Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bu makalede, bir sükroz gradyanı üzerinde süreksiz bir ultra-santrifüj ile sinaptik plazma membranı ile bağlantılı proteinlerin zenginleştirme göstermektedir. Post-sinaptik yoğunluk proteinlerin takip eden hazırlama de tarif edilmektedir. Protein preparatları western blotting ya da 2 boyutlu DIGE analiz için uygundur.
Nöronal hücre altı bölme teknikleri ve sinaps kaçırılan proteinlerin ölçülmesine olanak sağlar. Başlangıçta 1960 lerin sonlarında tarif edildiği gibi, sinaptik plazma membranı ile ilgili proteinlerin bir sükroz yoğunluk gradyanında ultrasantrifugasyon sureti ile izole edilebilir. Sinaptik membranlar izole edildikten sonra, sinaptik sonrası yoğunluğu olarak tanımlanır, makromoleküler bir komplekstir, daha sonra nedeniyle deterjan çözülemediği için izole edilebilir. Sinaptik plazma zarları ve post-sinaptik yoğunluklu proteinleri izole etmek için kullanılan teknikler, esas olarak 40 yıl sonra aynı kalır, ve yaygın olarak mevcut nörolojik araştırma kullanılır. Bu makalede, sinaptik plazma membranı ve post-sinaptik yoğunluk kesintili bir sakroz gradyanı kullanılarak, ilişkili proteinlerin fraksiyonasyon göstermektedir. Elde edilen protein preparatları, batı lekeleme ya da 2 boyutlu DIGE analiz için uygundur.
Nöronlar, sinaps ile iletişim kurmak ve bu haberleşme kalitesi sinaps proteinlerin bileşiminde değişikliklerle büyük ölçüde kontrol edilir. Özel olarak, sinaptik sonrası yoğunluğu bulunan proteinlerin sinyal iletim sistemleri 1 ile iyice iskele nörotransmiter reseptörleri nöronal iletişiminde yer. Ayrıca, sinaptik etkinliğinin gücü kalıcı değişiklikler, sinaptik sonrası yoğunluğu 1-6 de ekleme ya da reseptörleri ayrılmasıyla kontrol edilir. Bu nedenle, sinaptik proteinlerin izolasyon ve miktar nöronlar uyaranlara ve sinaptik etkinliğini 7 değiştirmek yanıt yolları içgörü kazanmak için gerekli ve yararlı bir tekniktir. Bu makale süreksiz sakaroz Yokuşta ultrasantrifugasyon kemirgen beyin dokusundan sinaptik proteinler izole etmek ortak bir teknik anlatılmaktadır. Sinaptik plazma zarı fraksiyonu zenginleştirilmiş olabilir dayanan ve izoleampirik olarak 1.2 M sukroz ile benzer olduğu tespit edilmiştir sukroz yoğunluk,.
Biyolojik bir soru ile ilgili olarak, alt-hücresel fraksiyonlar sakaroz veya Percoll ya sürekli ya da süreksiz gradyentlerin ayrılabilir. Sürekli eğimleri çok sayıda kısmın içine proteinlerin ayrıştırılması için; Bu, belirli bir payın 8 içindeki proteinlerin birlikte-lokalizasyonunu göstermek için özellikle yararlı olabilir. Bununla birlikte, sürekli geçişlerini hazırlanması daha zahmetlidir ve birçok uygulama için gerekli değildir. Süreksiz gradyanlar hazırlamak için nispeten kolay olan ve az, genellikle tanımlanmış fraksiyonlar halinde proteinleri ayırmak için kullanılabilir. Artan molaritede üç sükroz katmanlardan oluşan çok süreksiz değişim ölçüleri geniş ölçüde sinaptik plazma zarı (SPM) ile ilişkili proteinler izole etmek için kullanılmıştır. Bu sinaptik plazma membranı fraksiyonu, sinaptik sonrası yoğunluk fraksiyonu yok etmek için işlenebilir;Deterjan-çözünmeyen fraksiyon deterjan muamelesi ile izolasyonu ve n, (PSD).
Bu işlem, ilk olarak 1960 de tarif 9,10 zaman, elektron mikroskopi kabaca sinaptik membranı ve post-sinaptik yoğunluğu 9-14 fraksiyonları tanımlamak organel ve membranlar göstermek için kullanılmıştır. Bu çalışmalar öncesi ve post-sinaptik zar ve SPM fraksiyonunda sinaptik veziküllerin dahil olduğunu gösterdi; Deterjan tedavisi öncelikle elektron-yoğun sonra sinaptik sonrası yoğunluğu görünür. Prosedürde, hipotonik şok hücre gövdesi 10 gelen sinaptik süreçleri çimdik için kullanılır. Bu adım, mitokondri ozmotik şoka, daha dayanıklı ve sağlam kalır ve bu nedenle bu yöntem sukroz gradyanı ile (Şekil 1) altındaki çöktürmek gerçeğinden yararlanır.
Bu aynı zenginleştirme tekniği kullanarak, SPM ve PSD fraksiyonlar biyokimyasal ilk idipoliakrilamid jel elektroforezi ve ana protein bileşenlerinin 15-17 sekans ile tanımlanmıştır. Daha sonra, western blot analizi (Şekil 2), bu kısımlar daha fazla tespit etmek ve tanımlamak sinaptik proteinlerin seviyelerini ölçmek ve kullanılmıştır. Biz Slc6a3 odağının farelerde 18 yineleniyor meydana dopamin taşıyıcı sinaptik seviyelerindeki değişiklikleri ölçmek için laboratuarlarda bu tekniği kullandık. Ayrıca DISC1 interactome 19 bir parçası olan proteinlerin sinaps özgü azalma ortaya çıkarmak için, NMDA reseptörü eksik olan farelerde, bu tekniği kullanılmıştır.
Bu fraksiyonlar SPM sinaptik vezikül zar proteinleri, endozom belirteçler, mitokondriyal protein, zar bağlı sentetik enzimler ve sinyal iletim molekülü olarak post-sinaptik yoğunluk tamamlayıcı bileşenleri ve sinaptik plazma zarlarını içeren 20-23, western blot analizi bellidir. Even PSD kısımlar bol mitokondriyal proteinleri ile kirlenmemiş olması ve bunları 13 ayrılması için bir ikinci meyilli sedimentasyon ya da ek saflaştırma adımları gerçekleştirmek gerekli olabilir. Son zamanlarda, tek başına nicel kütle spektrometrisi, sinaptik-sonrası yoğunluğu 100 proteinlerin bir listesi, aynı zamanda bu bileşenlerin 24,25 nispi bolluk bir gösterge sağlamıştır.
Aşağıdaki protokol Hayvan Bakımı Kanada Konseyi yönergelerine uygun ve Toronto Üniversitesi Tıp ve Eczacılık Hayvan Bakım Komitesi Fakültesi tarafından onaylanmıştır.
Tablo 1 Açıklandığı gibi 1. Gerekli Reaktifler hazırlayın
Uygun Beyin Bölgesi 2. Diseksiyon
Motorlu Cam-Teflon Homogenizer 3. Doku Homojenizasyon
4. Düşük Hız Santrifugasyon Nükleer Kesir Kaldır (Getirileri Supernatant S1)
Ham sinaptosomal Kesir 5. Zenginleştirme (Getirileri Pelet P2)
Ham sinaptosomal Kesir 6. Parçalama (Hypoosmotic Şok)
Sinaptosomal Membran Kesir 7. Zenginleştirme (P3)
Sürekli olmayan, sukroz gradyanlı 8. hazırlanması
Synaptic Plazma Membran 9. Fraksiyonu (SPM)
Yoğunluk postsinaptik Fraksiyon 10. Hazırlama (PSD)
Sükroz yoğunluk gradyanı preparasyonu sukroz (0.8, 1.0 ve 1.2 M sükroz) üç mol çözümler net bir ayrım ile sonuçlanmalıdır. Protein numunesi ilave edilmeden önce, gradyanın bir örnek için bakınız Şekil 3A. Degrade önceden çok hazırlanır, ya da diğer ekipmanların gelen titreşim ile bir tezgah yüzeyi üzerinde hazırlanmış ise, degrade tehlikeye olacak ve uygun ayırma elde edilemez olacaktır. Üç çözümler net bir ayrım görünür değilse, bu protein örneği eklemeden önce, yeni bir gradyanı yapılması tavsiye edilir. Sukroz aşamasına göre, protein numune ilave edilir (siyah ok) bir örnek için bakınız Şekil 3B.
Santrifüjlemeyi takiben, her bir ara yüzeyinde protein fraksiyonlarının açık bant olmalıdır (0.32 / 0.8 / 1.0 0.8, 1.0 / 1.2). Buna ek olarak, bir pelet, tüpün alt kısmında görünür olmalıdır. Bir örnek olarak Şekil 3CUltrasantrifüje edildikten sonra fraksiyon bantların. Fraksiyonlar sadece interfaz diffüz varsa, bu gradyan tatlıya ve ileri işleme tavsiye edilmez olasıdır.
Fare striatum toplam SPM ve PSD1T protein örneklerinin western lekelenmesi, Şekil 2'de gösterilmiştir. GluR1, PSD95 ve CaMKII gibi sinaptik proteinlerin zenginleştirme toplam SPM protein (10 ug) sabit bir miktarının yatırılması ile görselleştirilebilir , ve PSD kesirler. Dopamin taşıyıcısı (DAT) gibi perisynaptic proteinler SPM fraksiyonunda zenginleştirilmiş, ancak PSD zenginleştirme sürecinin müteakip deterjan adımlarla elimine edilir.
Eşdeğer yükleme sağlamak için, protein düzeylerinin büyük Ponceau Kırmızı 26 ile lekeleme ile western lekeleme zar üzerinde görüntülenebilir. Antikor bazlı "yükleme kontrol" sık sık literatürde rapor edilmiştir, ancak sinaptik proteinler fark olabilir çünkü bu yanlış isim olabilir,erentially deneysel tedavi gruplarında düzenlenir. Bir antikor-bazlı "yükleme kontrol" isteniyorsa, ilk olarak Ponceau lekelemesi ile eşdeğer bir protein yükleme belirlenmesi ve daha sonra, farklı deney gruplarında değişiklik anlardır tanımlamak için çeşitli referans protein test edilmesi önerilir.
Subselüler fraksiyonasyonunun Şekil 1. İş Akışı SPM ve PSD protein fraksiyonları zenginleştirmek.
Fare striatum Şekil 2. Temsilcisi batı toplam SPM leke ve PSD1T protein. Protein ekstresi ug SDS-kaybetmesinden çözüldü 10,% 10 akrilikamid jelleri, ve PVDF zarlarına transfer edilir. Daha sonra, bu lekeleri, sinaptik-sonrası yoğunluk bileşenlerdir αCaMKII, GluR1 PSD-93 ve PSD-95 için primer antikorlar ile inkübe edildi. Bu duruma göre, bu proteinlerin, SPM ve PSD fraksiyonlar açısından zenginleştirilmiştir. Alternatif olarak, lekeler striatumda presinaptik zarlarında bulunmaktadır DAT için bir birincil antikor ile enkübe edildi. DAT SPM fraksiyonu bakımından zengin iken, bu PSD kompleksinin bir parçası değildir ve imünoreaktivite PSD fraksiyonunda gözlenmez. Bazı deney koşulları hem de bu proteinlerin düzeyini etkileyebilir, ancak, aktin ya da sodyum / potasyum ATPaz (Na / K pompası) karşı antikorlar, yükleme kontrol olarak kullanılabilir ve böylece uygun yükleme kontrol deneysel olarak tespit edilmelidir.
Şekil 3. sukroz gradyanı temsili örnekleri arasında önce ve ultra-santrifüj sonrası. Gradyan hazırlanır C. sonra, tüp ışığa tutulduğu zaman, üç faz görebilir olmalıdır. Beyaz oklar 0.8 / 1.0 M sukroz çözümler ve 1.0 / 1.2 M sukroz çözümler arasındaki interfazda göstermektedir. B. Örnek gradyanın tepesinde yüklendiğinde, bir 0.32 M sukroz çözeltisinde ve 0.8 üst kısmına gelir M sükroz katmanı. C'de santrifüje edilmesinden sonra, homojenat pek çok fraksiyona ayırmak olur. 0.8 / 1.0 M sukroz solüsyonunun interfaz yüzen fraksiyon miyelin zarlarında zengin olacak. 1.0 / 1.2 M sukroz solüsyonunun interfaz fraksiyon bir iğne ve şırınga ile toplanır SPM fraksiyonu temsil eder. Tüpün alt Topak mitokondriyal protein için zenginleştirilmiştir.
Soluyonlar | HEPES-tamponlu sakaroz | Proteaz inhibitörleri | * Fosfataz inhibitörleri |
1 M HEPES pH 7.4 | 0.32 M sukroz, 4 mM HEPES (pH 7.4) içinde | 0.25 PMSF (etanol içinde 250 mM, 1,000x) | 10 mM Sodyum Florür (stok 500 mM, 50x) |
4 mM HEPES pH 7.4 | 0.8 M sukroz, 4 mM HEPES (pH 7.4) içinde | 1.5 ug / ml aprotinin (stok 1.5 mg / ml 1,000x) | 2.5 mM Sodyum Pirofosfat (stok 250 mM, 100x) |
GKD 2 O | 1.0 M sukroz, 4 mM HEPES (pH 7.4) içinde | 10 ug / ml Löpeptin (stok 10 mg / ml 1,000x) | 1.0 mm B-gliserolfosfat (stok 200 mM, 200x) |
50 mM HEPES (pH 7.4), 2 mM EDTA | 1.2 M sukroz, 4 mM HEPES (pH 7.4) içinde | 0.1 mg / ml benzamidin (stok 100 mg / ml 1,000x) | 5.0mM sodyum ortovanadat (stok 500 mM, 100x) |
10 ug / ml Pepstatin (stoku, 5 mg / mL etanol içinde, 500x) |
Tablo 1. Gerekli Reaktifler
Fraksiyon | Protein parçası | Protein işaretleyici |
P1 | nükleer | histon H1 27 |
S1 | Sitosol / membranlar | calnexin 28 (endoplazmik retikulum), a-tubulin 29 (iskeleti), GAPDH 30 (sitosol), 58K Golgi Proproteindir 31 (Golgi aygıtı) |
, P2 ve P2 ' | Ham sinaptozomlar | AMPA ve NMDA reseptör alt birimleri 32 |
S2 ve S2 ' | Sitosol / hafif membranlar | nNOS1 29 (sitosol), GAPDH (sitosol), LAMP1 33 (lizozom), PEX14 34 (peroksizom) |
P3 | sinaptosom / mitokondri | SSVD 35 (mitokondri), AMPA ve NMDA reseptör alt birimleri (sinaptosom) |
S3 | sinaptik vezikül | SV2 8, sinaptofizin 8 |
0.8 M / 1.0M | m Yelin | miyelin temel proteini 36 |
, 1.0 M / 1.2 M | SPM | AMPA ve NMDA reseptör alt birimleri, presinaptik işaretleyici (SNAP25 8), neurexin 32, 32 neuroligin |
1,2 MP | mitokondri | SSVD 35 |
PSD (1T) | PSD | PSD93 32, PSD95 32 AMPA ve NMDA reseptör alt birimleri, neuroligin, PICK1 32, 32 CaMKII |
TS | presinaptik membranlar | SNAP25, Munc18 37, Fagot 38, neurexin |
zenginleştirilmiş PSD | PSD95 AMPA ve NMDA reseptör alt birimleri, PICK1, CaMKII |
Protein markerleri Tablo 2. listesi sub-hücresel fraksiyonları ayırmak
Başarılı bir sonuç için kritik olan prosedür birkaç adım vardır. 3. adımda, bu homojenleştirme tutarlı bir derecesi, her bir numune için elde edilmesi önemlidir. Motor tahrikli homojenleştirici ile dokuyu, bir homojenizatör zaman, sabit hız havan eli döndürülmesi için değil, aynı zamanda vuruş sayısı ile de kullanılmaktadır. Hipotonik bir solüsyon içerisinde uzun bir homojen hale getirme ya da mitokondri lize edildi ve inkübasyon SPM örneği kontamine çünkü ozmotik şok, inkübasyon süresi, kesin olmalıdır.
Diğer bir kritik adım reaktifler, özellikle sukroz solüsyonunun hazırlanmasında olduğu; sakaroz çözeltisinin molaritesi yanlış ise, prosedür çalışmaz. Bu nedenle, sükroz çözeltiler, daha sonra kesin nihai hacme 4 mM HEPES ilave 4 mM HEPES çözelti içinde eritilmesi, sükroz tartılarak hazırlanmalıdır. Sorun giderme ipucu: tr için hazırlanan sakaroz çözümleri ile bir test degrade oluşturmakdegrade düzgün monte emin olun. Bromofenol mavisi arasında değişen konsantrasyonlarda üç sukroz solüsyonunun iki ya da üç farklı katmandan görselleştirilmesine yardımcı olmak için (% 0.005 ağırlık / hacim olarak% -0.02, örneğin, nihai konsantrasyon) ilave edin.
Bu degrade monte edildiğinde ve tüpler santrifüjlenmiş zaman arasında geçen zaman miktarını azaltmak için çok önemlidir. Normal difüzyon zamanla degrade yok edecek, ve degrade saklandığı bankta titreşim varsa bu hızlanır. Hassas hacimleri cam Pasteur pipet ile pipetlenebilir için ayrı kısma çözümleri Öncesi pipetleme sağlar. Bu aynı zamanda gradyan toplanma ve Ultrasantrifügasyon arasındaki süreyi azaltır. Sorun ipucu: deney için sukroz dereceleri ile aynı zamanda, yukarıda tarif edildiği gibi bromofenol mavi boyası ile bir "test gradyanı" oluştururlar. Degrade bütünlüğü böylece zamanla izlenebilir. Test degrade bir olarak hizmet verecekdifüzyon göstergesi geçişlerini çok önceden monte edilir ya da titreşime maruz kalırsanız.
Son olarak, bu da daha sonra su ile 2.5 hacim numunesinin seyreltilmesi için gerekli olmadığından, mümkün olduğu kadar küçük bir hacim içinde SPM örnek toplamak için önemlidir. İdeal olarak, numune, 1 cc şırınga kullanılarak 0.4-0.7 ml lik bir hacim içinde toplanmalıdır. Bu degrade montaj ve Ultrasantrifügasyon arasındaki zamanı sınırlamak için 7. adımda son 20 dakika spin sırasında süreksiz geçişlerini oluşturmak için tavsiye edilir.
Protokol farklı parçacıkların her ayırmak ve bir sonraki analiz için -80 ° C'de bu depolamak için tavsiye içermektedir. Biz, bu kısımların sadece birkaç Şekil 2'de post-sinaptik proteinlerin zenginleştirme göstermiştir. Bununla birlikte betonun kendi dağıtım anlamak için fraksiyonların her bir proteinin-faiz seviyelerini ölçmek için tavsiye edilir. Distrib Karşılaştırılmasıdiğer alt-hücresel işaretleme proteinleri fraksiyonların bir proteinin Katkı da deney koşulları, arzu edilen bir fraksiyonlanma elde onaylamak için yardımcı olacaktır. Tablo 2 paylarına ayırma aşamaları göstergeleri olarak kullanılabilen yaygın olarak kullanılan protein belirleyicisi özetlemektedir 8,27- 38.
Kesikli sükroz gradyanı Kullanımı çok sinaptik plazma zarları zenginleştirmek için kullanılır. Bu yöntem yapmak daha kolay ve özel ekipman gerektirmeyen süreksiz sakaroz geçişlerini sürekli Perkol geçişlerini üzerinde bir avantaja sahiptir. Bununla birlikte, bu yöntem tam olarak ilgili bir proteini lokalize etmek için yeterli olmayabilir, ve bu uygulamalar için bir Percoll tercih edilebilir.
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 |
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