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.
알파 – 시누 클레인 (α-SYN) 단백질이 풍부 주로 신경 세포 내에서 발현, 그리고 다른 형태의 다수 존재한다 – 단량체, 테트라, 올리고머 및 섬유. 질병 중에 α-SYN은 불용성 단백질이 더 만드는 경향 올리고머 및 고 분자량의 응집체를 형성하는 구조적인 변화를 겪는다. 비정상적 응집 α-SYN 파킨슨 병 (PD), 루이체 복수 시스템 위축증 (MSA)와 치매의 신경 병리학 적 특징이다. 생화학 적 특성 및 강도 증가 세제 고속 초 원심 불용성 α-SYN하여 버퍼의 분석은 질병 진행과 연관된 α-SYN 병리의 개발을 결정하는 강력한 도구를 제공한다. 이 프로토콜은 사후 인간의 뇌 조직에서 점점 불용성 / 집계 α-SYN의 분리에 대해 설명합니다. 이 방법은 정상 및 비정상 α의 연구에 수정을 적용 할 수있다다른 α-SYN 돌연변이를 보유하는 형질 전환 동물 모델에서뿐만 아니라 각각의 병리와 관련된 단백질의 비정상적인 섬유의 예금을 특징으로 다른 신경 퇴행성 질환에서 -syn 생물학.
몇 가지 신경 퇴행성 질환 사이 공통 키 병적 특징 중 하나는 단백질 / 질병 특정 방법 1에서 발생 비정상적인 단백질 응집체의 형성이다. 따라서, 알츠하이머 병 (AD)의 신경 세포 내의 특성 extraneuronal 아밀로이드 베타 플라크 집계 hyperphosphorylated 타우 예금이있다; 루이 기관 intraneuronal 흠도 있습니다 (LBS), 및 또한 루이 신경 돌기 (림프절) 루이 기관 (DLBS) 2-4와 PD, PD 치매와 치매에라는 이영 신경 프로세스 내에서 집계 된 α-SYN 예금. 이상 α-SYN 예금은 MSA 5 아교 세포질 흠도의 특징 병변에서 볼 수 있습니다. 헌팅턴의 질병에서,이 특성 폴리-Q 예금이 있고, 비정상적인 타르 DNA는 단백질-43 및 육종 단백질 (FUS)의 융합이 전 측두엽 치매에 증착 바인딩. 중요한 것은 PD에 대해, α-SYN 유전자 돌연변이는 CAU에 발견되었다PD 6-11 지배적 자체의 염색체. 또한, α-SYN 유전자 삼배 (12)과 중복 (13)도 따라서 PD의 pathomechanisms 증가 α-SYN 식을 연결하는 가족 PD가 발생합니다. 특히, 산발적과 가족 모두 PD의 경우는 α-SYN 병리 (14)의 이상 예금을 항구. PD의 현재 가능한 치료는 완화 적 전용이며 불변 중지 또는 질병의 진행을 지연에 영향을 미치지 않는다.
α-SYN가 풍부 인간의 뇌에서 발현 및 뇌 총 단백질의 약 1 %를 차지하게된다. 이 신경 세포 내에서보다 구체적으로 존재하지만 아교 세포 내에서 낮은 금액에 불구하고 존재할 수 있습니다. 논쟁 점은 임의의 모노머 (15) 또는 접힌 사량 (16)로 존재할 수 α-SYN의 기본 구조입니다. 질병 중에 α-SYN은 잘못 폴딩을 얻을 수 있도록 그 형태를 변경하고,이 프로세스는 pathoge 질환의 원인으로 생각된다nesis. α-SYN과 질병의 병태 생리 학적 측면으로 조사 몇 년간에도 불구하고, 질병 메커니즘의 정확한 원인은 14 애매 남아있다.
파킨슨 두뇌의 사후 분석을 사용하여 연구는 지금까지 α-SYN 산발적 PD와도 모두 LRRK2 유전자 17 ~ 22의 돌연변이와 관련된 PD의 정상 및 비정상 생물학에 관한 중요한 단서를 제공하고 있습니다. 여기에, 다양한 수준에 α-SYN 집계 항구 인간의 사후 PD의 뇌 조직에서 점점 불용성 α-SYN 예금 생화학 추출 프로토콜 (참조 방식은 그림 1에 제시) 기술되었다. 이 기술은 또한 다른 신경 퇴행성 질환 (23, 24)에서 총 단백질을 연구하는 버퍼 조성물에 수정 또한 형질 전환 동물의 뇌 조직 25-27에서 적용 할 수 있습니다. 적응에 대한 주요 고려 사항은 solubi의 차이입니다lity과 중 일부 각각의 단백질의 총 금액은 주로 핵이며, FUS 28과 같이 최적의 추출 높은 소금 버퍼를해야 할 수도 있습니다.
이 문서에서는 변성 겔 실행 조건을 사용하여 병에 걸린 뇌에서 추출 및 모노머, 올리고머의 차동 용해도 특성 검사 및 집계 α-SYN에 대한 생화학 적 프로토콜을 설명합니다. 이것은 공부 잘 확립 된 기술이다 집계 α-SYN 17, 18, 20, 21의 기본 형태로 일반적으로 용해 될 수 있지만, 질병의 진행 또는 유전 적 돌연변이 아밀로이드 나 증가 집계 특성을 얻을 단백질. 그럼에도 불구하고, 일부 그룹은 (8 % 또는 10 % 대신 5 %) 21, 22, 30. SDS는 α-SYN의 막 결합 된 형태를 포함 할 수 올리고머 음이온 세제와 solubilises을 그들의 버퍼에 SDS 농도에 약간의 차이를 사용했다 α-가 SYN, 요소 반면, 카오 트로픽 시약은 α-SYN (20)의 불용성 집계 및 원 섬유 또는 아밀로이드 형태의 변성. 이와 관련 Paleologou 등의 알 (31)에 의해 체계적인 연구는 안정성을 조사α-SYN 올리고머 및 요소의 다양한 농도와 섬유의 (6.5-8 M) 또는 SDS (0.25-2 %)하고 있음을보고 요소의 높은 농도 SDS 농도 안정하지만 올리고머. α-SYN 올리고머 및 섬유에 대한 특정 그들의 FILA-1 항체는, 비 변성 조건에서 6.5 M 요소 농도에서 섬유의 높은 농도를 감지했습니다. 이 프로토콜에서 사용하는 버퍼의 농도는 밀접한 Culvenor 동부 알에 설명 된 내용을 반영한다. (1999) 32.
불용성 α-SYN의 생화학 추출을위한 해부학 적 뇌 영역은 신중하게 선택해야하고이 질병의 진행 (33, 34)에 따라 α-SYN LB 및 LN 부하를 반영해야한다. 여기에 사용되는 경우가 McKeith에 따라 PD의 진행의 말과 중간 단계를 반영하는 PD의 신피질과 변연계 아형에서 기저핵 샘플 (34) ctriteria 있습니다. 여왕 광장 두뇌 은행, 뇌의 절반이다일상적으로 조직 화학적 분석을 위해 포르말린에 고정하고, 나머지 절반은 신중하게 다른 해부학 적 영역으로 해부하고 플래시가 냉동 생화학 추가 및 DNA / RNA 분석 연구에 -80 오 C의 냉동고에 보관. neuropathologists에 의해 뇌와 절개의 포르말린 고정에 이어, 면역 보관 α-SYN 항체 및 결과를 사용하여 수행됩니다. 또한 루틴 절차로서, 뇌 조직의 pH는 뇌 조직의 agonal 상태의 척도로서 도착시 측정된다. 이 생화학 적 분석을위한 조직 보존의 품질에 대한 확고한 기초를 형성한다.
여기에 우리의 데이터는 더 SDS에게 컨트롤에 비해 PD의 경우에 용해 α-SYN 단량체가 있음을 보여줍니다; 특히 신피질 PD의 경우는 변연 PD의 다양한에 비해 높은 α-SYN 부하가 있습니다. 신피질의 경우는 전두엽과 두정엽 고전으로 신피질 지역에서 PD α-SYN 병리의 큰 진행을 나타냅니다33, 34을 tices. 변연 PD의 경우는 편도, transentorhinal과에 cingulate 영역과 기초 전뇌 / 변연 지역의 지역에서 더 높은 LB 점수를 가지고있다. 의미있는 데이터 및 통계 분석을 위해, 하나는 각 코호트에서 최소 4 케이스를 실행해야합니다. 마찬가지로 우리는 여기에 제시된 오점 데이터의 통계 분석을 시도하지 않았습니다.
또 다른 항체가 서로 다른 형태 / 고차 α-SYN 올리고머 조성물을 인식 할 수 있고, 각각은 자신의 상대적인 감도 및 선호도를 가질 수 있다는 것을 유의해야한다. 그들은 4 개의 α-SYN 항체 (SYN-1, SS, Onco 및 LB509)은 α-SYN 올리고머 / 집계를 위해 적어도 변경 결과를 보여 곳 통 등. 29의 결과에서 알 수있다. 이러한 α-SYN 항체 항원 중 N- 말단 또는 C에 위치하는지 여부에 따라 변동이있을 수 있지만, α-SYN 단량체는 4 항체 유사 범위에 인식하고 있었다29 말단. 종 (20, 21)을 synuclein의 α-마찬가지로, 포스 알파에 대한 특정 항체는 synuclein의 고유 한 고 분자량을 결정합니다. 여기에 기술 된 프로토콜로, 고도로 특징 SYN-1 항체는 19-21 사용되고있다.
그러나, 세포 또한 단백질의 과발현 및 최저 항체 preabsorption 실험을 통해 서양 말에 새로운 항체를 검증하고 고려하는 것이 중요합니다.
그것은 α-SYN과 불안정한 사량의 α-SYN 형태의 작은 조각을 결정하기 위해 연구자들에 의해 적용된 다른 변화를 고려하는 것이 중요합니다. 이 사량 (36)을 안정화 α-SYN (35) 또는 크로스 링커 샘플 균질의 치료의 절단 형태를 유지하기 위해 PBS에 0.4 % PFA와 세포막의 온화한 고정을 포함 할 수있다.
사후 TI를 사용하여 단백질의 정확한 생화학 적 평가ssue는 효소 단백질 분해 및 수정의 최소화가 필요합니다. 이 경우 코호트 내에서 일치하는 샘플을 최단 사후 지연으로 조직을 사용 및 / 또는 선택하는 것이 좋습니다. α-SYN의 표준 면역 항체를 사용하여 면역 조직 화학 법은 분리 프로토콜을 시작하기 전에 수행되어야한다. α-SYN 병리의 정도는 매우 다양하고 선택한 지역에 따라 달라질 수 있습니다. 그것은 모든 실행 최적의 수율에 대한 양성 대조군으로 풍부한 병리와 지역을 선택하는 것이 좋습니다. 필요한 포스파타제 억제제, 프로테아제 억제제 및 만약 사용 세포 용해 중에 발생하고 4 ℃에서 시료를 유지하는 세포 내 단백질 분해 효소 또는 포스 파타 아제의 방출 후에 중요 효소 불필요한 저하를 방지 할 수있다.
이 실험의 배치 내의 모든 샘플 내 사용자 변동을 피하기 위해 균일하고 일관성있게 처리하는 것이 중요하다; 여러 FRE이것은 잠재적으로 인산화 같은 번역 후 변형을 후퇴 있으므로 에즈 – 해동 사이클은 피해야한다. 많은 수의 샘플을 검사하는 면역 블롯에서 데이터 겔상의 다른 모든 샘플 및 해당 시료에 참조 된 모든 데이터를 병렬로 실행해야 하나의 샘플로 정규화되어야한다고 때 중요한 점은 유념. 이것은 여러 면역 블롯 사이에 데이터의 정규화를 보장하기 위해 수행된다. 이것은 우리의 최근의 연구 22 년에 채택 된 방법이다.
이는 낮은 배경 ECL을 유지하기 위하여, 블롯 웨스턴 블롯 프로토콜 중 언제든지 건조하도록 허용되지 않는 것을 주목해야한다. 이 ECL 신호의 포화로 이어질 것입니다 및 부정확 한 정량으로 이어질 것 같이 또한,자가 방사선 필름에 매우 장시간 노출 (> 10 분)은 피해야한다.
이 프로토콜은 상술 한 일반적인 실험실 시약을 사용하고 비교적 간단한 기술이다악기로 및 PD의 연구에서 α-SYN 단백질의 병태 생리를 조사하는 유용한 도구가 될 수 있습니다. 이 방법은 α-SYN 형질 전환 동물의 α-SYN 생물학의 연구에 적절한 수정뿐만 아니라, 광고, MSA, 루이체 치매, HD 및 frontotemporaldementias으로 집계 된 단백질의 이상 예금을 특징으로 다른 신경 퇴행성 질환으로 확장 할 수 없습니다. 그러나 여기에 설명 된 웨스턴 블랏 데이터는 α-SYN (31)의 특정 형태에 대한 항체를 사용하여 효소 면역 분석법을 이용하여 확인 될 수있다.
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 |