Summary

脂滴隔离定量质谱分析

Published: April 17, 2017
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Summary

脂滴是几种病原体,包括丙型肝炎病毒(HCV)复制重要的细胞器。我们描述分离为相关蛋白的定量质谱脂滴的方法;它可以在各种条件下,如病毒感染,环境压力,或药物治疗中使用。

Abstract

脂滴是多种不同的病原体,最突出的是丙型肝炎病毒(HCV)复制至关重要的,因为病毒粒子的形态发生的推定站点。定量脂滴的蛋白质组分析可以用于鉴定定位于或诸如病毒感染的条件下从脂滴移位蛋白质。在这里,我们描述了已经成功用于表征以下感染HCV的脂滴蛋白质组变化的协议。我们在细胞培养(SILAC)使用稳定同位素标记与氨基酸和因此标签与“重”氨基酸细胞的一个群体的完整蛋白质通过质谱定量的蛋白质。对于脂滴隔离,这两个细胞群体( HCV感染/“光”的氨基酸和未感染的对照/“重”氨基酸)的1:1混合并在低渗缓冲液进行机械裂解。除去细胞核和细胞天后通过低速离心ebris,脂滴相关蛋白通过随后在等渗缓冲液洗涤3次两个后续步骤超速离心富集。脂滴级分的纯度通过Western印迹用抗体识别不同的亚细胞区室分析。脂滴相关蛋白然后通过随后进行考马斯染色的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分离。胰蛋白酶消化后,将肽通过液相色谱 – 电喷雾离子化串联质谱(LC-ESI-MS / MS)进行定量。使用这种方法,我们发现招募到在HCV感染的脂滴可能代表亲或抗病毒宿主因子的蛋白质。我们的方法可以适用于各种不同的细胞和培养条件,如感染病原体,环境压力,或药物治疗。

Introduction

脂滴高度的中性脂质的核心组成的动态细胞质(和核)细胞器(甘油三酯(TG)和胆固醇酯(CE))通过磷脂单层具有嵌入蛋白1包围。所有类型的细胞产生的脂滴,但它们在大小,脂质组成,和蛋白质装饰变化。脂滴满足不同的功能,包括作为能量和膜前体贮存器或作为蛋白质沉积物。此外,通过脂类的摄取,它们防止脂毒性细胞,释放脂质作为信号分子,并参与蛋白质的降解和内质网(ER)应激2响应。因此,蛋白质的宿主结合脂滴和管理其生成,降解,贩卖,和相互作用与其他细胞器。其中有善意的脂滴结合蛋白的围脂滴蛋白家族(PLIN1-5)F“> 3。

脂滴的生物合成可能开始于ER,其中ER驻留酶催化膜双层内累积中性脂质的合成,从而形成中性脂质的透镜,这是最近在酵母4很好地可视化的方法。膜弯曲和升高的磷脂酸和二酰基甘油水平,然后认为吸引涉及磷脂生物合成的蛋白质,作为核心中性脂质和屏蔽磷脂的同时合成所需的脂质液滴产生5。驻留在ER酶窝藏跨膜结构域催化了这个过程。膨胀到大的脂滴需要不同类窝藏一个两亲性螺旋,因此可以从ER到脂滴行进脂质合成酶的活性。从脂滴脂质动员发生通过甘油三酯的局部活化e和甘油二酯的脂肪酶脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)和激素敏感性脂肪酶(HSL)或由不同的自噬途径,如宏观和microlipophagy或分子伴侣介导的自噬6。脂滴与其他细胞器,诸如线粒体(用于β-氧化和脂质合成)和ER相互作用(对于脂质合成和蛋白质运输),而且还与溶酶体,核内体,并且通过细胞内细菌7诱导的空泡。事实上细菌,病毒,甚至寄生虫目标,其中8 HCV复制和持久性脂滴。

HCV感染是全世界肝病相关的发病率和死亡率的主要原因之一,占每年9约为0.5万人死亡。 HCV感染的真正数量是未知的,但最近的估计表明,130 – 150万人受到慢性感染。没有疫苗免疫Ë存在,但相比于标准的基于干扰素治疗最近批准的直接作用的抗病毒药显着提高治疗反应。然而,在世界范围内,患者的治疗很可能会因新疗法的成本非常高的限制。大约有一半的人的慢性HCV感染者发展脂肪肝(脂肪变性),其特点是脂滴在肝细胞中堆积过多的条件。有趣的是,脂滴也出现了HCV复制的重要细胞器,推定作为病毒组装站点10,11。

在HCV感染的细胞,病毒蛋白核心和NS5A定位于以依赖于甘油三酯生物合成的过程脂滴,如二酰基甘油酰基转移酶1(DGAT1)的抑制剂削弱贩卖脂滴和随后的HCV颗粒生产12 </sup>,13,14,15。此外,在任一核心或NS5A的脂滴结合结构域的突变抑制HCV装配16,17 。芯和NS5A再招所有其它病毒蛋白,以及病毒RNA复制复合物,与脂质相关的密切滴16的膜。需要成功地生产感染性病毒子代10,11的所有病毒蛋白质的一致行动。结构蛋白是病毒体的一部分,和非结构蛋白促进这个过程所需要的蛋白质 – 蛋白质相互作用。有趣的是,需要对善意脂滴结合蛋白PLIN3 / TIP47两种HCV RNA的复制和病毒颗粒18的释放,19 <suP>,20。尽管有这些最新进展,该机制的细节,尤其是在HCV复制的后期病毒与宿主相互作用,依然不明确,而脂滴的确切功能未知。

在这里,我们描述了以分离的脂滴为相关蛋白的定量质谱法的方法。使用这种方法,我们发现在脂滴蛋白组HCV感染期间和深刻的变化确定膜联蛋白A3为共同分馏与脂滴,并需要有效HCV成熟21的宿主蛋白。

Protocol

1.介质的制备稳定同位素标记与氨基酸在细胞培养(SILAC) 注意:在此,SILAC蛋白定量试剂盒- DMEM补充有50毫克13 C 6 L-精氨酸盐酸用于SILAC标记。经透析的胎牛血清(FCS)具备SILAC蛋白定量试剂盒。 从DMEM培养基的每个瓶子中取出50毫升,并加入50毫升透析FCS的。 溶解50毫克13 C 6 L-赖氨酸2HCl的和在1毫升培养基的50毫克13 C …

Representative Results

脂滴是丙型肝炎病毒感染的病毒组装的推定位点是至关重要的,但形态和病毒颗粒的出口的分子机制知之甚少。为了鉴定参与该过程新颖的宿主依赖因素,我们进行了HCV感染的细胞21( 图1A)的定量脂滴蛋白质组分析。我们建立了协议用于纯化脂滴,并定期检测的脂滴结合蛋白PLIN2 / ADRP和PLIN3 / TIP47和其他细胞区室的标记物,如β微管蛋白的对…

Discussion

在这里,我们描述了一种协议来隔离脂滴定量脂滴的蛋白质组分析来比较具有不同的培养条件,如病毒感染下脂滴相关的蛋白质的富集和耗尽。作为一种替代的方法,所述蛋白质组分析可以与基于总的峰强度的无标记的量化来执行。这个方法没有动态范围的限制,避免了代谢问题。的SILAC方法的优点是,将样品汇集之前脂滴隔离,因此,结果是独立的错误在样品制备,消化,和LC-MS / MS分析。我们?…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我们感谢R. Bartenschlager(海德堡大学)的JC1结构,CM赖斯(洛克菲勒大学)的Huh7.5细胞,J·麦克劳奇伦(医学研究理事会病毒学单元)为JFH1建造,T·韦克塔(国家研究所传染病,日本)的JFH1,和B·韦伯斯特和克·格林(病毒学研究所格莱斯顿和免疫学)为HCVcc的记者结构。这项工作是由从DFG资金支持(HE 6889 / 2-1(EH),INST 337 / 15-1 2013,和INST 337 / 16-1 2013(HS))。海因里希Pette研究所,莱布尼兹研究所实验病毒学由自由汉萨城汉堡和健康的联邦支持。该资助者在研究设计,数据收集和分析,决定发表或准备手稿没有作用。

Materials

SILAC Protein Quantitation Kit – DMEM Thermo Fisher 89983 
13C6 L-Arginine-HCl 50 mg Thermo Fisher 88210 
Roti-Load 1 Roth GmbH K929.1
Roti-Blue 5x-Concentrate Roth GmbH A152.2 
10x SDS-Tris-Glycine – Buffer  Geyer Th. GmbH & Co.KG  A1415,0250 
GlutaMAX (100x) Life Technologies GmbH  350500038 
Penicillin/Streptomycin Solution for Cell Culture Sigma-Aldrich Chemie GmbH  P4333-100ml 
PBS 1x Dulbeccos Phosphate Buffered Saline Sigma-Aldrich Chemie GmbH  D8537 
Trypsin-EDTA Sigma-Aldrich Chemie GmbH  T3924-100ML 
Sodium Chloride BioChemica AppliChem GmbH A1149,1000
Tris Ultrapure   AppliChem GmbH A1086,5000A 
EDTA BioChemica AppliChem GmbH A1103,0250
Protease Inhibitor Cocktail 5ml Sigma-Aldrich Chemie GmbH  P8340-5ML 
D(+)-Sucrose BioChemica AppliChem GmbH A3935,1000
Hydrochloric acid 37% pure Ph. Eur., NF AppliChem GmbH A0625
DC Protein Assay  Bio-Rad Laboratoris GmbH  500-0116 
Glycerol AppliChem GmbH 151339
SDS Ultrapure AppliChem GmbH A1112
Bromophenol blue AppliChem GmbH A2331
β-Mercaptoethanol  AppliChem GmbH A4338
Blasticidin Invivogen ant-bl-1 
Potassium Chloride  AppliChem GmbH A1039
Phenylmethanesulfonyl Fluoride  AppliChem GmbH A0999
Potassium Phosphate Monobasic Sigma-Aldrich Chemie GmbH  221309
Dipotassium Hydrogenphosphate Sigma-Aldrich Chemie GmbH  P3786 
DTT  AppliChem GmbH A2948
NP-40 AppliChem A1694
TWEEN 20 AppliChem A4974
Nonfat dried milk powder AppliChem A0830
Anti-ADFP/ ADRP  abcam ab52355
M6PRB1/TIP47 100µg  abcam ab47639
Calreticulin, pAb 200 µg Enzo Life Science GmbH  ADI-SPA-600-F 
Anti-ß-Tubulin  Sigma-Aldrich Chemie GmbH  T6074 200µl  
Ethanol absolute Geyer Th. GmbH & Co.KG  A3678,0250  
Anti-MnSOD Enzo Life Science GmbH  ADI-SOD-110-F
Anti-mouse HRP Thermo Fisher Pierce 32430
Anti-rabbit HRP Thermo Fisher  Pierce 32460
Amersham Hyperfilm ECL GE Healthcare 28906836
Lumi-Light Western Blotting Substrate Sigma-Aldrich Chemie GmbH  12015196001
96 Well Cell Culture Plate Greiner Bio-One GmbH  655 180 
Terumo Syringe 1 ml Terumo SS-01T
Filtropur BT 50, 500 ml, 0.45 µm  SARSTEDT  83.1823.100 
Mini-PROTEAN TGX Precast Gels, Any kD resolving gel Bio-Rad Laboratoris GmbH  456-9034 
6 Well Cell Culture Plate Greiner Bio-One GmbH  657160 
Dishes Nunclon 150/20  Fisher Scientific GmbH  10098720 – 168381 
Cell Scraper neoLab Migge GmbH  C-8120 
Tube, 50 ml Greiner Bio-One GmbH  227261 
SafeSeal Tube RNase-free  SARSTEDT  72.706.400 
Ultra Clear Centrifuge Tubes 11 x 60 mm Beckman Coulter GmbH  344062 
Suction Needles Transcodent 6482
Biosphere Fil. Tip 1000  SARSTEDT  70.762.211 
Biosphere Fil. Tip 200 SARSTEDT  70.760.211 
Biosphere Fil. Tip 10 SARSTEDT  70.1130.210 
Dounce Tissue Grinder Fisher Scientific GmbH  11883722
Pestles For Dounce All-Glass Tissue Grinders Fisher Scientific GmbH  10389444
Orbitrap Fusion
Branson Sonifier 450
Thermomixer comfort, with Thermoblock 1.5 ml Eppendorf 5355 000.127
Mini-PROTEAN Tetra Cell, Mini Trans-Blot Module, and PowerPac Basic Power Supply,  BioRad 165-8033
Mini-PROTEAN 3 Multi-Casting Chamber BioRad 165-4110
PowerPac HC Power Supply Biorad 164-5052
Centrifuge  Eppendorf 5424R
Centrifuge  Eppendorf 5424
Optima L-90K Beckman Coulter GmbH  365670
SW 60 Ti Rotor Beckman Coulter GmbH  335649
Infinite M1000 PRO Tecan

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Rösch, K., Kwiatkowski, M., Schlüter, H., Herker, E. Lipid Droplet Isolation for Quantitative Mass Spectrometry Analysis. J. Vis. Exp. (122), e55585, doi:10.3791/55585 (2017).

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