כתם מערבי במהירות גבוהה במיוחד באמצעות טכנולוגיית שיפור Immunoreaction
Summary
טכניקת סופג מערבית במהירות גבוהה במיוחד מפותחת על ידי שיפור הקינטיקה של אנטיגן-נוגדנים מחייב באמצעות ניקוז מחזורי וחידוש (CDR) טכנולוגיה בשילוב עם סוכן שיפור immunoreaction.
Abstract
כתם מערבי (באנגלית: Western blot) היא שיטה קנונית למחקר ביו-רפואי. הוא משמש בדרך כלל כדי לקבוע את הגודל היחסי ואת השפע של חלבונים ספציפיים, כמו גם שינויים בחלבון שלאחר התרגום. טכניקה זו יש היסטוריה עשירה ונשאר בשימוש נרחב בשל הפשטות שלה. עם זאת, הליך הבליעה המערבי המפורסם לוקח שעות, אפילו ימים, כדי להשלים, עם צוואר בקבוק קריטי להיות זמני הדגירה הארוכים המגבילים את התפוקה שלה. צעדי דגירה אלה נדרשים עקב דיפוזיה איטית של נוגדנים מהתמיסה בתפזורת לאנטיגנים משותקים על הממברנה: ריכוז הנוגדנים ליד הממברנה נמוך בהרבה מהריכוז בצובר. כאן, אנו מציגים חידוש המפחית באופן דרמטי מרווחי דגירה אלה על ידי שיפור כריכת אנטיגן באמצעות ניקוז מחזורי וחידוש (CDR) של פתרון הנוגדנים. השתמשנו גם בטכנולוגיה לשיפור האימונוריאציה כדי לשמר את הרגישות של ההסתעפות. שילוב של שיטת CDR עם סוכן שיפור אימונוריאציה מסחרי הגביר את אות הפלט והפחית באופן משמעותי את זמן הדגירה של הנוגדנים. הכתם המערבי במהירות גבוהה במיוחד יכול להתבצע בתוך 20 דקות ללא כל אובדן רגישות. שיטה זו יכולה להיות מיושמת על כתמים מערביים באמצעות זיהוי chemiluminescent ו פלואורסצנטי. פרוטוקול פשוט זה מאפשר לחוקרים לחקור טוב יותר את הניתוח של ביטוי חלבון בדגימות רבות.
Introduction
כתם מערבי (ידוע גם בשם immunoblot) היא טכניקה חזקה ויסודית על פני מגוון רחב של דיסציפלינות מדעיות וקליניות. טכניקה זו משמשת לבחינת הנוכחות, השפע היחסי, המסה המולקולרית היחסית והשינויים שלאחר התרגום של חלבונים1. בשילוב עם ניתוח תמונה דיגיטלית, שיטה זו יכולה לנתח באופן אמין את שפע החלבונים ושינויי החלבון2. למרות כתם המערבי מבוצע באופן שגרתי, היא שיטה זמן רב ועבודה אינטנסיבית. דגירה ארוכה של הנוגדן עם ממברנות נדרשים. כאן, אנו מתארים שינוי בשיטת הדגירה המתגברת על מגבלה זו מבלי להקריב רגישות.
במהלך הדגירה של הממברנה, נוגדנים צפים בתמיסה בעוד אנטיגנים משותקים על הממברנה. בגלל הזיקה הגבוהה שלהם, שיעור הנוגדנים המחייבים את האנטיגן מהיר יותר מפיזור הנוגדנים מהתמיסה בתפזורת לקרום. פעולה זו יוצרת “שכבת דלדול” בריכוז נמוך (איור 1). זה עלול לקחת שעות עבור נוגדנים רחוקים יותר להגיע לקרום באמצעות דיפוזיה פסיבית, שהוא הגורם העיקרי האחראי על זמני דגירה ארוכים בטכניקה זו. אפקט זה נקרא הגבלת הסעת המונים (MTL)3. הוצע כי ניקוז חוזר ונשנה וחידוש הפתרון המכיל נוגדנים עלול לשבש את שכבת הדלדול ולהתגבר על MTL4. כאן, פיתחנו טכניקה ייחודית המיישמת את המושג הזה ניקוז מחזורי וחידוש (CDR) כדי להפחית את ההשפעה של MTL בפרוטוקול סופג מערבי מסורתי ולקצר באופן הערות את תקופת הדגירה הנדרשת.
על מנת לשמור על רגישות הגילוי עם זמן דגירה קצר, עשינו שימוש בטכנולוגיה לשיפור אימונוריאציה המאיצה את תגובת האנטיגן-נוגדנים, ובכך משפרת את יחס האות לרעש5. סוכנים רבים לשיפור האימונו-ראציה הזמינים מסחרית (IRE) מורכבים מ-2 רכיבים (פתרון 1 ו-2, ראו טבלת חומרים). ההרכב הקנייני או מנגנון הפעולה של IRE לא נחשפו, אך מצאנו בעבר כי IRE הפחית את קבוע הדיסוציאציה בין האנטיגן והנוגדן ב מבחני כריכת פאזה מוצקים, מה שמצביע על זיקה מוגברת היא, לפחות בחלקה, אחראית לשיפור ההשפעה של IRE6. השילוב של CDR עם IRE מניב פרוטוקול נפיחות מערבי במהירות גבוהה במיוחד המפחית את זמן ההליך כולו מבלי להתפשר על הרגישות.
Protocol
Representative Results
Discussion
כתם מערבי הוא טכניקה אנליטית בשימוש נרחב כדי לזהות חלבונים ספציפיים שפותחו ~ לפני 40 שנה7,8. מאז, הטכניקה המשיכה להתפתח, עם חידושים הבאים לשפר את הרגישות, המהירות, ואת הכמות של הטכניקה2,9,10,11<s…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי האגף למחקר פנים-ארצי, מכון הלב, הריאות והדם הלאומי, המכונים הלאומיים לבריאות. S.H. נתמך על ידי יפן ציבורית-פרטית שותפות סטודנטים ללמוד בחו”ל תוכנית, ו H.N. ו K.Y. היו על ידי גבור ו V סמים בחו”ל הכשרה מלגת.
Materials
| 14 mL Round Bottom High Clarity PP Test Tube, Graduated, with Snap Cap | Falcon | 352059 | |
| Apollo Transparency Film for Laser Printers | N/A | N/A | Any kinds of Laser Printer Transparency Film are fine. |
| Azure Imaging System 600 | Azure Biosystems | Azure 600 | Any kind of Image Acquiring Sytem is fine for chemiluminescent and/or fluorescent detection. |
| Can Get Signal Immunoreaction Enhancer Solution | TOYOBO | NKB-101 | |
| CARNATION Instant Nonfat Dry Milk | Carnation | N/A | |
| ECL anti-mouse IgG, Horseradish peroxidase linked F(ab’)2 fragment from sheep | GE Healthcare | NA9310V | |
| ECL anti-rabbit IgG, Horseradish peroxidase linked F(ab’)2 fragment from donkey | GE Healthcare | NA9340V | |
| HYBAID Micro-4 | N/A | N/A | Any hybridization oven is fine as long as the tubes are rotated evenly at a horizontal position. |
| Immobilon-P PVDF Membrane, 0.45 µm pore size | Millipore Sigma | IPVH304F0 | |
| IRDye 680RD Goat anti-Mouse IgG Secondary Antibody | LICOR | 926-68070 | |
| IRDye 800CW Goat anti-Rabbit IgG Secondary Antibody | LICOR | 926-32211 | |
| KPL LumiGLO Reserve Chemiluminescent Substrate | seracare | 5430-0049 | |
| Mouse anti-ß actin antibody | Millipore Sigma | A5316 | |
| Odyssey Blocking Buffer (PBS) | LICOR | 927-40100 | Blocking Buffer for fluorescent detection |
| OXO Salad Spinner | OXO | 32480V2B | Any salad spinner is fine as long as the PVDF membranes are rinsed vigorously without tear. |
| Parafilm Sealing Film | Bemis | Parafilm M PM996 | semi-transparent flexible film |
| Polyethylene Flat-Top Screw Caps for 50 mL Conical Bottom Centrifuge Tubes | Falcon | 352070 | |
| Rings to hold 14 ml tube in the center of 50 ml tube | N/A | N/A | Prepared in a machine shop |
| Rabbit anti-6X His tag antibody | Abcam | ab9108 | |
| Tween20 | Millipore Sigma | P2287 |
References
- MacPhee, D. J. Methodological considerations for improving Western blot analysis. Journal of Pharmacol Toxicology Methods. 61 (2), 171-177 (2010).
- Janes, K. A. An analysis of critical factors for quantitative immunoblotting. Science Signaling. 8 (371), (2015).
- Schuck, P., Zhao, H. The role of mass transport limitation and surface heterogeneity in the biophysical characterization of macromolecular binding processes by SPR biosensing. Methods in Molecular Biology. 627, 15-54 (2010).
- Li, J., Zrazhevskiy, P., Gao, X. Eliminating Size-Associated Diffusion Constraints for Rapid On-Surface Bioassays with Nanoparticle Probes. Small. 12 (8), 1035-1043 (2016).
- Higashi, S. L., et al. Old but not Obsolete: An Enhanced High Speed Immunoblot. Journal of Biochemistry. 168 (1), 15-22 (2020).
- Towbin, H., Staehelin, T., Gordon, J. Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: Procedure and some applications. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76, 4350-4354 (1979).
- Burnette, W. N. “Western blotting”: electrophoretic transfer of proteins from sodium dodecyl sulfate–polyacrylamide gels to unmodified nitrocellulose and radiographic detection with antibody and radioiodinated protein A. Analytical Biochemistry. 112 (2), 195-203 (1981).
- Mishra, M., Tiwari, S., Gomes, A. V. Protein purification and analysis: next generation Western blotting techniques. Expert Review of Proteomics. 14 (11), 1037-1053 (2017).
- Ciaccio, M. F., Wagner, J. P., Chuu, C. P., Lauffenburger, D. A., Jones, R. B. Systems analysis of EGF receptor signaling dynamics with microwestern arrays. Nature Methods. 7 (2), 148-155 (2010).
- Treindl, F., et al. A bead-based western for high-throughput cellular signal transduction analyses. Nature Communications. 7, 12852 (2016).
- Sajjad, S., Do, M. T., Shin, H. S., Yoon, T. S., Kang, S. Rapid and efficient western blot assay by rotational cyclic draining and replenishing procedure. Electrophoresis. 39 (23), 2974-2978 (2018).
- Kurien, B. T., Scofield, R. H. A brief review of other notable protein detection methods on blots. Methods in Molecular Biology. 536, 557-571 (2009).
- Nagase, H., et al. Reliable and Sensitive Detection of Glycosaminoglycan Chains with Immunoblots. Glycobiology. , (2020).
