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 proteína (α-syn) se expresa abundantemente sobre todo dentro de las neuronas, y existe en un número de diferentes formas – monómeros, tetrámeros, oligómeros y fibrillas. Durante la enfermedad, α-syn sufre cambios conformacionales para formar oligómeros y agregados de alto peso molecular que tienden a hacer la proteína más insoluble. Anormalmente agregada α-syn es un rasgo neuropatológico de la enfermedad de Parkinson (EP), la demencia con cuerpos de Lewy (DCL) y la atrofia multisistémica (MSA). Caracterización y análisis de buffers alfa-syn usando insolubles con el aumento de la fuerza de detergente y ultracentrifugación alta velocidad bioquímica proporciona una poderosa herramienta para determinar el desarrollo de la patología α-syn asociado con la progresión de la enfermedad. Este protocolo describe el aislamiento de cada vez insoluble / agregada α-syn partir de tejido cerebral humano post-mortem. Esta metodología se puede adaptar con modificaciones a los estudios de normal y anormal αbiología -syn en modelos de animales transgénicos que albergan mutaciones diferentes alfa-syn, así como en otras enfermedades neurodegenerativas que cuentan con depósitos fibrilares aberrantes de proteínas relacionadas con sus respectivas patologías.
Una de las características patológicas principales comunes entre varias enfermedades neurodegenerativas es la formación de agregados de proteínas anormales que se produce en una proteína / enfermedad manera específica 1. Por lo tanto, hay las placas beta-amiloides y depósitos característicos extraneuronales tau hiperfosforilada agregados dentro de las neuronas en la enfermedad de Alzheimer (AD); los depósitos de alfa-syn agregados de cuerpos de Lewy (LBS), que son inclusiones intraneuronales, y también dentro de los procesos distróficos neuronal llamadas neuritas de Lewy (LNS) en PD, PD la demencia y la demencia con cuerpos de Lewy (DLBS) 2.4. Depósitos alfa-syn anormales también se observan en lesiones característicos de inclusiones citoplasmáticas gliales en MSA 5. En la enfermedad de Huntington, se encuentran los depósitos de Poli-Q característicos y de unión al ADN Tar anormal de proteína-43 y se fusionan en las proteínas de sarcoma (FUS) se depositan en las demencias frontotemporal. Es importante destacar que para la EP, las mutaciones del gen α-syn se han encontrado para cause autosómica dominante PD 06/11. Además, α-syn triplicación del gen 12 y duplicación 13 también causa PD familiar vinculando así el aumento de expresión α-syn de los mecanismos patogénicos de la EP. En particular, los casos de PD tanto esporádicos y familiares albergan depósitos anormales de la patología α-syn 14. Los tratamientos actuales disponibles para la EP sólo son paliativos y no tienen efecto en detener o retrasar la progresión de la enfermedad inexorable.
α-syn se expresa abundantemente en el cerebro humano y representa aproximadamente el 1% de la proteína total del cerebro. Está presente más específicamente dentro de las neuronas, pero puede existir aunque en cantidades más bajas dentro de las células gliales. Un punto conflictivo es la estructura nativa de α-syn que puede existir como un monómero al azar 15 o como un tetrámero plegado 16. Durante la enfermedad, α-syn cambia su conformación que le permite llegar mal plegada y este proceso se cree que es la causa de la enfermedad pathogenesis. A pesar de varios años de investigaciones sobre los aspectos fisiopatológicos de α-syn y la enfermedad, las causas exactas de mecanismos de la enfermedad se han mantenido esquiva 14.
Los estudios que utilizan el análisis post-mortem de cerebros parkinsonianos hasta ahora han proporcionado importantes pistas respecto a la biología normal y anormal de α-syn tanto en PD esporádicos y también PD asociado con mutaciones en el gen LRRK2 17-22. Aquí, un protocolo de extracción bioquímica (véase el esquema 1 presenta en la Figura) para los depósitos alfa-syn cada vez más insolubles a partir de tejido cerebral PD post-mortem humano que albergan agregados α-syn en diversos grados se ha descrito. Esta técnica también se puede adaptar con modificaciones en composiciones de amortiguamiento para estudiar las proteínas agregadas de otras enfermedades neurodegenerativas 23,24 y también de animal transgénico 25-27 de tejido cerebral. La consideración principal para las adaptaciones son las diferencias en solubidad y los importes totales de las respectivas proteínas algunos de los cuales son principalmente nuclear y pueden necesitar amortiguadores alto contenido de sal para la extracción óptima como se muestra para FUS 28.
En este artículo se describe un protocolo para la extracción bioquímica y examen de las propiedades de solubilidad diferencial de monómeros, oligómeros y agregados α-syn de cerebros enfermos utilizando condiciones de desnaturalización gel de funcionamiento. Esta es una técnica bien establecida para estudiar α-syn 17, 18, 20, 21 una proteína que normalmente es soluble en su forma nativa pero el aumento de propiedades de agregación amiloidogénicas o aumentó con la progresión de la enfermedad o con mutaciones genéticas agregada. No obstante, algunos grupos han utilizado pequeñas variaciones en las concentraciones de SDS en sus buffers (8% o 10% en lugar del 5%) 21,22, 30. El SDS es un detergente aniónico y solubiliza α-syn oligómeros que pueden incluir formas unidas a la membrana de α-syn, mientras que la urea, un reactivo caotrópico desnaturaliza las formas agregadas y fibrilares o amiloidogénicos insolubles de α-syn 20. En este sentido un estudio sistemático por Paleologou et al 31 examinaron la estabilidadde oligómeros y fibrillas con concentraciones variables de urea alfa-syn (6.5 – 8 M) o SDS (0,25 a 2%) e informó que los oligómeros estables en concentraciones de SDS pero no con altas concentraciones de urea. Su FILA 1-anticuerpo, específico para oligómeros y fibrillas de alfa-syn detecta mayores concentraciones de fibrillas en 6.5 M concentraciones de urea en condiciones no desnaturalizantes. Las concentraciones de tampón utilizados en este protocolo refleja fielmente lo que se ha descrito en Culvenor et al. (1999) 32.
Las regiones cerebrales anatómicas para la extracción bioquímica de insolubles α-syn deben ser cuidadosamente seleccionados y esto debe reflejar la carga LB y LN-α syn dependiendo de progresión de la enfermedad 33,34. Los casos utilizados aquí son muestras de los ganglios basales de los subtipos neocorticales y límbicas del PD que reflejan etapas finales e intermedios de progresión de la EP según McKeith ctriteria 34. En el Banco Queen Square cerebro, una mitad del cerebro esrutinariamente fija en formalina para el análisis histoquímico y la otra mitad se diseca cuidadosamente en diferentes regiones anatómicas y flash congelaron y almacenaron a -80 C congeladores o para más bioquímicos y de ADN estudios de análisis / ARN. Tras la fijación en formol de los cerebros y la disección por neuropatólogos, inmunohistoquímica se realiza utilizando anticuerpos α-syn y los resultados archivados. También como un procedimiento de rutina, el pH del tejido cerebral se mide a la llegada como una medida del estado agónica del tejido cerebral. Esto forma una base firme para la calidad de la conservación de tejidos para análisis bioquímicos.
Nuestros datos muestran que aquí hay más SDS soluble monómero α-syn en casos de DP en comparación con los controles; en particular los casos de PD neocorticales tiene mayor carga α-syn en comparación con la variedad PD límbico. Los casos neocorticales representan una mayor progresión de la EP patología α-syn en las regiones neocorticales como el CDR frontal y parietalTices 33,34. Los casos de PD límbicas tienen mayores puntajes LB en las áreas del cerebro anterior / regiones límbicas basales como la amígdala, transentorhinal y las regiones del cíngulo. Para los datos significativos y análisis estadístico, se debe ejecutar al menos 4 casos de cada cohorte. Del mismo modo que no hemos tratado el análisis estadístico de los datos de transferencia que se presentan aquí.
También debe tenerse en cuenta que diferentes anticuerpos pueden reconocer diferentes formas / composición de orden superior alfa-syn oligómeros y cada uno puede tener su propia sensibilidad relativa y preferencia. Esto es evidente a partir de los resultados de Tong et al. 29 donde se muestran que 4 anticuerpos alfa-syn diferentes (Syn-1, SS, Onco y LB509) dan resultados cambiables por lo menos para alfa-syn oligómeros / agregados. Los monómeros α-syn fueron reconocidos en grados similares por los 4 anticuerpos aunque éstos pueden tener variación dependiendo de si el epítopo de anticuerpo α-syn se encuentra ya sea en el N-terminal o C-terminal 29. Del mismo modo, los anticuerpos específicos para fosfo-alfa sinucleína determinar el peso molecular de alta distinta α-sinucleína especies 20,21. En el protocolo descrito aquí, el anticuerpo altamente caracterizado Syn-1 se ha utilizado 19-21.
Sin embargo, es importante tener en cuenta la validación de cualquier nuevo anticuerpo en transferencias Western a través de experimentos preabsorption de anticuerpos y también la sobreexpresión y desmontables de la proteína en las células.
Es importante tener en cuenta otras variaciones que se han aplicado por los investigadores para determinar fragmentos más pequeños de formas alfa-syn y o inestables tetraméricas alfa-syn. Esto podría incluir leve fijación de membranas con 0,4% PFA en PBS para retener formas truncadas de α-syn 35 o el tratamiento de los homogeneizados de ejemplo con agentes de entrecruzamiento para estabilizar tetrámeros 36.
Evaluación bioquímica precisa de proteínas utilizando ti post mortemDICIÓN requiere minimización de la degradación de la proteína enzimática y la modificación. Por tanto, es aconsejable el uso de tejidos con los cortos retrasos post mortem y / o seleccionar diferentes muestras dentro de las cohortes de casos. La inmunohistoquímica utilizando anticuerpos estándar para inmunohistoquímica α-syn se debe realizar antes de iniciar el protocolo de aislamiento. La extensión de la patología α-syn es muy variable y puede variar de acuerdo a las regiones seleccionadas. Es aconsejable seleccionar regiones con abundante patología como control positivo para el rendimiento óptimo con cada carrera. El uso de inhibidores de la proteasa y si inhibidores de la fosfatasa sea necesario para prevenir la degradación enzimática no deseado después de la liberación de las proteasas intracelulares o fosfatasas que ocurren durante la lisis celular y el mantenimiento de las muestras a 4 ° C es crucial.
Es importante que todas las muestras dentro del lote de experimentos se manejan de manera uniforme y consistente para evitar variaciones intra-usuario; múltiple freciclos eze-descongelación se debe evitar ya que esto puede potencialmente retraer modificaciones postraduccionales como la fosforilación. Un punto crítico a tener en cuenta al examinar un gran número de muestras es que los datos de inmunotransferencias deben ser normalizados a una muestra, que debe ejecutarse en paralelo a todas las otras muestras en los geles, y todos los datos referenciados a esa muestra. Esto se hace para asegurar la normalización de los datos de inmunotransferencia entre varias manchas. Este es el método adoptado en nuestro estudio reciente 22.
Cabe señalar que a fin de mantener el fondo bajo ECL, las manchas no se debe permitir que se seque en cualquier momento durante el protocolo de transferencia de western. Además, las exposiciones muy largas (> 10 min) en películas de autorradiografía deben evitarse ya que esto dará lugar a la saturación de la señal de ECL y dará lugar a la cuantificación inexacta.
Este protocolo anterior es una técnica relativamente sencilla utilizando reactivos de laboratorio comunes y eninstrumentos y pueden ser una herramienta valiosa para la investigación de la fisiopatología de la proteína α-syn en investigación PD. Esta metodología no sólo se puede ampliar con las modificaciones pertinentes al estudio de la biología de α-syn en animales transgénicos alfa-syn, sino también a otras enfermedades neurodegenerativas que ofrecen los depósitos anormales de proteínas agregadas, tales como AD, MSA, DLB, HD y frontotemporaldementias. Sin embargo los datos de Western blot descritos aquí también podrían ser validados utilizando ensayos inmunoenzimáticos utilizando anticuerpos para formas específicas 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 |