. Лазерная микродиссекция и катапультирование давлением
ПРИМЕЧАНИЕ: Поскольку гранулы нейромеланина видны без какого-либо окрашивания из-за их черно-коричневатого цвета, для этого протокола окрашивание не требуется. Тем не менее, различные процедуры окрашивания могут быть объединены с этим протоколом, если это необходимо. Имейте в виду, что использование блокирующих растворов или антител повлияет на анализы LC-MS / MS.
3. Триптическое пищеварение
4. Высокоэффективная жидкостная хроматография и масс-спектрометрия
ПРИМЕЧАНИЕ: Следующий высокопроизводительный масс-спектрометрический (MS) анализ жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) оптимизирован для конкретной системы LC с устройством улавливающей колонны и масс-спектрометром, используемым здесь (см. Таблицу материалов). Для других систем LC и MS рекомендуется адаптация параметров.
5. Анализ протеомных необработанных данных с использованием MaxQuant
ПРИМЕЧАНИЕ: Подробная информация о параметрах MaxQuant приведена в Дополнительной таблице 2. Они кратко описаны ниже.
6. Статистический анализ с использованием Персея
7. Валидация выбранных белков
ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно используемыми методами валидации данных РС являются, например, иммунологическое окрашивание или вестерн-блот. Из-за темного цвета и аутофуоресценции нейромеланина иммунологическое окрашивание белков внутри гранул нейромеланина либо пероксидазой хрена, либо флуорофор-конъюгированными антителами неприменимо. Для анализа Вестерн Блотт потребуется очень большое количество посмертной ткани. Поэтому выбранные белки проверяются целевой масс-спектрометрией, и в данном случае были поставлены эксперименты по параллельному мониторингу реакций (PRM).
Специфическая изоляция NMG и ткани SN является наиболее важным шагом для успешного применения этого протокола. Используя функцию анализа поля зрения в программном обеспечении LMD, предоставляемом поставщиком, NMG могут быть автоматически выбраны в зависимости от цвета. Поэтому не...
LMD является широко применимым методом выделения определенных областей тканей, отдельных клеток или субклеточных структур. В пересмотренном и автоматизированном протоколе, представленном здесь, этот метод применяется для специфической изоляции гранул нейромеланина (NMG) и NMG-окружающи?...
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Эта работа была поддержана de. NBI, проект Федерального министерства образования и исследований Германии (BMBF) (номер гранта FKZ 031 A 534A) и P.U.R.E. (Исследовательский отдел белка в Руре в Европе) и Центр белковой диагностики (ProDi), гранты, оба от Министерства инноваций, науки и исследований Северного Рейна-Вестфалии, Германия.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1,4-dithiothreitol | AppliChem | A1101 | |
Acetonitrile | Merck | 1.00029.2500 | |
Ammonium bicarbonate | Sigma-Aldrich | A6141 | |
Formic acid | Sigma-Aldrich | 56302 | |
Iodoacetamide | AppliChem | A1666,0100 | |
Micro Tube 500 | Carl Zeiss | 415190-9221-000 | |
Orbitrap Fusion Lumos Tribrid mass spectrometer | Thermo Fisher Scientific | IQLAAEGAAPFADBMBHQ | |
PALM MicroBeam | Zeiss | 494800-0014-000 | |
PEN Membrane slide | Carl Zeiss | 415190-9041-000 | |
substantia nigra pars compacta tissue slices | Navarrabiomed Biobank (Pamplona, Spain) | ||
Trifluoroacetic acid | Merck | 91707 | |
Trypsin sequencing grade | Serva | 37283.01 | |
Ultimate 3000 RSLC nano LC system | Thermo Fisher Scientific | ULTIM3000RSLCNANO | |
Name of Software | Weblink/Company | Version | |
FreeStyle | Thermo Fisher Scientific | 1.6 | |
MaxQuant | https://www.maxquant.org/ | 1.6.17.0 | |
PALMRobo | Zeiss | 4.6 pro | |
Perseus | https://www.maxquant.org/perseus/ | 1.6.15.0 | |
Skyline | https://skyline.ms/project/home/software/Skyline/begin.view | 20.2.0.343 | |
XCalibur | Thermo Fisher Scientific | 4.3 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены