Method Article
Bu el yazması açıklanan tau toplama tahlil vivo içinde tau misfolding ve toplama beklenen özelliklerini taklit eder.
Toplama tau protein ve eşleştirilmiş helisel filamentlerin oluşumunu bir Alzheimer hastalığı ve diğer tauopathies özelliğidir. Nörodejeneratif hastalıklar ile ilişkili diğer proteinler karşılaştırıldığında, bildirilen vitro toplama kinetik tau protein için nispeten yüksek bir çeşitlilik sunan daha az tutarlı. Burada tau misfolding ve toplama içinde vivoile ilişkili beklenen adımları taklit eden bir vitro toplama tahlil gelişimini açıklar. Tahlil de N-terminal asidik ekler gibi dört Mikrotubul bağlayıcı etki alanları (MBD) içeren uzun tau izoformu (huTau441) kullanır. Vitro toplama heparin eklenmesi tarafından tetiklenir ve sürekli thioflavin T floresans 96 iyi Mikroplaka kartvizitlere izledi. Tau toplama tahlil farklı wells, deneysel çalışır ve protein toplu işlemleri arasında son derece tekrarlanabilir. Toplama tau de novo fibriler yapıların oluşumu tohum çok verimli PHF benzeri morfoloji yol açar. Tau misfolding ve toplama mekanizması eğitim uygulaması ek olarak, geçerli tahlil tau patogenezi ile engelleyebilir uyuşturucu süzmek için güçlü bir araçtır.
Alzheimer hastalığı histopathologically toplanan amiloid beta1 ekstraselüler senil plak birikimi tarafından tanımlanan bir yıkıcı nörodejeneratif hastalığıdır ve hücre içi neurofibrillary düğüm içeren toplanan hyperphosphorylated tau protein2. Fizyolojik tau monomeric ve altı benzersiz izoformlarının içeren 0-2 olarak sunulan N terminal ekler ve alternatif uçbirleştirme ve ortalama 2-3 fosforilasyon kaynaklanan 3 ya da 4 Mikrotubul bağlayıcı etki alanları3,4 . Bu hyperphosphorylation, misfolding ve fibrillary yapıları içine kendini toplama olarak patolojik olarak değerlendirildi çılgın bireyler5,6tau patogenezinde temel unsuru teşkil inanılıyor.
Toplanan neurofibrillary tau düğüm bir hallmark sadece reklam için aynı zamanda da lobar dejenerasyonu (FTLD), Pick hastalığı, ilerici supranuclear palsi (PSP), fronto-geçici demans (FTD) ve birincil dahil olmak üzere diğer tauopathies vardır yaşa bağlı tauopathy (bölüm)2. Biyokimyasal açıdan, tau misfolding ve toplama mekanizması anlama reklam ile ilgili patolojik işlemlerin ışık ve diğer tauopathies. Bilimsel yönü yanı sıra, sağlam vitro toplama deneyleri uyuşturucu adaylar7,8,9,10ile taranması için değerli araçlardır. Bu tau toplama bir çekirdekleşme bağımlı polimerizasyon süreci (NDP)11,12,13,14izler inanılıyor. .NET Framework kinetik sigmoidal ve hızlı enerjik yokuş aşağı toplama işlemi tarafından izlenen bir enerjik olumsuz çekirdekleşme adım ile başlar.
Prion protein, amiloid beta ve α-synuclein, dahil olmak üzere diğer amyloidogenic proteinler aksine tau kendiliğinden fizyolojik koşullar altında toplamak değil ve hatta aşırı pHs veya yüksek sıcaklık için toplama15sigara elverişli. Bunun en hydrophylic etkileşimleri tau toplama arabiriminde mevcut nedeni olabilir. Ancak, tau olarak verimli bir şekilde indükleyicileri heparin16 veya diğer polyanions17,18 gibi kullanıldığında fizyolojik konsantrasyonları toplar.
Vitro tau toplama deneyleri ayarlamak için önceki çabaları tau misfolding ve toplama ayrıntılarını üzerine biraz ışık, ama ne vivo içinde tau toplama kinetik inanılan taklit eden kısa geldiler. Çoğu durumda, tau toplama kinetik tau çekirdekleşme ile ilişkili başlangıç gecikme aşama eksik oldu. Bu çok yüksek tau protein konsantrasyonları, kullanmanın sonucu başlangıç tau protein hazırlıklar toplamları varlığı ve/veya kullanımı ile çok daha yüksek toplama eğilimi daha fazla fizyolojik tam uzunlukta tau tau parçalarının olabilir protein19,20,21,22,23. Ayrıca, önceki çalışmalarda tekrarlanabilirlik ve tau toplama kinetik sağlamlık yönünü ele vermedi.
Burada, bir çekirdekleşme bağımlı polimerizasyon temel özelliklerinin bir üstel büyüme aşaması gelir tau çekirdekleşme karşılık gelen bir başlangıç gecikme faz ile taklit eden bir sağlam vitro tau toplama tahlil açıklayın. Ayrıca, oluşturulan rekombinant tau toplamları doğada fibriler ve son derece yüksek bir tohumlama etki gücüne sahip. Tahlil de tau gruplar arasında son derece tekrarlanabilir ve değerli bir araç toplama inhibitörleri için ekran temsil eder.
1. reaktif hazırlık
2. sürekli modu ThT toplama tahlil bir Multi-Mode Mikroplaka Okuyucu
Not: ThT boya huTau441 toplama kinetik sürekli modunda (otomatik ölçüler) izlemek için tepki eklenir. Her ne kadar reaksiyon düzenli bir yer tarafından takip edilebilir geleneksel bir küvet kullanarak işlemi el ile doğa Frekans ölçümleri sınırlar ve kaydedilen kinetik eğrileri doğruluğunu ödün vermez. Bu nedenle, bir otomatik çok modlu Mikroplaka Okuyucu kullanılır.
Rekombinant huTau441 C291A ve C322A mutasyonlar ve N-terminal onun C-terminal C-Etiketler ifade ve daha önce saf içeren açıklanan24. HuTau441 toplu işlemleri son derece saf olarak görüntülenmeyecektir SDS-sayfa ve hemen hemen % 100 S-MALS (Şekil 1) tarafından değerlendirilmesi gibi monomeric. 15 µM huTau441 toplama 8 µM HMW heparin eklenmesi tarafından indüklenen ve tepki sürekli bir multimod Mikroplaka Okuyucu kullanarak ThT floresans tarafından izledi. Uyarma dalga boyu 440 yapıldı nm (bant genişliği 20 nm) emisyon 485 ölçüldü ise nm (bant genişliği 20 nm). Tahlil sonuçları 10 bireysel kuyulardan neredeyse ayırt edilemez (Şekil 2A) olmak ile son derece tekrarlanabilir. ThT olumlu huTau441 agrega türleri morfoloji sonra 50 h AFM tarafından değerlendirildi. Toplanan hutau441 fibriler yapıları farklı uzunlukta bildirilen ex vivo türleri morfoloji için (2B rakam) benzer homojen bir karışımıdır. Ayrıca, son tepki karışımı monomer, S-MALS ölçümleri (Şekil 2C) tarafından gösterildiği gibi tam bir dönüşüm içine agrega düşündüren içermiyor. HuTau441 toplama bağımsız deneysel ishal kinetik benzer sigmoidal eğrileri ve ayırt edilemez gecikme ve büyüme aşamalarına (Şekil 3) tarafından vurguladı çok benzer. Protein farklı toplu işlemleri kullanıldığında tekrarlanabilirlik yüksek düzeyde korunur (Şekil 4). Ayrıca, önceden huTau441 toplamları tau monomer alımı ve de novo tau toplamları oluşumu inducing çok verimlidir. Ön şekillendirilmesi tau toplamları %0.0025 (v/v) düşük miktarda çekirdekleşme ve tetikleyici nesil de novo liflerinde (Şekil 5) atlamak yeteneğine sahiptir.
Şekil 1: rekombinant huTau441 monomeric ve son derece saf. A) Moleküler Ağırlık standart protein merdiven (içinde kDA) dahil olmak üzere 4-%12 SDS-sayfa jel koşullara denaturing altında saflık değerlendirme (Lane 1); akışı son C-etiket benzeşme arıtma adım (2 yolu); sütun yıkama kesir (Lane 3), (Lane 4) önce huTau441 protein tepe eluted ve ara belleği boşaldıktan sonra sırasıyla (Lane 5), Döviz). B) huTau441 S-MALS analizi. Protein > %99,9 51 kDa molar kütlesi ile monomeric olarak gösterir ve toplamları veya parçaları içermez. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2: rekombinant huTau441 agregasyon son derece tekrarlanabilir ve kantitatif fibriler yapılara yol. A) heparin kinetik 96 iyi Mikroplaka biçiminde ThT floresans tarafından sürekli takip huTau441 toplama indüklenen. HuTau441 ve heparin konsantrasyonları 15 µM ve 8 µM, sırasıyla vardır. 10 bireysel eğriler aynı Mikroplaka on Wells aynı protein toplu dönüşüm karşılık gelen ve 14,2 bir (SD ile) ortalama gecikme faz tarafından karakterize ± 0,38 h ve t50 18.8 ± 0.40 h. kinetik veri ile 5-parametre logisti ile donatılmış c eğrisi üst asimptot doğrusal bir düşüş ile. Gecikme faz ve t50 doğrusal regresyon tarafından öngörülen değerleri arasında tarafından hesaplanan. Gecikme faz ThT floresans sinyalinin % 3 artış temel alınarak hesaplanır. Eğri uydurma ve Özet istatistikleri IBM SPSS İstatistik sürüm 20.0.0.2 kullanarak elde edilir. B). Tau toplamları göstermek PHF benzeri türleri morfoloji AFM düşsel vasıl 50 h; gösterildiği gibi C). monomeric huTau441 S-MALS analizi (t = 0 h) ve süpernatant tepki bitiminde tepki karışımı (t = 50 h). 50 h saat noktada tepki karışımı 20.000 X g ve 4 ˚C ve S-MALS üzerinde enjekte sonuçlandı süpernatant 1 h için centrifuged. Monomer tepe kaybolması tau tam toplama onaylar. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: tau toplama tahlil bağımsız deneysel çalıştırma arasında yüksek tekrarlanabilirlik gösterir. Spontan huTau441 toplama huTau441 protein ve aynı toplu işlem iki bağımsız deneylerde toplanan dört bireysel kinetik izlerini iki aynası. HuTau441 ve heparin konsantrasyonları 15 µM ve 8 µM, sırasıyla vardır. Kinetik karakterizedir (SD ile) ortalama gecikme faz 12,2 ± 0,18 h ve t50 17,8 ± 0,8 h (1 çalıştırın) ve 11,6 ± 0,52 h ve t50 17,8 ± 0.23 h (2) çalıştırmak, anılan sıraya göre. Kinetik veri üst asimptot doğrusal bir düşüş ile 5-parametre lojistik eğri ile takıldı. T50 doğrusal regresyon tarafından öngörülen değerleri arasında tarafından hesaplanan. Gecikme faz ThT floresans sinyalinin % 3 artış temel alınarak hesaplanır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4: tau toplama tahlil huTau441 protein farklı toplu işlemleri arasında yüksek tekrarlanabilirlik gösterir. Her panel dört belirli huTau441 toplu işlemine karşılık gelen çoğaltır gösterir. Her toplu iş iş toplama bağımsız denemeler izledi. HuTau441 ve heparin konsantrasyonları 15 µM ve 8 µM, sırasıyla vardır. Toplu işlemleri (SD ile) ortalama gecikme faz 15,3 ± 0,38 h ve t50 21,1 ± 0,46 h (toplu 1); ile karakterizedir dört bireysel tau karşılık gelen toplama kinetik gecikme faz 12.5 ± 0,07 h ve t50 19,8 ± 0.34 h (toplu 2); Faz 15.1 ± 0.34 h ve t50 21.9 ± 0,86 h (toplu 3) lag ve faz 11,5 ± 0.29 h ve t50 17,8 ± 0.29 h (toplu iş 4), sırasıyla lag. Kinetik veri üst asimptot doğrusal bir düşüş ile 5-parametre lojistik eğri ile takıldı. Gecikme faz ve t50 doğrusal regresyon tarafından öngörülen değerleri arasında tarafından hesaplanan. Gecikme faz ThT floresans sinyalinin % 3 artış temel alınarak hesaplanır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5: ön şekillendirilmesi hutau441 toplamları var yüksek aktivite tohumlama. Tohum başlatmak için sonicated tau toplamları monomer hutau441 için eklenmiştir. Kırmızı, mavi, her rengin farklı kinetik eğrilerinin eklenen tohum farklı miktarını temsil eder: %1,25, % 0.63, %0.31, %0.16, %0,08, %0,04, %0.02, % 0,01, %0,005 ve %0.0025 (v/v), anılan sıraya göre. Spontan hutau441 çevrimi siyah olarak temsil edilir. Tüm koşulları içinde quadruplicate test edildi. Tohumlar belirli bir konsantrasyon ile ilişkili dört kinetik çoğaltır son derece tekrarlanabilir ve çoğu durumda ayırt edilemez. Hutau441 ve heparin konsantrasyonları 15 µM ve 8 µM, sırasıyla vardır. Önceden biçimlendirilmiş sonicated fibriler yapıları az miktarda ek spontan değişme içinde gözlenen ilk gecikme faz ortadan kaldırır ve etkisi tohum miktarı ile orantılıdır. Kırmızıdan maviye gözlenen t50 (t50 spont.conv-t50 tohum) 18.9, 18,40, 17,8, 17.3, 16.6, 16.1, 15,4, 14.7, 14.2 ve 13,7 saat, sırasıyla farktır. Spontan hutau441 çevrimi bir ortalama t50 itibaren 19.85 tarafından (SD ile) karakterizedir ± 0,54 h. kinetik veri ile üst asimptot doğrusal bir düşüş ile 5-parametre lojistik eğri ile donatılmış. t50 doğrusal regresyon tarafından öngörülen değerleri arasında tarafından hesaplanan. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Çok sayıda çabalarına rağmen tau toplama kinetik literatürde bildirilen tarih eksikliği tekrarlanabilirlik istenen seviyeye ve/veya bir çekirdekleşme bağımlı polimerizasyon19,20,21 özellikleri , 22 , 23 , 25. bu kez bir gecikme faz, verimsiz tohum ve tau toplamları fibriler sigara doğası eksikliği tarafından vurgulanmaktadır. Bu eksiklikler nedeni değişebilir ve alt-optimal tau protein kalite (parçalanma, varlığı toplamları, düşük saflık, vs.), protein ve reaktifler ve/veya deneysel koşullar inducing seçimi içerir. Başka bir karışıklık faktör Intra - oluştururlar veya Inter tau toplama arabirimi iki sistein artıkları - redoks çevre ve etkiler tau toplama verimliliğini bağlı olarak moleküler disülfür köprü. Çoğu yaklaşımlar reaktifler DTT veya TCEP gibi azaltarak azaltılmış formları sistein kalıntıları korumak için kullanılmış ve böylece tekrarlanabilirlik25düzeylerini artırmak. Ayrıca, tau tükenme katsayısı hangi bir protein konsantrasyonu doğru ölçümler zorluklar yol açar çok düşüktür.
Özellikle birkaç parametreleri ve biz tau protein için sağlam, tekrarlanabilir ve temsilcisi toplama profil için çok önemli olarak kabul kalite öznitelikleri üzerinde duruldu: Intra - olasılığını ortadan kaldırarak ve Inter-moleküler disülfür oluşumu, bir son derece saf tau monomer üreten ve konsantrasyonu tayini doğruluğunu geliştirmek. Bu reaktif ile ilgili sorular biz en iyi tahlil gelişimi için kritik olarak kabul potansiyel ilgi noktalarıdır. Bu sorunlara yönelik olarak tam uzunlukta huTau441 iki mutasyonlar, C291A ve C322A ve N - ve C-terminal Etiketler ile ifade edildi. Mutasyon sistein kalıntıları Aksi takdirde çok zor disülfür köprü denetlemek ayrıcılıklarına tau protein üzerinde çok az etkisi vardır. Protein nispeten kısa N ve C terminali Etiketler ile ifade çok yüksek saflıkta, bütünlüğü ve monomer içerik için yol açan bir iki adım benzeşme arıtma protokolü takip izin verdi. Ayrıca, biz protein yok olma katsayısı arttı ve çok daha doğru konsantrasyon ölçümleri24izin bir F8W mutasyon tanıttı.
Yüksek kaliteli protein reaktifler kullanmanın yanı sıra, diğer tahlil parametreleri de optimize. En iyi tau: heparin oranı tespit doğrultusunda önceden yayınlanmış çalışmaları26olan 0,5 (M/M) yanında olmak. Ayrıca, mekanik ve optik enstrümantal ayarlarını tekrarlanabilirlik ve optimum parametreleri bir dereceye kadar üreticiye bağlı olarak farklı olabilir emin olmak büyük önem taşımaktadır.
Bu tahlil açıklanan tau toplama reklam tau patogenezi ile ilişkili olan ve tauopathies ilgili özellikleri gösterir. Süreci yüksek enerji çekirdeği oluşumu için karşılık gelen bir başlangıç gecikme aşaması ile başlar ve karşılık gelen bir hızlı büyüme aşaması fibriller büyüme için gelir. Öteleme süresini kapsayan geniş bir tohum konsantrasyonları (Şekil 5) hala çok uzun süre protein yıkımı ve/veya non-spesifik toplama kaçınılması böylece tohumlama işlemi (Şekil ayrıntılı olarak incelemek için geniş bir pencere açmak için yeterince uzun 2). huTau441 gibi özünde düzensiz bir protein için uzun dönem-in zaman fizyolojik koşullarına maruz kaldığında bu ikincil olaylar özellikle olabilir. PHFs morfoloji reklam hastaların beyin izole ve monomeric tau işe ve de novo için dönüştürme çok verimli elde edilen tau toplamları görüntüleme toplamları, tohum olarak adlandırılan bir süreç oluşturulur. Tahlil kinetik eğrileri wells, deneysel çalışır ve protein toplu işlemleri arasında neredeyse ayırt edilemez olmak son derece tekrarlanabilir. Sadece en uzun tau izoformu, huTau441, geçerli tahlil odaklanır, ancak uygulama adapte edilebilir tau (Ameijde ve ark., Acta Neuropathologica iletişim, basında) diğer formları dönüşüm eğitim için Ayrıca, bu sağlar Mekanik çalışmaları tau izoformlarının etkileşimi üzerinde duruldu ve muhtemelen nerede 3R ve 4R izoformlarının burada tau patoloji esas olarak içeren PHFs ve PICK hastalığı veya da demans yoksa reklam patogenezinde tau arasındaki farklar ışık 3R ve 4R tau izoformlarının, sırasıyla27.
Tahlil çok yüksek tekrarlanabilirlik okuyucular belirli laboratuvar ayarlarına göreli kolaylıkla uygulamak izin vermelidir. Tahlil ne vivo içinde misfolding ve tau agregasyon inanılıyor taklit eder, tau patogenez ve bu ışık tutacak mekanik çalışmalar etkinleştirme ilaç adaylarının süzmek için değerli bir araç teşkil eder ve onların girişim değerlendirmek Patogenez işleminin farklı adımları ile.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Yazarlar Hector Quirante ifade ve huTau441, arınma için Hanna Inganäs ve mükemmel teknik destek için Margot van Winsen ve Martin Koldijk veri analizi için teşekkür etmek istiyorum.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Thioflavin T | Sigma-Aldrich | T3516-5G | dry powder (Mw = 318.86 g/mol) |
Heparin | Sigma-Aldrich | H3393-50KU | dry powder (Mw = 17-19 kDa) |
TCEP | Sigma-Aldrich | 75259-1G | dry powder (MW= 286.65 g/mol) |
PBS | Gibco-Life Technologies | 10010-015 | Sterile, pH 7.4 (1X) |
0.22 μm sterile filter | Corning | 431160 | PES membrane |
0.20 μm sterile serynge filter | Corning | 431229 | PES membrane |
96-well microplates | Thermo Scientific | 9502867 | Black, flat botton |
Microplate sealers | R&D Systems | DY992 | Adhesive strips |
Synergy Neo2 Multi-Mode Microplate Reader | Biotek | Synergy Neo2 | Hybrid Technology, Gen5 Software |
Eppendorf Tubes | Eppendorf | 0030 120.086 | 1,5 ml tubes |
Ultrasonics-Branson SFX250 | Branson | 101-063-966R | 1/2" Solid Horn and 1/8" microtip |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır