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.
Alfa-sinucleína (α-syn) proteína é abundantemente expresso principalmente nos neurónios, e existe num número de formas diferentes – monómeros, oligómeros, tetrâmeros e fibrilas. Durante a doença, α-syn sofre alterações conf ormacionais para formar oligómeros e agregados de peso molecular elevado que tendem a tornar a proteína mais insolúvel. Anormalmente agregada α-syn é uma característica neuropatológica da doença de Parkinson (DP), demência com corpos de Lewy (DLB) e atrofia de múltiplos sistemas (MSA). Caracterização e análise de buffers usando Syn-ct insolúveis com o aumento da força do detergente e ultracentrifugação alta velocidade Biochemical proporciona uma ferramenta poderosa para determinar o desenvolvimento da patologia α-syn associada com a progressão da doença. Este protocolo descreve o isolamento de cada vez mais insolúveis / agregado α-syn partir de tecido de cérebro humano post-mortem. Esta metodologia pode ser adaptada, com modificações para estudos de α normal e anormalbiologia -syn em modelos animais transgénicos que albergam diferentes mutações Syn-ct, bem como em outras doenças neurodegenerativas que apresentam depósitos de proteínas fibrilares aberrantes relacionadas com as respectivas patologias.
Uma das características patológicas comuns fundamentais entre várias doenças neurodegenerativas é a formação de agregados de proteínas anormais que ocorre numa proteína / doença modo específico 1. Assim, existem as características de placas de amilóide-beta e extraneuronais depósitos agregados tau hiperfosforiladas dentro de neurónios na doença de Alzheimer (AD); os depósitos syn-alfa agregados em Lewy Corpos (LBS), que são inclusões intraneuronais, e também no âmbito de processos distróficos neuronal chamado Lewy neurites (LNs) em PD, PD demência e demência com corpos de Lewy (DLBs) 2-4. Depósitos syn-alfa anormais também são vistas nas lesões da indicação de inclusões citoplasmáticas gliais em MSA 5. Na doença de Huntington, existem os depósitos de poli-Q característicos, e de ligação de ADN anormal Tar-43 e proteína fundidas em proteínas de sarcoma (FUS) são depositados na demência fronto-temporal. Importante para a DP, mutações no gene α-syn foram encontrados para cause autossômica dominante PD 11/06. Além disso, o gene triplicação α-syn 12 e 13 também causa a duplicação PD familiar ligando deste modo o aumento da expressão α-syn para os patomecanismos de PD. Notavelmente, casos de DP tanto esporádica e familiar abrigar depósitos anormais de α-syn patologia 14. Atuais tratamentos disponíveis para PD são apenas paliativos e não têm nenhum efeito sobre como travar ou atrasar a progressão da doença inexorável.
α-syn é expressa abundantemente no cérebro humano e torna-se cerca de 1% da proteína total do cérebro. Ela está presente, mais especificamente, dentro dos neurônios, mas pode existir embora em quantidades menores dentro das células gliais. Um ponto controverso é a estrutura nativa de α-syn que pode existir como um monómero ou aleatória 15 como um tetrâmero dobrado 16. Durante a doença, α-syn muda a sua conformação que lhe permite obter misfolded e este processo é pensado para ser a causa da doença pathogenesis. Apesar de vários anos de investigações sobre os aspectos fisiopatológicos da α-syn e da doença, as causas exatas da doença mecanismos permaneceram indescritíveis 14.
Estudos utilizando análise post-mortem dos cérebros de Parkinson têm até agora forneceu pistas importantes sobre a biologia normal e anormal de ambos em PD esporádica e também syn-α PD associado com mutações no gene LRRK2 17-22. Aqui, um protocolo de extracção bioquímica (ver esquema apresentado na Figura 1) para depósitos de syn-ct cada vez mais insolúveis no período de pós-mortem de tecido PD cérebro humano que abrigam agregados α-syn em diferentes graus tem sido descrita. Esta técnica também pode ser adaptada, com modificações em composições de tampão para estudar proteínas agregadas a partir de outras doenças neurodegenerativas 23,24 e também a partir de tecido cerebral animal transgénico 25-27. A principal consideração para as adaptações são as diferenças de solubilidade e os montantes totais das respectivas proteínas, algumas das quais são principalmente nuclear e pode precisar de buffers de elevado-sal para a extração ideal como mostrado para FUS 28.
Este artigo descreve um protocolo de bioquímica para extração e análise das propriedades de solubilidade diferencial de monoméricos, oligoméricos e agregados α-syn de cérebros doentes usando desnaturação condições gel de funcionamento. Esta é uma técnica bem estabelecida para estudar agregada α syn-17, 18, 20, 21, uma proteína que é normalmente solúvel na sua forma nativa, mas obter propriedades de agregação amiloidogénicos ou aumentou com a progressão da doença ou com mutações genéticas. No entanto, alguns grupos usaram pequenas variações nas concentrações de SDS em respectivas memórias intermédias (8% ou 10%, em vez de 5%) 21,22, 30. O SDS é um detergente aniónico e solubiliza α-syn oligómeros que podem incluir formas de membrana ligada α-syn, enquanto a ureia, um reagente caotrópico desnatura as formas agregadas e fibrilares insolúveis ou amiloidogénicos de α-syn 20. A este respeito um estudo sistemático por Paleologou et al 31 examinaram a estabilidadee oligómeros de fibrilas com diferentes concentrações de ureia Syn-a- (6,5 – 8 M) ou SDS (0,25-2%) e relataram que concentrações de oligómeros estáveis em SDS mas não com concentrações elevadas de ureia. A sua Fila-1 anticorpo, específico para oligómeros e fibrilas de Syn-ct detectadas concentrações mais elevadas de fibrilas em 6.5 M concentrações de ureia em condições não desnaturantes. As concentrações de tampão utilizado no presente protocolo espelha o que tem sido descrito em Culvenor et ai. (1999) 32.
As regiões cerebrais anatômicas para a extração de bioquímica da insolúvel α-syn deve ser cuidadosamente selecionado e isso deve refletir carga LB e LN syn-α dependendo a progressão da doença 33,34. Os casos usados aqui são amostras dos gânglios da base dos subtipos neocortical e límbicas do PD refletem estágios finais e intermediários de progressão PD de acordo com McKeith ctriteria 34. No cérebro Banco Queen Square, uma metade do cérebro érotineiramente fixados em formol para análise histoquímica e a outra metade é cuidadosamente dissecado em diferentes regiões anatômicas e flash congelados e armazenados em freezers -80 ° C durante mais bioquímica e estudos de análise de DNA / RNA. Após a fixação de formalina dos cérebros e dissecção por neuropathologists, imuno-histoquímica é realizada utilizando anticorpo α-syn e resultados arquivados. Além disso, como um procedimento de rotina, o pH do tecido do cérebro é medida na chegada como uma medida do estado agonal do tecido cerebral. Esta constitui uma base sólida para a qualidade da preservação de tecido para análise bioquímica.
Os nossos dados apresentados mostram que há mais de SDS monómero solúvel α-syn em casos de DP comparação com os controlos; em particular os casos de PD neocortical tem maior carga α-syn comparados com a variedade PD límbico. Os casos neocorticais representar uma maior progressão da DP α-syn patologia nas regiões neocorticais tais como frontal e parietal CRcas 33,34. Os casos de DP límbicas têm maiores escores LB nas áreas frontais do cérebro basal / regiões límbicas tais como a amígdala, transentorrinal e as regiões do cíngulo. Para dados e análise estatística significativa, deve-se executar, pelo menos, 4 casos de cada coorte. Da mesma forma que não se tentou a análise estatística dos dados aqui apresentados blot.
Deve também notar-se que os anticorpos podem reconhecer diferentes formas diferentes / composição de ordem superior ct-syn oligómeros e cada um pode ter a sua própria sensibilidade relativa e preferências. Isto é evidente a partir dos resultados de Tong et al. 29, onde eles mostram que 4 anticorpos syn-alfa diferentes (SIN-1, SS, Onco e LB509) dão resultados mutáveis, pelo menos, para sin-alfa oligômeros / agregados. Os monómeros α-SYN foram reconhecidos em graus semelhantes por todos os 4 anticorpos embora estes podem ter variações dependendo de se o epitopo do anticorpo syn-α está localizado quer na extremidade N-terminal ou C-terminal 29. Do mesmo modo, anticorpos específicos para fosfo-alfa sinucleína determinar o peso molecular elevado distinta α-sinucleína espécies 20,21. No protocolo aqui descrito, o anticorpo altamente caracterizado SIN-1 tem sido usada 19-21.
No entanto, é importante considerar a validar qualquer novo anticorpo em transferências de Western com as experiências pré-absorção de anticorpos e também sobre-expressão e knockdown da proteína nas células.
É importante considerar outras variações que foram aplicados pelos pesquisadores para determinar fragmentos menores de formas alfa-syn e instáveis ou tetraméricas alfa-syn. Isto pode incluir fixação leve de membranas com 0,4% de PFA em PBS para manter as formas truncadas de α-syn 35 ou tratamento de homogenatos de exemplo com agentes de reticulação para estabilizar tetrâmeros 36.
Avaliação bioquímica de proteínas precisas usando post-mortem tissue requer a minimização da degradação enzimática e modificação de proteínas. Por isso, é aconselhável a utilização de tecido com os menores atrasos post mortem e / ou selecionar amostras pareadas dentro das coortes de casos. A imuno-histoquímica utilizando anticorpos para o padrão α-syn imunohistoquímica deve ser realizado antes de se iniciar o protocolo de isolamento. A extensão da patologia α-syn é altamente variável e pode variar de acordo com regiões seleccionadas. É aconselhável para selecionar regiões com patologia abundante como um controlo positivo para o rendimento ideal com cada corrida. O uso de inibidores de protease e inibidores de fosfatase, se necessário para prevenir a degradação enzimática indesejada após a libertação de proteases intracelulares ou fosfatases que ocorrem durante a lise celular e mantendo as amostras a 4 ° C é crucial.
É importante que todas as amostras dentro do lote de experiências são tratadas de maneira uniforme e consistente para evitar as variações intra-utilizador; fre múltiplaciclos eze-descongelação deve ser evitada, pois esta pode retrair potencialmente modificações pós-translacionais, tais como a fosforilação. Um ponto crítico para ter em conta quando se analisa um grande número de amostras é que os dados de imunomanchas deve ser normalizada para uma amostra, o qual deve ser executado em paralelo com todas as outras amostras sobre os géis, e todos os dados de referência para aquela amostra. Isto é feito para assegurar a normalização dos dados entre várias manchas de imunotransferência. Este é o método adotado em nosso estudo recente 22.
Deve notar-se que, a fim de manter o ECL de fundo baixo, as manchas não devem ser deixadas a secar fora em qualquer momento durante o protocolo de transferência de Western. Além disso, a exposição muito longas (> 10 min) em filmes auto-radiografia deve ser evitado pois isso irá conduzir à saturação do sinal de ECL e conduzirá a quantificação imprecisa.
Este protocolo acima é uma técnica relativamente simples, utilizando reagentes de laboratório comuns e emtrumentos e pode ser uma ferramenta valiosa para estudar a patofisiologia da proteína α-syn em investigação PD. Esta metodologia não só pode ser prorrogado com as modificações apropriadas para o estudo da biologia α-syn em animais transgênicos syn-alfa, mas também para outras doenças neurodegenerativas que caracterizam depósitos anormais de proteínas agregadas, como AD, MSA, DLB, HD e frontotemporaldementias. No entanto, os dados de transferência de Western aqui descrita poderia também ser validada utilizando ensaios de imunoabsorção enzimática, utilizando anticorpos específicos para as formas de α-syn 31.
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 |