Questo protocollo descrive una basata sulle attività di analisi per la rilevazione di metalloproteinasi della matrice in sovranatanti o fluidi corporei.
Metalloproteinasi della matrice (MMP) sono contenenti zinco endopeptidasi. Si degradano le proteine per scissione di legami peptidici. Più di venti MMP sono stati identificati e sono divisi in sei gruppi in base alla loro struttura e specificità di substrato (collagenasi, gelatinasi, tipo a membrana [MT-MMP], stromelysins, matrilysins, e altri). MMP svolgono un ruolo critico nella invasione delle cellule, la degradazione della cartilagine, il rimodellamento dei tessuti, la guarigione delle ferite, e l'embriogenesi. Essi hanno quindi partecipare sia i processi normali e nella patogenesi di molte malattie, come l'artrite reumatoide, il cancro o malattie polmonari croniche ostruttive 1-6. Qui ci concentreremo su MMP-2 (gelatinasi A, collagenasi di tipo IV), un MMP ampiamente espresso. Dimostreremo come rilevare MMP-2 nei supernatanti colture cellulari da zimografia, un uso comune, tecnica semplice, ma molto sensibile descritto per primo nel 1980 da C. Heussen e EB Dowdle 7-10. Questa tecnica è semi-quantitativa, si può quindi essere usato per determinare i livelli di MMP nei campioni di prova quando le concentrazioni note di MMP ricombinanti sono stati caricati sullo stesso gel 11.
Soluzioni contenenti MMP (ad esempio surnatanti di coltura cellulare, delle urine o siero) vengono caricati su un gel di poliacrilamide contenente dodecil solfato di sodio (SDS, per linearizzare le proteine) e la gelatina (substrato per la MMP-2). Il buffer di esempio è progettato per aumentare la viscosità del campione (per facilitare il carico gel), forniscono un colorante di tracciamento (blu di bromofenolo, di monitorare la migrazione del campione), di fornire le molecole denaturazione (a linearizzare le proteine), e controllare il pH del campione. Le proteine sono poi permesso di migrare sotto una corrente elettrica in un tampone di corsa progettata per fornire una velocità costante migrazione. La distanza di migrazione è inversamente correlata con il peso molecolare della proteina (piccole proteine muoversi più velocemente attraverso il gel di proteine di grandi dimensioni e quindi non migrano più in basso il gel). Dopo la migrazione, il gel viene posto in un buffer di rinaturazione delle proteine per permettere di ritrovare la loro struttura terziaria, necessari per l'attività enzimatica. Il gel viene posto in un buffer di sviluppo progettato per consentire la proteasi per digerire il suo substrato. Il buffer contiene anche lo sviluppo di p-aminophenylmercuric acetato (Apma) per attivare il non-proteolitico pro-MMP in MMP attiva. Il passo successivo consiste di colorazione del substrato (gelatina nel nostro esempio). Dopo aver lavato il colorante in eccesso il gel, le aree di digestione della proteasi appaiono come bande chiare. La più chiara la band, il più concentrato della proteasi in esso contenuti. Colorazione delle bande può essere determinata da densitometria, utilizzando un software come ImageJ, che consenta raffronti campione.
Abbiamo dimostrato come eseguire l'analisi zymographic di MMP-2 nel surnatante di coltura cellulare.
La quantità di campione da caricare su un gel deve essere determinato empiricamente a seconda della provenienza e MMP di interesse. Caricamento troppo poco impedisce di rilevamento durante il caricamento di troppo può portare alla saturazione quanto non vi è solo substrato tanto una proteasi in grado di digerire nell'area della band. Se necessario, il campione può essere diluito in acqua deionizzata prima della miscelazione con tampone di caricamento o il tempo di sviluppo possono de ridotto da notte per 4 ore. E 'anche possibile concentrare le proteine in una soluzione che utilizza concentratori (es. catalogo Millipore # UFC803024). Se le bande rimangono poco visibile, può essere necessario per sviluppare il gel per un periodo di tempo più lungo, anche fino a 48 ore. Quando la preparazione dei campioni da surnatanti colture di tessuti, si deve rilevare che siero fetale bovino (e altri sieri) contiene MMP che possono influenzare i risultati. Per questa ragione, raccogliamo tutti i nostri surnatanti dopo cultura in mezzo privo di siero.
La lava di cui ai paragrafi 2.9 e 2.10 del protocollo sono necessari per rimuovere la colorazione di fondo delle bande digerito. Volte di più lavare rimuoverà più di fondo, ma anche debole la colorazione del supporto in tutto il gel. Se i tempi di lavaggio più lunghi sono necessari, si consiglia la scansione del gel ogni poche ore per selezionare la scansione con il miglior contrasto.
Questa tecnica può essere utilizzata per rilevare altre MMP. Per esempio, MMP-9 possono essere rilevati su gel di gelatina, e anche in misura minore, MMP-1, MMP-8 e MMP-13 la gelatina non è il loro substrato preferito. MMP-1 e MMP-13 sono i migliori rilevati zimografia collagene, mentre la caseina è il substrato preferito per MMP-11 e permette anche per la rilevazione di MMP-1, MMP-3, MMP-7, MMP-12, e MMP-13 9. MMP-7 (matrilysin) e collagenasi (MMP-1 e MMP-13) sono difficili da individuare quando presente a bassi livelli di caseina o gel gelatina. L'aggiunta di eparina al campione al momento del carico gel migliora in modo significativo il limite di rilevamento per la MMP-7. Per MMP-1 e MMP-13, l'eparina deve essere aggiunto il gel dopo la corsa elettroforetica è già in corso 12.
Dal zimografia misura l'attività enzimatica dopo denaturazione e rinaturazione degli enzimi, si misura l'attività di tutti MMP presenti nel campione. Questo include gli enzimi, pro-enzimi, ed enzimi legati agli inibitori endogeni (ad esempio TIMP-2). E 'tuttavia possibile determinare il livello di attivazione MMP nel campione confrontando la densità di banda dell'enzima attivo e di quello del pro-enzima, che avrà un peso leggermente superiore molecolare.
Zimografia spesso non è sufficiente per identificare un MMP. Confronto del livello di migrazione di un MMP con nota standard di peso molecolare è di aiuto nella identificazione, ma va notato che alcune di queste norme contengono un agente riducente e che se usati in condizioni non riducenti possono indicare diversi pesi molecolari 9. Una possibilità è quella di caricare un MMP solubile ricombinante sullo stesso gel come campioni di prova. MMP può tuttavia essere associata con altre proteine, inducendo un cambiamento apparente peso molecolare. Gli inibitori selettivi MMP può essere aggiunta al gel (o parte di un gel tagliato a metà) durante l'incubazione in tampone di sviluppo come strumenti farmacologici per l'identità del MMP della tecnica interest.A secondo (Western Blot, immunocitochimica, o ELISA) si consiglia di aiuto per l'identificazione del MMP di interesse. Va notato che i limiti di rilevazione per Western Blot sono spesso molto inferiori a quelli di gel zymographic, che porta a risultati falsi-negativi quando si usa questa tecnica.
The authors have nothing to disclose.
Vorremmo ringraziare il Dott. S. Ressler (Dipartimento di Biologia Molecolare e Cellulare, Baylor College of Medicine) per aver suggerito l'uso di proteine concentratori per aumentare la concentrazione di MMP nei surnatanti di coltura cellulare.
Questo progetto è stato supportato anche da finanziamenti del Fondo di Clifford Sig.ra Elder Bianco ricerca Dotato Graham e il NIH / NIAMS (AR059838) al CB. I contenuti sono di esclusiva responsabilità degli autori e non rappresentano necessariamente il punto di vista ufficiale del NIH.
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
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Xcell SureLock Mini-Cell CE mark electrophoresis apparatus | Invitrogen | EI0001 | ||
Power supply (model 302) | VWR | 93000-744 | ||
Novex 10% gelatin zymogram gels, 1.0 mm, 12 wells | Invitrogen | EC61752BOX | ||
Blue Juice gel loading buffer | Invitrogen | 10816015 | ||
Gel loading tips | VWR | 53509-015 | ||
Protein molecular weight standard | Invitrogen | LC5800 | ||
Novex Tris-Glycine-SDS running buffer | Invitrogen | LC2675 | ||
Novex zymogram renaturing buffer | Invitrogen | LC2670 | ||
Novex zymogram developing buffer | Invitrogen | LC2671 | ||
SimplyBlue SafeStain | Invitrogen | LC6060 | ||
Epson Perfection 4490 Photo Scanner | Amazon | n/a | ||
ImageJ software | http://rsbweb.nih.gov/ij/ | n/a | Authored by W. Rasband, NIH/NIMH |