Here, we present a protocol for the isolation of increasingly insoluble/aggregated alpha-synuclein (α-syn) from post-mortem human brain tissue. Through the utilization of buffers with increasing detergent strength and high-speed ultracentrifugation techniques, the variable properties of α-syn aggregation in diseased and non-diseased tissue can be examined.
α-シヌクレイン(α-SYN)、タンパク質が豊富に主に神経細胞内で発現し、多くの異なる形態で存在します – モノマー、四量体、オリゴマーおよび原線維。疾患中に、α-SYNは、タンパク質をより不溶性にする傾向があるオリゴマー及び高分子量の凝集体を形成するためにコンフォメーション変化を受けます。異常に凝集したα-SYNは、パーキンソン病(PD)、レビー小体(DLB)および多系統萎縮症(MSA)と認知症の神経病理学的特徴です。増加洗剤強度と高速超遠心分離を用いて緩衝液を使用して不溶性のα-SYNの生化学的特徴付けおよび分析は、疾患の進行に関連付けられているα-SYN病理の発達を決定するための強力なツールを提供します。このプロトコルは、死後のヒト脳組織からますます不溶性/凝集したα-SYNの単離を記載しています。この方法は、正常と異常αの研究への変更を適応させることができます異なるα-シン変異を有するトランスジェニック動物モデルにおける、ならびにそれらのそれぞれの病態に関与するタンパク質の異常な線維状沈着を特徴と他の神経変性疾患で-syn生物学。
いくつかの神経変性疾患の間で共通鍵の病理学的特徴の一つは、タンパク質/疾患特異的1で発生した異常なタンパク質凝集体の形成です。このように、アルツハイマー病(AD)における神経細胞内の特徴的な神経外アミロイドβプラーク凝集過リン酸化タウの沈着があります。レビー小体(DLBs)2-4とPD、PDの認知症や認知症におけるレビー神経突起(LNS)と呼ばれるニューロン内封入体あるレビー小体(ポンド)であり、また、ジストロフィー神経突起内で凝集し、α-SYN預金。異常なα-SYN預金もMSA 5におけるグリア細胞質封入体の特徴病変で見られます。ハンチントン病では、そこに特徴的ポリQ堆積物であり、異常タールDNAは、タンパク質43と結合し、蛋白質肉腫(FUS)に融合した前頭側頭型認知症を堆積します。重要なことには、PDのための、α-SYN遺伝子変異はCAUに見出されていますSE常染色体優性PD 6-11。さらに、α-SYN遺伝子三重12と重複13はまた、このように、PDの発症機序に増加し、α-SYN式をリンクする家族性PDの原因となります。注目すべきは、散発的と家族の両方のPDの場合は、α-SYN病理14の異常沈着を抱きます。 PDのための現在利用可能な処置は対症的に過ぎず、容赦のない疾患の進行を停止または遅延させることには影響しません。
α-SYNが豊富ヒト脳で発現し、全脳タンパク質の約1%を占めています。これは、神経細胞内で、より具体的に存在するが、グリア細胞内のより少ない量ではあるが存在することができます。論争点がランダムモノマー15として、または折り畳ま四量体16として存在することができるα-SYNの天然の構造です。疾患中に、α-SYNは、ミスフォールドを取得することができ、その立体配座を変化させ、このプロセスは、疾患pathogeの原因であると考えられていますネシス。 α-SYNと疾患の病態生理学的側面 の調査の数年にもかかわらず、病気のメカニズムの正確な原因は14とらえどころのない残っていました。
パーキンソン脳の事後分析を用いた研究はこれまでに、LRRK2遺伝子17-22における突然変異に関連するPD散発PDにし、また、両方のα-SYNの正常および異常な生物学に関する重要な手がかりを提供しています。ここでは、程度の差は、α-SYN凝集体を抱く人間の死後のPD脳組織からますます不溶性α-SYN預金の生化学的な抽出プロトコルは、(参照方式は、図1に示す )に記載されています。この技術はまた、他の神経変性疾患23,24から集合タンパク質を研究するためのバッファ組成物に変更して、また、トランスジェニック動物の脳組織25-27から適応させることができます。適応のための主な考慮事項はsolubiの違いですリティ、主に核であり、FUS 28について示されるように、最適な抽出のために、高塩緩衝液を必要とするかもしれないそのうちのいくつかは、それぞれのタンパク質の総量。
この記事では、変性ゲル走行条件を使用して病気の脳から抽出し、モノマー、オリゴマーの溶解度差のプロパティの検査および集約α-SYNのための生化学的なプロトコルを記述します。これは、凝集したα-SYN 17,18を研究するために 、十分に確立された技術、20、21、その天然の形態で通常は可溶性であるが、疾患の進行を伴うまたは遺伝的変異を有するアミロイド生成または増加凝集特性を得るタンパク質です。それにもかかわらず、いくつかのグループは30、そのバッファに(8%または10%の代わりに5%)21,22を 、SDS濃度のわずかな変動を使用していた。SDSは、α-SYNの膜結合形態を含むことができオリゴマー陰イオン界面活性剤とsolubilisesですα-SYNは、尿素のに対し、カオトロピック試薬は、α-SYN 20の不溶性の凝集および原線維またはアミロイド生成性のフォームを変性させます。この点でPaleologouら31による系統的な研究は、安定性を調べました尿素の様々な濃度のα-SYNオリゴマーおよび原線維の(6.5から8 M)またはSDS(0.25から2パーセント)及び尿素濃度の高いオリゴマー、SDS濃度の安定ではないことを報告しました。 α-SYNオリゴマーおよび原線維のための具体的な彼らのFILA-1抗体は、非変性条件下での6.5 M尿素濃度で繊維の高い濃度が検出されました。このプロトコルで使用されるバッファーの濃度は厳密にCulvenor らに記載されているものを反映します。 (1999)32。
不溶性α-SYNの生化学的抽出のための解剖学的脳の領域は、慎重に選択されるべきであり、これは、疾患の進行33,34に応じて、α-SYN LBとLN負荷を反映する必要があります。ここで使用されるケースがMcKeith ctriteria 34に係るPDの進行の後期および中間段階を反映したPDの新皮質と辺縁系のサブタイプから基底核サンプルです。クイーンスクエア脳バンクでは、脳の半分です日常組織化学的分析のためにホルマリンで固定し、残りの半分は、慎重に、さらに生化学的およびDNA / RNA分析研究のために-80 O Cの冷凍庫で凍結して保存異なる解剖学的領域とフラッシュに解剖されています。神経病理学者によって脳や解剖のホルマリン固定後、免疫組織化学はアーカイブα-SYN抗体との結果を用いて行われます。また、日常的な手順として、脳組織のpHは、脳組織の死戦状態の尺度として到着時に測定されます。これは、生化学分析のための組織保存の品質のための強固な基礎を形成します。
ここで我々のデータは、より多くのSDSは、可溶性α-SYNモノマーは、対照と比較して、PDのケースであることを示しています。特に新皮質のPD症例は辺縁系PD品種に比べて高いα-SYNの負荷を持っています。新皮質の場合は、正面と頭頂CORとして新皮質の領域におけるPDα-SYN病理のより大きな進行を表しますtices 33,34。大脳辺縁系のPDの場合は、扁桃体、transentorhinalと帯状の領域のような前脳基底部/辺縁領域の分野で高いLBスコアを持っています。意味のあるデータと統計分析のために、一つは各コホートから少なくとも4例を実行する必要があります。同様に、我々はここに提示ブロットデータの統計的分析を試みていません。
それはまた、異なる抗体は、異なる形態/高次α-シンオリゴマーの組成を認識してもよいし、それぞれが独自の相対的な感度および好みを有してもよいことに注意しなければなりません。これはトンらの結果から明らかである。彼らは4つの異なるα-SYN抗体(SYN-1、SS、オンコ及びLB509)は、少なくともα-SYNオリゴマー/集合体のための変更の結果を与えることを示している29。これらは、α-SYN抗体エピトープは、N末端またはCのいずれかに配置されているかどうかに依存して変動を有することができるが、α-SYNモノマーはすべて4抗体によって同様の程度に認められました29末端。同様に、リン酸化アルファに特異的な抗体は、シヌクレインの異なる高分子量αシヌクレイン種20,21を決定します 。ここに記載されたプロトコルでは、非常に特徴の抗体のSyn-1 19-21使用されています。
しかし、抗体の前吸収実験によりウェスタンブロット上の任意の新しい抗体を検証し、また、細胞内のタンパク質の過剰発現とノックダウンを考慮することが重要です。
これは、α-SYNとまたは不安定な四量体、α-SYN形の小さな断片を決定するために研究者によって適用されている他のバリエーションを考慮することが重要です。これは、四量体36を安定化させるために架橋剤とα-SYN 35またはサンプルホモジネートの治療の短縮形態を保持するために、PBS中の0.4%のPFAを有する膜の軽度固定を含めることができます。
死後のTIを使用して、タンパク質の正確な生化学的評価ssueは、酵素タンパク質の分解や変更の最小化を必要とします。これは、最短死後遅延で組織を使用し、および/またはケースのコホート内で一致したサンプルを選択することをお勧めします。 α-SYNの免疫組織化学のために、標準的な抗体を用いた免疫組織化学は、分離プロトコルを開始する前に実行する必要があります。 α-SYN病理の程度は非常に可変であり、選択された領域に応じて変化することができます。これは、すべての実行で最適な歩留まりの陽性対照として、豊富な病理との領域を選択することをお勧めします。必要なホスファターゼ阻害剤、プロテアーゼ阻害剤の場合と使用は、細胞溶解中に発生し、4°Cでサンプルを維持する細胞内プロテアーゼまたはホスファターゼの放出後に非常に重要である望ましくない酵素分解を防止することができます。
これは、実験のバッチ内のサンプルのすべてがイントラユーザの変動を回避するために、均一にかつ一貫して処理されることが重要です。複数のFREこれは潜在的に、このようなリン酸化などの翻訳後修飾を撤回することとしてエズ – 融解サイクルを避けるべきです。多数のサンプルを検査する際に念頭に置いて負担する重要な点は、イムノブロットのデータは、ゲル上の他のすべてのサンプル、そのサンプルに参照されるすべてのデータと並列に実行する必要があります一つのサンプルに正規化しなければならないということです。これは、いくつかの間でイムノブロットデータの正規化を確保するために行われます。これは、我々の最近の研究22で採用されている方法です。
これは、低いバックグラウンドECLを維持するために、ブロットをウェスタンブロットプロトコルの中の任意の時点で乾燥させてはならないことに留意すべきです。これはECL信号の飽和につながると不正確な定量につながるとして加えて、オートラジオグラフィーフィルムに非常に長時間露光(> 10分)は避けるべきです。
プロトコル上のこれは一般的な実験用試薬を用いて、比較的簡単な技術であり、中楽器とPD研究におけるα-SYNタンパク質の病態生理学を研究するための貴重なツールになります。この方法は、α-SYNトランスジェニック動物におけるα-SYNの生物学の研究にだけでなく、AD、MSA、DLB、HDとfrontotemporaldementiasとして凝集したタンパク質の異常沈着を特徴と他の神経変性疾患に適切な修正を加えて拡張することはできません。しかし、ここで説明したウエスタンブロットデータは、α-SYN 31の特定の形態のための抗体を用いた酵素結合免疫吸着アッセイを使用して検証することができます。
The authors have nothing to disclose.
I thank Dr Adamantios Mamais for extracting α-synuclein from human tissue and running of blots. This work was supported in part by a MRC Grant (MR/L010933/1) and in part by the Wellcome Trust/MRC Joint Call in Neurodegeneration award (WT089698) to the UK Parkinson’s Disease Consortium (UKPDC) whose members are from the UCL Institute of Neurology, the University of Sheffield and the MRC Protein Phosphorylation Unit at the University of Dundee. RB received funding from MJFox foundation for this work and is also funded by the Reta Lila Weston Trust.
Tris-HCL | Sigma | T5912 | |
sodium chloride | VWR | 27800.291 | |
SDS | Fluka | 71727 | |
Urea | Sigma | U5378 | |
Protease inhibitor tablets | Roche | 04 693 116001 | |
Phosphatase inhibitor tablets | Roche | 04 906 837001 | |
Phosphate buffered saline tablets | Sigma | P4417 | |
Tween-20 | Sigma | P9416 | |
NuPAGE MOPS SDS running buffer | Invitrogen | NP0001 | |
NuPAGE transfer buffer | Invitrogen | NP0006-1 | |
Hybond-P membrane | GE Healthcare | RPN303F | |
Whatman 3MM filter paper | Sigma | WHA30306185 | |
Bis-tris gels 4-12% | Invitrogen | NP0322BOX | |
Supersignal West Pico Chemiluminescent substrate | Pierce | 34080 | |
Bio-RAD DC protein assay kit | Bio-Rad | 500-0112 | |
Thickwall Beckman Polycarbonate tubes | Beckman | 355630 | |
Western blot stripping buffer | Thermo scientific | 46430 | |
Syn-1 primary antibody (mouse monoclonal) | BD Biosciences | 610786 | |
beta-actin primary antibody (mouse monoclonal | Sigma | A5441 | |
HRP cojugated goat anti-mouse secondary antibody | Santa Cruz | sc-2031 | |
Bovine serum albumin | Sigma | A7030 | |
Instrument | Company | Rotor/ model no | |
Benchtop Ultracentrifuge Optima Max | Beckman | MLA-80 | |
Sonicator | Heat Systems | XL20-20 | |
Homogeniser | Jenke and Kunkel | TP18/10 |