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이 문서에서는 불연속 자당 기울기에 초 원심 분리에 의해 시냅스 세포막과 관련된 단백질의 농축을 자세히 설명합니다. 시냅스 밀도 단백질의 준비 과정도 설명한다. 단백질 제제는 서쪽 블로 팅 또는 2D DIGE 분석에 적합하다.
신경 세포 내 분획 기술과 시냅스에서 인신 매매 단백질의 정량화 할 수 있습니다. 원래는 1960 년대 후반에 설명한 바와 같이, 시냅스 세포막과 연관된 단백질 자당 밀도 구배 초 원심 분리에 의해 단리 될 수있다. 시냅스 막 단리되면 시냅스 후 밀도로 알려진 고분자 복합체이어서 인해 세제 불용성으로 분리 될 수있다. 시냅스 세포막과 시냅스 후 밀도 단백질을 분리하는 데 사용되는 기술들은 본질적으로 사십년 후 동일하게 유지하고, 현재 널리 신경 과학 연구에 사용된다. 이 문서에서는 시냅스 세포막과 시냅스 밀도가 불연속 자당 기울기 사용과 관련된 단백질의 분별에 대해 자세히 설명합니다. 그 결과 단백질 제제는 서쪽 블로 팅 또는 2D DIGE 분석에 적합하다.
뉴런은 시냅스를 통해 통신하고,이 통신 품질이 시냅스에서 단백질 조성물의 변화가 큰 범위로 조절된다. 특히, 시냅스 후 밀도에있는 단백질은 신호 전달 체계 1 속속들이 비계 신경 전달 물질 수용체의 연결에 의해 통신에 참여한다. 또한 시냅스 효능의 강도 변화는 지속 시냅스 후 밀도 1-6에서 추가 또는 수용체의 제거에 의해 제어된다. 따라서 시냅스 단백질의 분리 및 정량은 신경 자극과 시냅스 효능 7을 변경하는 대응 방법에 대한 통찰력을 얻을 수있는 필요하고 유용한 기술이다. 이 문서에서는 불연속 자당 그라디언트에 초 원심 분리에 의해 쥐 뇌 조직에서 시냅스 단백질을 분리하는 일반적인 방법에 대해 설명합니다. 시냅스 세포막 분획을 농축 할 수 있고 기반 절연경험적 1.2 M 수크로오스 유사한 것으로 판정 된 수크로오스의 밀도.
생물학적 질문에 따라 세포 내 분획 자당 또는 퍼콜 하나의 연속 또는 불연속 그라디언트에 의해 분리 될 수있다. 연속 그라디언트 여러 분획으로 단백질의 분리를 허용; 이 주어진 분수 8 내에서 단백질의 공동 현지화을 설명하기 위해 특히 유용 할 수 있습니다. 그러나, 연속 그라디언트의 준비는 더 힘든이며 많은 응용 프로그램에 필요하지 않습니다. 불연속 구배가 비교적 쉽게 제조 할 수 있으며, 몇 일반적으로 정의 된 단백질 분획을 분리하는 데 사용될 수있다. 증가 몰 농도의 수크로오스 세 층으로 구성되는 불연속 구배 널리 시냅스 원형질막 (SPM)과 연관된 단백질을 분리하는데 사용되어왔다. 이 시냅스 세포막 분획을 상기 시냅스 후 밀도 fractio로 처리 될 수있다세제 불용성 부분의 세제 처리 및 분리에 의해 N (PSD).
이 프로세스가 첫번째 1960 9,10에서 설명 될 때, 전자 현미경은 대략 시냅스 세포막과 시냅스 후 밀도 분획 9-14을 정의하는 소기관 및 세포막을 입증하기 위해 사용되었다. 이러한 연구들은 전후 시냅스 막 및 SPM 분획 시냅스 소포의 포함을 증명; 세제 치료를 주로 전자 조밀 한 후, 시냅스 밀도를 볼 수 있었다. 절차에서, 저장성 충격 전지 본체 (10)로부터 시냅스 핀치 오프 공정을 위해 사용된다. 이 단계는 미토콘드리아는 삼투압 충격에 더 저항성을 그대로 유지하고, 그래서 그들은 자당 구배 (도 1)의 바닥에 침강한다는 사실을 이용한다.
이 같은 농축 기술을 사용하여, SPM 및 PSD 분수 생화학 첫번째이었다폴리 아크릴 아미드 겔 전기 영동 및 주요 단백질 성분 15-17의 서열에 의해 정의. 그 후 서양 얼룩 분석 (그림 2)이 분수를 정의 더 감지하고 시냅스 단백질의 수준을 정량화하는 데 사용되었습니다. 우리는 Slc6a3 궤적 쥐 18에서 중복 될 때 발생하는 도파민 수송의 시냅스 수준의 변화를 정량화하기 위해 실험실에서이 기술을 사용하고 있습니다. 우리는 또한 DISC1의 interactome 19의 일부 단백질이 시냅스 별 감축을 발견하는 NMDA 수용체 결핍 생쥐에서이 기술을 사용하고 있습니다.
또한 SPM 획분 시냅스 소포 막 단백질, 엔도 좀 마커, 미토콘드리아 단백질, 막 관련된 합성 효소 및 신호 전달 분자뿐만 아니라, 시냅스 후 밀도의 적분 요소 및 시냅스 세포막 (20-23)를 포함하는 웨스턴 블롯 분석으로부터 명백하다. E하지마 PSD 풍부한 분획 미토콘드리아 단백질 오염을 가질 수 있으며이를 제거하기 위해 13 초 구배 침강 또는 추가적인 정제 단계를 수행 할 필요가있다. 최근 정량적 질량 분석은 단독 시냅스 후 밀도의 100 위에 단백질의리스트뿐만 아니라, 이들 구성 요소 (24, 25)의 상대적인 풍요의 표시를 제공하고있다.
다음 프로토콜은 동물 관리의 캐나다 협의회의 가이드 라인을 준수하고 토론토 대학에서 의학 및 약학 동물 관리위원회의 교수진에 의해 승인되었습니다.
표 1에서 설명한 것과 같이 필요한 시약을 준비
적절한 두뇌 지역의 2 해부
모터 구동 유리 테플론 균질와 3 조직의 균질화
4 저속 원심 분리가 핵 분획을 제거하는 (금리 뜨는 S1)
원유 Synaptosomal 분수의 5 농축 (수익률 펠렛 P2)
원유 Synaptosomal 분수의 6 용균 (Hypoosmotic 충격)
Synaptosomal 막 분수의 7 농축 (P3)
불연속 자당 그라데이션의 8 준비
시냅틱 플라즈마 멤브레인의 9 분별 (SPM)
시냅스 밀도 분획 (10) 제조 (PSD)
자당 밀도 구배의 제제는 수 크로스 (0.8, 1.0 및 1.2 M 수크로오스)의 세 몰 솔루션이 완전히 분리 될 것이다. 단백질 샘플이 추가되기 전에 그라데이션의 예는도 3a를 참조하십시오. 구배 미리 너무 제조하거나, 다른 기기로부터 진동 벤치 표면에 제조 된 경우, 구배는 손상 될 것이며, 적절한 분리가 달성 될 수없는 경우. 세 용액의 명확한 분리가 보이지 않는 경우, 단백질 시료를 추가하기 전에 새로운 구배를 만드는 것이 바람직하다. 자당 기울기 단백질 샘플이 추가됩니다 (검은 색 화살표)의 예제는 그림 (b)를 참조하십시오.
원심 분리 후, 각 계면에서의 단백질 분획을 맑은 밴드가 있어야한다 (0.32 / 0.8 / 1.0 0.8 1.0 / 1.2). 또한 펠릿은 관의 하단에 표시해야한다. 예를 들어 그림 3C를 참조초 원심 분리 후 분획 밴드. 분획 만 계면 확산에 존재하는 경우에는 경사가 손상시키고, 상기 처리를 의뢰하지 않은 것 같다.
마우스 선조체 (striatum)에서 총 SPM 및 PSD1T 단백질 시료의 웨스턴 블로 팅은 그림 2에서 설명된다.하는 GluR1, PSD95 및 CaMKII 같은 시냅스 단백질의 농축, 총, SPM에서 단백질 (10 μg)의 일정 금액을로드하여 시각화 할 수 있습니다 및 PSD 분수. 도파민 수송 체 (DAT) 등 Perisynaptic 단백질 분획 SPM 농축되지만, PSD 농축 공정의 후속 단계에서 세제 제거된다.
해당로드를 보장하기 위해, 단백질 수준은 개양귀비 빛 레드 (26) 염색하여 서양 얼룩 막에 시각화 할 수 있습니다. 항체 기반 "로드 컨트롤은"종종 문헌에보고되어 있지만, 시냅스 단백질이 차이가 될 수 있기 때문에 이것은 잘못된 일 수있다erentially 실험적인 치료 그룹에 규제. 항체 - 기반 "로드 제어"를 원하는 경우, 먼저 개양귀비 빛 염색함으로써 등가 단백질 로딩을 결정하고 다른 실험 그룹이 변경되지 않는 사람들을 식별하는 여러 기준 단백질을 테스트하는 것이 바람직하다.
세포 내 분획의 그림 1 워크 플로 SPM 및 PSD 단백질 분획을 풍부하게합니다.
마우스 선조체 (striatum)에서 그림 2 대표 서부 총 SPM의 오점 및 PSD1T 단백질. 단백질 추출물 ㎍의이 SDS-변성에 해결이되었습니다 10, 10 %의 아크릴아미드 젤, 그리고 PVDF 멤브레인에 옮겼다. 그 후이 말은 시냅스 밀도의 모든 구성 요소 αCaMKII,하는 GluR1, PSD-93, 및 PSD-95 차 항체와 함께 배양 하였다. 따라서,이 단백질은 SPM 및 PSD 분수에 충실. 다른 방법으로, 말은 선조체 (striatum)에서 시냅스 막에있는 DAT에 대한 일차 항체와 함께 배양 하였다. DAT는 SPM 분획에서 농축되는 반면, PSD 복합체의 일부가 아닌, 그리고 면역 반응은 PSD 분획에서 관찰되지 않는다. 일부 실험 조건뿐만 아니라 이들 단백질의 수준에 영향을 미칠 수 있지만 액틴 또는 나트륨 / 칼륨 ATPase를 (나트륨 / K 펌프)에 대한 항체는, 로딩 대조군으로 사용할 수있는 등 적절한 부하 제어를 경험적으로 결정되어야한다.
그림 3. 자당 기울기의 대표적인 예 전 초 원심 분리 후. 그라데이션이 준비 A. 후, 튜브가 빛을 개최 할 때 볼 수 있습니다 세 가지 단계가 있어야한다. 흰색 화살표는 0.8 / 1.0 M 수크로오스 용액 1.0 / 1.2 M 수크로오스 용액 사이의 계면을 나타낸다. B. 샘플 구배의 상단에 장착되면, 그것이 0.32 M 수크로오스 용액에 있고 0.8 위에 닿 M 수크로오스 층. C. 원심 분리 후에, 균질 물은 여러 분획으로 분리된다. 0.8 / 1.0 M 자당 용액의 계면에 떠있는 부분은 수초 막에 농축 될 것이다. 1.0 / 1.2 M 수크로오스 용액의 계면에서 분획 바늘 및 주사기로 수집 SPM 분율을 나타낸다. 튜브의 아래쪽 펠렛 미토콘드리아 단백질 농축된다.
솔루tions | HEPES 버퍼 자당 | 단백질 분해 효소 억제제 | * 포스 파타 아제 억제제 |
한 M HEPES pH를 7.4 | 0.32 M 자당 4 mM의 HEPES (산도 7.4)에서 | 0.25 mM의 PMSF (주 에탄올 250 밀리미터, 1,000 배) | 10 mM의 나트륨 불소 (주식 500 mm의 50 배) |
4 mM의 HEPES pH를 7.4 | 0.8 M 자당 4 mM의 HEPES (산도 7.4)에서 | 1.5 μg / ㎖ 아프로 티닌 (주 1.5 ㎎ / ㎖, 1,000 배) | 2.5 mM의 나트륨 피로 인산 (주식 250 밀리미터, 100 배) |
DDH 2 O | 1.0 M 자당 4 mM의 HEPES (산도 7.4)에서 | 10 μg / ㎖ 류 펩틴 (주 10 ㎎ / ㎖, 1,000 배) | 1.0 MM의 β-글리세로 포스페이트 (주식 200 밀리미터, 200 배) |
50 mM의 HEPES (산도 7.4) 2 mM의 EDTA | 1.2 M 자당 4 mM의 HEPES (산도 7.4)에서 | 0.1 ㎎ / ㎖ 벤즈 아미 딘 (주 100 ㎎ / ㎖, 1,000 배) | 5.0mM의 나트륨 오르토 바나 데이트 (주식 500 밀리미터, 100 배) |
10 μg / ml의 펩 스타틴 (주 5 밀리그램 / 에탄올 ML, 500X) |
표 1에 필요한 시약
분수 | 단백질 분획 | 단백질 마커 |
P1 | 핵 | 히스톤 H1 27 |
S1 | 세포질은 / 막 | calnexin 28 (소포체) - 튜 불린 29 (골격), GAPDH 30 (세포질), 58K 골지 프로TEIN 31 (골지체) |
P2와 P2 ' | 원유 synaptosomes | AMPA 및 NMDA 수용체의 서브 유닛 (32) |
S2 및 S2 ' | 세포질 / 라이트 막 | nNOS1 29 (세포질), GAPDH (세포질), 램프 1 33 (리소좀), PEX14 34 (퍼 옥시) |
P3 | synaptosome / 미토콘드리아 | VDAC 35 (미토콘드리아), AMPA 및 NMDA 수용체의 서브 유닛 (synaptosome) |
S3 | 시냅스 소포 | SV2 8, 시납 8 |
0.8 M / 1.0 M | m yelin | 미엘린 염기성 단백질 36 |
1.0 M / 1.2 M | SPM | AMPA 및 NMDA 수용체 서브 유닛, 연접 마커 (SNAP25 8) neurexin 32, 32 neuroligin |
1.2 MP | 미토콘드리아 | VDAC 35 |
PSD (1T) | PSD | PSD93 32, PSD95 32, AMPA 및 NMDA 수용체의 서브 유닛, neuroligin, PICK1 32, CaMKII 32 |
TS | 시냅스 막 | SNAP25, Munc18 37, 바순 38, neurexin |
풍부한 PSD | PSD95, AMPA 및 NMDA 수용체의 서브 유닛, PICK1, CaMKII |
단백질 마커의 표 2 목록 세포 내 분수를 구별
성공적인 결과를위한 중요한 절차의 몇 가지 단계가 있습니다. 단계 3에서는, 균질화의 일관성 정도가 각각의 샘플에 대해 달성되는 것이 중요하다. 구동 모터와 균질 조직을 균질화 할 때 일정한 속도 유봉의 회전뿐만 아니라, 스트로크의 수뿐만 아니라 사용된다. 저장성 용액 확장 균질화 또는 배양이 미토콘드리아를 용해하고 SPM 샘플을 오염 때문에 삼투압 충격 동안 배양 시간은 정확해야한다.
또 다른 중요한 단계는 시약, 특히 자당 용액의 제조에있다; 자당 용액의 몰 농도가 잘못된 경우 절차가 작동하지 않습니다. 따라서, 자당 용액이어서 정확한 최종 부피로 4 mM의 HEPES를 추가 4 mM의 HEPES 용액에 용해, 수 크로스 칭량함으로써 제조한다. 문제 해결 팁 : 욕실에 준비된 자당 솔루션을 테스트 그라데이션을 구축그라데이션이 제대로 조립되어 있는지 확인합니다. 브로 모 페놀 블루의 다양한 농도의 세 자당 솔루션이이 세 가지 층의 시각화를 지원하는에 (0.005 % V / w -0.02 %의 예를 들어, 최종 농도)를 추가합니다.
이것은 그라데이션 조립 될 때 원심 분리 튜브 때 사이의 시간의 양을 제한하는 것이 중요하다. 보통 확산 시간이 지남에 구배를 파괴하고, 구배가 저장된 벤치에 진동이있는 경우에는이 가속된다. 정확한 볼륨이 유리 파스퇴르 피펫으로 피펫 팅하는 개별 분주로 솔루션의 사전 피펫은 할 수 있습니다. 이것은 또한 구배 초 원심 조립체 사이의 시간을 감소시킨다. 문제 해결 팁 : 실험 자당 구배 동시에 전술 한 바와 같은 브로 모 페놀 블루 염료 "테스트 구배"를 만든다. 구배의 무결성은 시간이 지남에 따라서, 모니터링 할 수있다. 테스트 그라데이션이 될 것입니다확산의 표시 그라디언트 사전에 너무 멀리 조립이나 진동에 노출되는 경우.
마지막으로, 그 이후에 물 2.5 권으로 샘플을 희석 할 필요가 있기 때문에, 가능한 한 작은 체적에서 SPM 샘플을 수집하는 것이 중요하다. 이상적으로는 시료 1 공통 주사기를 사용하여 0.4-0.7 ㎖를 수집한다. 그것은 그라데이션 조립 및 초 원심 사이의 시간을 제한하는 7 단계의 마지막 20 분 동안 스핀 불연속 그라디언트를 구축하는 것이 좋습니다.
프로토콜은 서로 다른 분수의 모든 예약 및 후속 분석을 위해 -80 ° C에서 다음을 저장할 수있는 권고 사항을 포함한다. 우리는이 분수의 몇에 그림 2의 시냅스 단백질의 농축을 증명하고있다. 그러나, 그것의 분포를 이해할 분획 각각 단백질의 관심의 수준을 측정하는 것이 바람직하다. distrib에 비교다른 세포 내 마커 단백질과 분획에서의 단백질의 ution 또한 실험 조건은 원하는 분획을 획득했음을 확인하는 데 도움이된다. 표 2 분획의 단계에 대한 지표로 이용 될 수있는 일반적으로 사용되는 단백질 마커를 요약 8,27- 38.
불연속 자당 기울기의 이용은 널리 시냅스 세포막을 풍부하게하는 데 사용됩니다. 이 방법은 확인하기 쉽게하고 특수 장비를 필요로하지 않는 불연속 자당 그라디언트 연속 퍼콜 구배를 통해 장점이 있습니다. 그러나,이 방법은 정확하게 관심 단백질을 지역화하기에 충분하지 않을 수 있으며, 따라서 이러한 애플리케이션에 퍼콜 구배가 바람직 할 수있다.
The authors have no conflicts of interest to disclose.
The authors thank Dr. Mike Ehlers and his laboratory members for originally demonstrating the protocol for subcellular fractionation of synaptic plasma membranes. We also thank Wendy Horsfall for management of the mouse colonies. This work was supported by operating grants from CIHR (AJR and AS).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 M HEPES, pH 7.4 | BioShop | HEP003.100 | |
HEPES | BioShop | HEP001.500 | |
Sucrose | BioShop | SUC507.1 | |
EDTA | BioBasic | EB0185 | |
PMSF | BioShop | PMS123.5 | |
Aprotinin | BioShop | APR600.1 | |
Leupeptin | BioShop | LEU001.1 | |
Pepstatin | BioShop | PEP605.5 | |
Benzamidine | BioShop | BEN601.25 | |
Sodium fluoride | BioShop | SFL001.100 | |
Sodium pyrophosphate | BioShop | SPP310.100 | |
Sodium orthovanadate | BioShop | SOV664.10 | |
β-glycerophosphate | BioShop | GYP001.10 | |
Triton X-100 | BioShop | TRX506.500 | |
18 G x 1 ½” needle | BD | 305196 | |
1 cc syringe | BD | 309659 | |
Glass Teflon homogenizer Kontes Duall 23 | VWR | KT885450-0023 | |
IKA Model RW 16 basic stirrer | IKA Works | 2572100 | |
Sorvall SM-24 fixed angle rotor | ThermoScientific | 29017 | |
Sorvall RC 6 Plus centrifuge | ThermoScientific | 46910 | |
Thinwall polyallomer tubes (13.2 ml) | Beckman Coulter | 331372 | |
SW 41 Ti rotor swinging bucket | Beckman Coulter | 331362 | |
Beckman L-80 floor ultracentrifuge | Beckman Coulter | ||
Thickwall polycarbonate tubes (3.5 ml) | Beckman Coulter | 349622 | |
TLA-100.3 fixed angle rotor | Beckman Coulter | 349481 | |
Beckman TL-100 tabletop ultracentrifuge | Beckman Coulter |
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