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Este artigo fornece um protocolo para a extração de veneno de aranhas, usando estimulação elétrica, a fim de 1) realizar a caracterização proteômica, 2) estimular a expressão de genes da glândula de veneno, e 3) realizar estudos funcionais de venenos. Isto é seguido por uma descrição de microdissecações glândula de veneno para estudos de expressão gênica.
Venenos de secreções são quimicamente complexas que compreendem tipicamente numerosas proteínas e péptidos com as actividades fisiológicas variadas. Caracterização funcional de proteínas do veneno tem aplicações biomédicas importantes, incluindo a identificação de leads de drogas ou sondas para receptores celulares. As aranhas são os mais ricos em espécies do clado organismos venenosos, mas os venenos de apenas algumas espécies são bem-entendido, em parte devido à dificuldade associada com a coleta de pequenas quantidades de veneno de animais de pequeno porte. Este trabalho apresenta um protocolo para a coleta de veneno de aranhas, usando estimulação elétrica, o que demonstra o procedimento no viúva negra ocidental (hesperus Latrodectus). O veneno coletado é útil para análises jusante variadas, incluindo a identificação direta proteína através de espectrometria de massa, testes funcionais, e estimulação da expressão do gene veneno para estudos transcriptomic. Esta técnica tem a vantagem sobre os protocolos que isoveneno tarde a partir de homogenatos de glândulas integrais, que não se separam componentes do veneno genuínos de proteínas celulares que não são secretadas como parte do veneno. Os resultados representativos demonstrar a detecção de peptídeos do veneno conhecido da amostra coletada, utilizando espectrometria de massa. O procedimento de recolha de veneno é seguido por um protocolo para dissecar glândula de veneno de aranha, com resultados demonstrando que isto conduz à caracterização de proteínas e péptidos expressos-venom ao nível da sequência.
Venenos são secreções animais predominantemente injetadas em outro animal para efeitos de predação ou defesa, e também tem aplicações biológicas importantes com relevância biomédica 1-3. Apenas certos animais sintetizar veneno, mas sua produção é taxonomicamente difundida através invertebrados (por exemplo, cnidários, caracóis cone, escorpiões e aranhas) e vertebrados (eg, cobras, alguns peixes e mamíferos), porque ela evoluiu independentemente várias vezes 1,4 . A caracterização bioquímica de venenos tipicamente mostram que eles são constituídos por uma grande variedade de proteínas e péptidos, que em grande parte actuar sobre os sistemas circulatório e nervoso de animais injectados para entregar rapidamente toxinas constituintes 1. Uma pequena fração dos animais peçonhentos podem representar uma ameaça para os seres humanos, em particular as espécies com distribuições sinantrópicos 5. O estudo da composição do veneno e atividades funcionais tem desempenhado um papel importante naa caracterização funcional dos componentes celulares de vertebrados (especialmente canais iônicos neuronais) 6 e na elucidação dos processos celulares fundamentais (por exemplo neurosecreção) 7. Além disso, selecione peptídeos do veneno ter propriedades úteis em contextos biomédicos, incluindo seus usos como tratamentos para o câncer e dor 8,9, e são minados para candidatos leads de drogas e desenvolvimento antiveneno. Venenos também desempenham papéis importantes na ecológico e evolutivo pesquisa 1,4,10,11, assim, a coleta dessas secreções perigosos tem muitas utilidades.
Há> 40.000 espécies descritas de aranha (Araneae da ordem), e todos, mas uma das mais de 100 famílias de aranhas possuem glândulas de veneno emparelhados que terminam em presas 12. A alta diversidade de espécies de aranhas sugere que eles representam o maior clade de organismos peçonhentos. No entanto, a caracterização bioquímica de venenos de aranha tem largely concentrada num pequeno número de espécies mais frequentemente associados com o envenenamento humano. Estudos de proteômica e transcriptomic recentes de venenos de aranha indicam que eles normalmente contêm muitas proteínas e peptídeos únicos 2,13,14. Advances in high-throughput sequenciação de ADNc e de espectrometria de massa dos péptidos fingerprinting facilitou enormemente a descoberta destas proteínas do veneno 15. No entanto, esse trabalho começa com a coleta de veneno suficiente e / ou glândulas de veneno das aranhas e documentação detalhada para tais técnicas são poucos 16.
Este trabalho apresenta um protocolo para a recolha de veneno e veneno de glândulas de aranhas viúva-negra, que pode ser aplicado às aranhas de tamanho similar. A recolha de veneno separadamente a partir das glândulas permite a identificação de proteínas que são segregadas para o veneno em oposição às proteínas que executam outras funções celulares. As viúvas negras e outra Lespécies atrodectus são amplamente reconhecidos como estando entre as aranhas mais perigosas devido ao seu veneno altamente neurotóxico, o que provoca dor severa em humanos, o que às vezes é acompanhada de sudorese profusa, contrações musculares, hipertensão arterial, dificuldade respiratória e paralisia desigual 5. O protocolo de coleta de veneno aqui apresentada utiliza electro-estimulação de fornecer corrente elétrica para aranhas anestesiados para provocar contrações musculares e liberação de veneno. Gotas de veneno são rapidamente recolhidos com micro-capilares e em tubos para armazenamento congelador. Como o protocolo envolve procedimentos perigosos, que só deve ser realizado por indivíduos bem treinados e cautela é instado a passos fundamentais. O veneno coletado tem inúmeras utilizações, como a caracterização e isolamento de moléculas constituintes 2, para experimentos fisiológicos ou ensaios funcionais 18, e estimular a expressão do gene veneno 11. O protocolo termina com uma description de dissecção glândula de veneno e preservação útil para a clonagem de genes específicos de veneno, a expressão de que foi demonstrado que ocorrem 2-3 dias seguintes depleção veneno em diferentes aranhas 10,11.
1. Preparação da Electro-estimulador Aparelho
2. Preparação de imobilizatórias Fórceps e Outros Materiais
3. Imobilização de Aranha em Fórceps
4. Venom coleção
5. Venom Gland dissecções
A coleção de veneno e glândula de veneno dissecções são realizados com freqüência para caracterizar proteínas do veneno e peptídeos no nível seqüência 10,11,15. Recolhidas veneno também podem ser utilizados em ensaios fisiológicos para determinar as suas actividades funcionais 18. A recolha de veneno irá estimular a expressão do gene glândula de veneno, facilitando, assim, a clonagem de transcritos específicos de toxina através de RT-PCR 10,11. Identificação de proteínas do veneno também pode ser conseguida de uma maneira de alto rendimento, integrando técnicas de espectrometria de massa padrão com bases de dados de sequências geradas a partir de bibliotecas de cDNA da glândula de veneno 15,21. Um exemplo deste tipo de trabalho, a partir de veneno de glândulas e recolhidos utilizando o protocolo detalhado acima, demonstrando a sua eficácia, é ilustrada na Figura 1.
Venom coletadas de L. fêmeas adultas hesperus foi digerida com tripsina e sujeita a uma solução deAnálise mudpit, que liga HPLC (cromatografia líquida de alto desempenho) a espectrometria de massa em tandem (MS / MS). Aqui, a análise mudpit foi realizada pela Universidade do Arizona Proteomics Consortium. Massas de peptídeos detectados e seus fragmentos dissociados (íons filha, inferidas a partir de espectros) foram comparadas com sequências de peptídeos teoricamente previstos a partir de traduções de seqüências de DNA obtidos a partir de uma biblioteca de expressão de genes construídos a partir de L. hesperus glândulas de veneno (glândulas foram adquiridos pelo protocolo de dissecação descrito acima) 21. Nesta experiência, 36 proteínas foram detectadas a partir de todos os espectros recolhidos, no limiar de probabilidade de 99,9%, e continha pelo menos um péptido detectado. Uma das proteínas detectadas é suportado por 43 espectros total (espectros exemplar mostrada na Figura 1A), correspondente a três peptídeos exclusivos, cobrindo 35% da sequência da proteína (Figura 1B). A proteína detectada (traduzido a partir de um collecte d cDNA) tem um hit BLASTp cima para latrodectin de L. tredecimguttatus (número de acesso GenBank P49125.1), com uma pontuação de e-2e-46, e partes de 80% de identidade ao nível da sequência de aminoácidos com a proteína detectado nesta experiência. Latrodectin, que é também conhecida como proteína de baixo peso molecular, alfa-latrotoxina, é um componente do veneno reconhecido de viúva negra aranhas 22, 23, a verificação da eficácia do protocolo apresentado. Algumas proteínas identificadas a partir do veneno correspondem a sequências para as quais não hit BLAST é encontrado. Não está claro se tal resultado é devido aos recursos limitados disponíveis para genômicas aranhas, bem como a informação funcional limitada de suas proteínas, ou porque a proteína desconhecida representa um contaminante veneno. No entanto, a expressão do gene ou proteína analisa examinando a abundância de uma nova proteína, tais glândulas de veneno em relação a outros tecidos deveria revelar se se trata de um componente do veneno genuína.
ent "fo: manter-together.within-page =" always ">Venenos representam uma fonte importante de proteínas fisiologicamente reactivos, peptídeos e outras moléculas com aplicações para a descoberta de medicamentos, bem como para a pesquisa de aspectos fundamentais celular e ecológico 1-3. No entanto, a coleta de veneno, principalmente de animais perigosos ou pequenos, é uma tarefa desafiadora. Este protocolo demonstra como veneno e veneno de glândulas podem ser coletadas de aranhas viúva-negra, e confirma o sucesso desta abordagem através de uma combinação de análise mudpit do veneno e um banco de dados de proteínas derivadas de cDNAs clonados a partir de veneno de glândulas 21. Embora este protocolo funciona bem para as viúvas negras e médio porte, as aranhas têm sido empregadas outras técnicas de coleta de veneno para maior migalomorfas aranhas (tarântula-like), como a aspiração direta do veneno das presas em vidro pipetas por exemplo, 24. Esta última abordagem, no entanto , não vai funcionar bem para as aranhas de menor porte que não são aggressive.
Um aspecto especialmente crítico do protocolo de coleta de veneno aqui descrito é a fase inicial de preparação e otimização do processo de coleta para que se torne mais rotineira, consistente e mais rápido. O protocolo é inicialmente difícil de dominar, mas com tentativas repetidas, torna-se mais fácil e mais rápido. Atenção também é impelida em todas as fases críticas que envolvem a manipulação de aranhas perigosas, a utilização de corrente eléctrica, de ponta fina de vidro micro-capilares, e agulhas de seringa. É importante usar equipamentos de proteção individual apropriado, como luvas de borracha nitrílica, um jaleco, calças compridas e sapatos fechados, assim como óculos de moldar micro capilares.
Outro aspecto desafiante para recolha de veneno é a pequena quantidade de veneno produzido por qualquer uma aranha, particularmente espécies Latrodectus, a partir do qual as quantidades recolhidas podem ser liMITED para 1-2 microlitros por indivíduo na melhor das hipóteses. A obtenção de veneno suficiente para aplicações a jusante, tais como géis de proteína ou ensaios funcionais podem exigir a combinação de veneno de várias pessoas em um tubo. Nesses casos, o veneno só deve ser combinada de indivíduos do mesmo sexo, estágio ontogenético e população dado o reconhecimento da variabilidade intersexual, desenvolvimento e geográfica em alguns venenos de 25, 26. Aranhas também podem apresentar uma variação considerável na quantidade de veneno produzido entre os indivíduos, onde poucas quantidades podem refletir a recente destruição da glândula. Assim, pode ser conveniente proceder à recolha de veneno de vários dias após a sua última alimentação. Se pouco veneno é libertado, corrente excessiva não devem aplicado à aranha, o que pode causar a ruptura da cutícula, que conduz à contaminação do veneno com hemolinfa ou morte.
A contaminação das amostras de veneno com si aranhalk ou humanos fontes também devem ser evitados através da utilização de material estéril ou limpo. Apesar destes desafios, coleção de puro veneno, deixando a aranha viva, é preferível a métodos que obtêm veneno de homogeneizados glândula (que não se separam componentes do veneno de outras proteínas celulares) e matar a aranha. É também crítico para assegurar que as amostras são rapidamente congeladas para prevenir a degradação de proteína.
A extração de veneno promove a produção de veneno posterior, estimulando a expressão de genes de veneno na glândula de veneno. Assim, porque este protocolo permite aranhas para sobreviver depleção veneno, suas glândulas podem ser dissecados vários dias mais tarde (matando a aranha) num ponto em que a expressão do gene veneno se espera que seja suficiente para estudos genéticos, tais como clonagem de transcrição 10,11. Várias precauções importantes também devem ser levados em dissecções de glândulas de veneno. A ênfase deve ser colocada sobre o uso do laboratório de equipament e reagentes que são livres de RNases que degradam RNA. Assim, recomenda-se limpe fórceps e outro equipamento não descartável e superfícies com soluções que eliminam RNase e contaminação de ADN. As dissecções deve ser realizado tão rapidamente quanto possível e directamente congeladas para garantir ainda mais a integridade de ARN do tecido. Finalmente, dissecções só deve ser realizado em aranhas anestesiados, após a sua cefalotórax e abdômen são separadas rapidamente.
Em conclusão, este artigo fornece um protocolo verificado para obter veneno de aranha e veneno de glândulas. Venom e glândulas de veneno para permitir o isolamento e caracterização de proteínas e de péptidos seus componentes, utilizando abordagens de proteómica e transcriptomic. Além disso, as amostras de veneno pode representar o ponto de ensaios funcionais, os quais determinam o potencial farmacológico biomédica e das suas moléculas constituintes de partida. Quase todas as aranhas produzem veneno, ea grande mergulhadorsidade de componentes do veneno sintetizados por espécies individuais sugere uma vasta diversidade de moléculas de veneno estão ainda a ser descoberto 13. Assim, este protocolo fornece ferramentas para investigar a rica fonte de moléculas biologicamente ativos presentes em venenos de aranha.
O autor não tem nada a divulgar e sem interesses financeiros concorrentes.
Agradeço às seguintes pessoas por sua ajuda no desenvolvimento deste protocolo: Chuck Kristensen, Greta Binford, Alex K. Lancaster, Konrad Zinsmaier e Mays Imad. Dados de espectrometria de massa e proteômica foram adquiridas pelo Consórcio Proteômica Arizona apoiada por NIEHS concessão ES06694 ao SWEHSC, NIH / NCI concessão CA023074 ao AZCC e pelo Instituto BIO5 da Universidade do Arizona. O financiamento para este trabalho foi fornecido a partir do National Institutes of Health (Instituto Nacional de Medicina Geral) de subvenções 1F32GM83661-01 e 1R15GM097714-01 para Jessica E. Garb.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nerve and muscle stimulator (electro-stimulator) | Grass Technologies | SD9 | http://www.grasstechnologies.com/products/stimulators/stimsd9.html |
Voltmeter | RadioShack | 22-223 | any generic voltmeter/multimeter can be substituted |
Pointed Featherweight Forceps | Bioquip | 4748 | |
Plasti Dip | Performix | Available at Ace Hardware | |
25 G x 1½ in Precision Glide hypodermic syringe needle | BD Medical | 305127 | |
Vacuum filter flask 1 L | Nalgene | DS4101-1000 | smaller flask sizes may also work |
Buchner Two Piece funnel, 90 mm | Nalgene | 4280-0900 | |
5 μl Capillary Bores (Micro capillaries) | VWR | 53508-375 | |
Mounting putty strip | Loctite | Available at Ace Hardware | |
Fisherbrand General-Purpose Extra-Long Forceps Length: 11-13/16 in. | Fisher | 10-316C | |
SSC Buffer, 20x (pH 7.0), Molecular Grade | Promega | V4261 | can be made from stock chemicals (150 mM NaCl, 15 mM sodium citrate) |
Eppendorf safe-lock tubes 0.5 ml tubes (cryogenic safe) | Eppendorf | 22363611 | |
Nalgene Dewar, 1 L, HDPE, Liquid nitrogen benchtop flask | Thermo Scientific | 4150-1000 | |
Rnase Away | VWR | 53225-514 | |
Ultra Fine Tweezers (dissecting forceps) | EMS | 78310-0 | similar high-quality fine point forceps can be substituted |
Foot switch/pedal | Linemaster Switch Corp. | 491-S | |
Two-pronged extension clamp, with vinyl covered sleeves, 8.5 inches | VWR | 21570-007 | similar models could be substituted |
Clamp Holder | VWR | 89084-746 | similar models could be substituted, must accommodate diameter of extension clamp rod |
Magnetic base (holds extension clamp via clamp holder) | VWR | 300042-270 | similar apparatus able to securely hold extension clamp in fixed position may be substituted |
Plastic Collecting Vials (large/40 dram) | Bioquip | 8940 | |
Cotton sewing thread | Joann fabric and craft store | 7245855 | similar product could be substituted |
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