Este artículo proporciona un protocolo para la extracción del veneno de arañas utilizando la estimulación eléctrica con el fin de 1) llevar a cabo la caracterización proteómica, 2) estimular el veneno de la expresión del gen de la glándula, y 3) realizar estudios funcionales de venenos. Esto es seguido por una descripción de microdisecciones glándula de veneno para estudios de expresión génica.
Venenos son químicamente secreciones complejas que comprenden típicamente numerosas proteínas y péptidos con actividades fisiológicas variadas. Caracterización funcional de las proteínas del veneno tiene importantes aplicaciones biomédicas, incluyendo la identificación de los clientes potenciales de la droga o sondas para los receptores celulares. Las arañas son la mayoría de las especies ricas clado de organismos venenosos, pero los venenos de sólo unas pocas especies son bien comprendidas, en parte debido a la dificultad asociada con la recolección de pequeñas cantidades de veneno de animales pequeños. En este trabajo se presenta un protocolo para la recolección de veneno de arañas utilizando la estimulación eléctrica, lo que demuestra el procedimiento de la viuda negro occidental (Viuda negra). El veneno de recogida es útil para diversos análisis aguas abajo, incluyendo la identificación directa de proteínas mediante espectrometría de masas, ensayos funcionales, y la estimulación de la expresión génica veneno para los estudios de transcriptómica. Esta técnica tiene la ventaja sobre los protocolos que isofinales de veneno de homogeneizados de la glándula enteros, que no se separan los componentes del veneno auténticos a partir de proteínas celulares que no son secretadas como parte del veneno. Los resultados representativos demuestran la detección de péptidos del veneno conocidos de la muestra recogida utilizando la espectrometría de masas. El procedimiento de recogida de veneno es seguido por un protocolo para la disección de las glándulas de veneno de araña, con resultados que demuestran que esto conduce a la caracterización de las proteínas y péptidos del veneno-expresado en el nivel de secuencia.
Venenos son secreciones animales predominantemente inyectados en otro animal a los efectos de la depredación o la defensa, y también tienen importantes aplicaciones biológicas con relevancia biomédica 1-3. Sólo ciertos animales sintetizan veneno, pero su producción es taxonómicamente generalizada en invertebrados (por ejemplo, los cnidarios, caracoles cono, escorpiones y arañas) y vertebrados (por ejemplo, serpientes, algunos peces y mamíferos), debido a que ha evolucionado independientemente varias veces 1,4 . La caracterización bioquímica de los venenos muestran típicamente se componen de una amplia variedad de proteínas y péptidos, que actúan en gran medida de los sistemas circulatorio y nervioso de los animales inyectados para entregar rápidamente toxinas constituyentes 1. Una pequeña fracción de los animales venenosos puede representar una amenaza para los seres humanos, en particular las especies con distribuciones sinantrópicas 5. El estudio de la composición del veneno y las actividades funcionales ha jugado un papel importante enla caracterización funcional de los componentes celulares de vertebrados (en particular los canales iónicos neuronales) 6 y en la elucidación de los procesos celulares fundamentales (por ejemplo neurosecreción 7). Por otra parte, seleccione péptidos del veneno tienen propiedades útiles en contextos biomédicos, incluyendo sus usos como tratamientos para el cáncer y el dolor 8,9, y se extraen para los plomos de drogas candidatos y el desarrollo de antiveneno. Venenos también jugar un papel destacado en la investigación ecológica y evolutiva 1,4,10,11, por tanto, la colección de estas secreciones peligrosos tiene muchas utilidades.
Hay> 40.000 especies descritas de araña (orden Araneae), y todos menos uno de los más de 100 familias de arañas poseen pares de glándulas de veneno que terminan en 12 colmillos. La alta diversidad de especies de arañas sugiere que representan el mayor clado de organismos venenosos. Sin embargo, la caracterización bioquímica de venenos de araña tiene largely concentrado en un pequeño número de especies más frecuentemente asociados con envenenamiento humano. Recientes estudios de proteómica y transcriptómica de venenos de araña indican por lo general contienen muchas proteínas y péptidos 2,13,14 únicas. Los avances en alto rendimiento de secuenciación de ADNc y la espectrometría de masas de huellas dactilares péptido ha facilitado en gran medida el descubrimiento de estas proteínas de veneno de 15. Sin embargo, este trabajo comienza con la recolección de veneno suficiente y / o glándulas de veneno de las arañas, y la documentación detallada de estas técnicas son pocos 16.
En este trabajo se presenta un protocolo para la recolección de veneno y veneno de las glándulas de arañas viuda negra, que se puede aplicar a las arañas de tamaño similar. La colección de veneno por separado de las glándulas permite la identificación de proteínas que se secretan en el veneno en oposición a las proteínas que realizan otras funciones celulares. Las viudas negras y otra Latrodectus especies son ampliamente reconocidos entre las arañas más peligrosas debido a su veneno altamente neurotóxico, lo que provoca dolor severo en los seres humanos, que a veces se acompaña de sudoración profusa, contracciones musculares, hipertensión, dificultad para respirar y parálisis desigual 5. El protocolo de recogida de veneno que aquí se presenta utiliza electro-estimulación para suministrar corriente eléctrica a las arañas anestesiados para provocar contracciones musculares y la liberación de veneno. Gotitas de veneno se recogen rápidamente con micro-capilares y se dispensan en tubos para almacenamiento en el congelador. Debido a que el protocolo implica procedimientos peligrosos, sólo debe ser realizado por individuos bien entrenados y se instó a la precaución en pasos clave. El veneno de recogida tiene numerosos usos, como la caracterización y aislamiento de moléculas constituyentes 2, para experimentos o ensayos fisiológicos funcionales 18, y para estimular el veneno de la expresión del gen 11. El protocolo concluye con una description de la disección glándula de veneno y la preservación útil para la clonación de genes-veneno específica, la expresión de los que se ha demostrado que se producen 2-3 días siguientes agotamiento de veneno de arañas en diferentes 10,11.
Venenos representan una importante fuente de proteínas fisiológicamente reactivos, péptidos y otras moléculas con aplicaciones para el descubrimiento de fármacos, así como para los aspectos fundamentales de la investigación celular y ecológica 1-3. Sin embargo, la colección de veneno, en particular de animales peligrosos o pequeños, es una tarea difícil. Este protocolo se muestra cómo glándulas de veneno y veneno se pueden recoger de las arañas viuda negra, y confirma el éxito de este enfoque a través de una combinación de análisis MudPIT del veneno y una base de datos proteína derivada de ADNc clonado a partir de veneno de las glándulas 21. Si bien este protocolo funciona bien para las viudas negras y arañas de tamaño medio, otras técnicas de recolección de veneno se han empleado para ampliar mygalomorph arañas (tarántulas-similares), como la aspiración directa de veneno de los colmillos en vidrio pipetas por ejemplo, 24. Este último enfoque, sin embargo , no va a funcionar bien para las arañas de menor tamaño que no se aggressicinco.
Un aspecto especialmente crítico de la protocolo de recogida de veneno descrito aquí es las fases iniciales de preparación y optimización del proceso de recogida de manera que se hace más de rutina, consistente y más rápida. El protocolo es un principio difícil de dominar, pero con pruebas repetidas, se hace más fácil y más rápido. También se instó a la precaución en todas las fases críticas que involucran el manejo de arañas peligrosas, el uso de corriente eléctrica, de punta fina de cristal micro capilares, y agujas de jeringas. Es importante usar el equipo de protección personal adecuado, como guantes de nitrilo, una bata de laboratorio, pantalones largos y zapatos cerrados, así como gafas de protección al dar forma a los micro capilares.
Otro aspecto difícil de colección veneno es la pequeña cantidad de veneno producido por cualquiera de araña, particularmente especies de Latrodectus, de la cual las cantidades recogidas pueden ser limited a 1-2 microlitros por individuo en el mejor. La obtención de suficiente veneno para las aplicaciones posteriores, tales como geles de proteínas o ensayos funcionales puede requerir la combinación de veneno de varias personas en un solo tubo. En tales casos, el veneno sólo se debe combinar de individuos del mismo sexo, el estadio ontogénico, y la población recibió el reconocimiento de la variabilidad intersexual, de desarrollo y geográfica en algunos venenos de 25, 26. Las arañas también pueden presentar una variación considerable en la cantidad de veneno producido entre los individuos, en las cantidades menores siempre son representativas de la reciente destrucción de la glándula. Por lo tanto, puede ser aconsejable para recoger veneno de varios días después de su última alimentación. Si se libera poco veneno, exceso de corriente no debe aplicarse a la araña, que puede causar la cutícula se rompa, lo que conduce a la contaminación del veneno con hemolinfa o la muerte.
La contaminación de las muestras de veneno de araña con SIfuentes lk o humanos también deben ser evitados a través del uso de material estéril o limpia. A pesar de estos desafíos, colección de veneno puro, dejando la araña viva, es preferible a los métodos que se obtienen a partir de homogeneizados de la glándula de veneno (que no se separan los componentes del veneno de otras proteínas celulares) y matan a la araña. También es fundamental para garantizar que las muestras se congelan rápidamente para evitar la degradación de proteínas.
La extracción de veneno promueve la producción de veneno posterior, estimulando así la expresión génica en el veneno de la glándula de veneno. Por lo tanto, debido a este protocolo permite arañas para sobrevivir el agotamiento de veneno, sus glándulas pueden ser disecado varios días más tarde (matar la araña) en un punto donde se espera que la expresión de genes veneno para ser suficiente para los estudios genéticos, tales como la clonación de transcripción 10,11. Varios importantes precauciones también deben tenerse en disecciones de la glándula de veneno. Se debe hacer hincapié en el uso de equipm laboratorioent y reactivos que están libres de RNasas que degradan el ARN. Por lo tanto, se recomienda limpiar fórceps y otros equipos no desechables y superficies con soluciones que eliminan RNasa y ADN contaminación. Las disecciones deben realizarse lo más rápidamente posible y directamente congelado para garantizar aún más la integridad del ARN del tejido. Por último, las disecciones no se debe efectuar en arañas anestesiados, después de su cefalotórax y el abdomen se separan rápidamente.
En conclusión, este artículo proporciona un protocolo verificada obtener glándulas de veneno de araña y veneno. Glándulas de veneno y veneno permiten el aislamiento y la caracterización de sus componentes de proteínas y péptidos utilizando enfoques proteómicos y transcriptomic. Además, las muestras de veneno pueden representar el punto de partida de ensayos funcionales, que determinan el potencial biomédico y farmacológico de sus moléculas constituyentes. Casi todas las arañas producen veneno, y la amplia buceadorsidad de componentes del veneno sintetizados por especies individuales sugiere una gran diversidad de moléculas del veneno están aún por descubrir 13. En consecuencia, este protocolo proporciona herramientas para investigar la fuente rica de moléculas biológicamente activas presentes en los venenos de araña.
The authors have nothing to disclose.
Doy las gracias a las siguientes personas por su ayuda en el desarrollo de este protocolo: Chuck Kristensen, Greta Binford, Alex K. Lancaster, Konrad Zinsmaier, y Mays Imad. Datos de espectrometría de masas y proteómica fueron adquiridas por el Consorcio de Proteómica de Arizona con el apoyo de NIEHS subvención ES06694 al SWEHSC, NIH / NCI subvención CA023074 al AZCC y por el Instituto BIO5 de la Universidad de Arizona. La financiación de este trabajo fue proporcionado por los Institutos Nacionales de la Salud (Instituto Nacional de Medicina General) de las subvenciones 1F32GM83661-01 y 1R15GM097714-01 a Jessica E. Garb.
Nerve and muscle stimulator (electro-stimulator) | Grass Technologies | SD9 | http://www.grasstechnologies.com/products/stimulators/stimsd9.html |
Voltmeter | RadioShack | 22-223 | any generic voltmeter/multimeter can be substituted |
Pointed Featherweight Forceps | Bioquip | 4748 | |
Plasti Dip | Performix | Available at Ace Hardware | |
21 G X 1 1/2in Precision Glide hypodermic syringe needle | BD Medical | 305190 | |
Vacuum filter flask 1L | Nalgene | DS4101-1000 | smaller flask sizes may also work |
Buchner Two Piece funnel, 90 mm | Nalgene | 4280-0900 | |
5 microlitter Capillary Bores (Micro capillaries) | VWR | 53508-375 | |
Mounting putty strip | Loctite | Available at Ace Hardware | |
Fisherbrand* General-Purpose Extra-Long Forceps Length: 11-13/16 in. | Fisher | 10-316C | |
SSC Buffer, 20X (pH 7.0), Molecular Grade | Promega | V4261 | can be made from stock chemicals (150 mM NaCl, 15 mM sodium citrate) |
Eppendorf safe-lock tubes 0.5 mL tubes (cryogenic safe) | Eppendorf | 22363611 | |
Nalgene Dewar, 1L, HDPE, Liquid nitrogen benchtop flask | Thermo Scientific | 4150-1000 | |
Rnase Away | VWR | 53225-514 | |
Ultra Fine Tweezers (dissecting forceps) | EMS | 78310-0 | similar high-quality fine point forceps can be substituted |
Foot switch/pedal | Linemaster Switch Corp. | 491-S | |
Two-pronged extension clamp, with vinyl covered sleeves, 8.5 inches | VWR | 21570-007 | similar models could be substituted |
Clamp Holder | VWR | 89084-746 | similar models could be substituted, must accommodate diameter of extension clamp rod |
Magnetic base (holds extension clamp via clamp holder) | VWR | 300042-270 | similar apparatus able to securely hold extension clamp in fixed position may be substituted |
Plastic Collecting Vials (large/40 dram) | Bioquip | 8940 | |
Cotton sewing thread | Threadart.com | THRCOT9 | similar product could be substituted |