概要

인간의 사후 뇌에서 세제 불용 성 단백질의 농축

Published: October 24, 2017
doi:

概要

인간의 사후 뇌에서 세제 불용 성 단백질의 농축에 대 한 약식된 분류 프로토콜 설명 되어 있습니다.

Abstract

이 연구에서 우리는 인간의 사후 뇌에서 세제 불용 성 단백질의 농축에 대 한 약식된 단일 단계 분류 프로토콜을 설명합니다. 이오니아 세제 N-라우릴-sarcosine (sarkosyl)는 효과적으로 뇌 조직 신경 proteinopathies의 넓은 범위에서 세제 불용 성 단백질의 농축을 같이 허용에 기본적으로 접힌된 단백질 solubilizes Alzheimer의 질병 (광고), 파 킨 슨 병 및 루 경화 증, 그리고 프리온 질병 인간의 제어 및 광고 사후 뇌 조직 되었고 무 균 sedimented ultracentrifugation sarkosyl 세제 불용 성 단백질 집계 pathologic phosphorylated 타우, neurofibrillary의 핵심 구성 요소를 포함 하 여 풍부 하 게 존재 하 여 광고에 tangles입니다. 서 부 럽 집계 phosphorylated 타우와 세제 수용 성 단백질, 제어 및 광고 두뇌에서 초기 Endosome 항 원 1 (EEA1)의 차동 가용성을 설명 했다. Proteomic 분석은 또한 β의 농축을 밝혀-아 밀 로이드 (Aβ), 타우, snRNP70 (U1-70 K), 그리고 apolipoprotein E (APOE) 제어, 이전 조직 분류 전략 일치의 그들에 비교 하는 광고 두뇌의 sarkosyl-불용 성 분수에 . 따라서,이 간단한 농축 프로토콜에 이르기까지 서 부 럽 고 기능 단백질에서 공동 집계 분석 실험 단백질 질량 분석 기반 실험 응용 프로그램의 광범위 한 이상적입니다.

Introduction

Alzheimer의 질병 (광고), 파 킨 슨 병 (PD), 헌팅턴의 질병 (HD), 루 경화 증 (ALS), 밀접 하 게 관련된 프리온 질환 등 신경 퇴행 성 질환은 proteinopathies의 점진적인 축적에 의해 특징 세제 불용 성 단백질 집계 동반 인지 뇌에서 떨어진다. 1 , 2 이 공유 병 적인 기능 이상 이러한 신경 퇴행 성 질환의 병 인에 중심 역할을 담당할 생각 이다. 2 이러한 집계 일반적으로 β크로스 misfolded 단백질 전시의 단위를 반복으로 구성 된 고분자 녹말 체 섬유의 구성-구조. 1 , 2 , 3 , 4 화학적, 녹말 체 집계는 화학 또는 열 변성을 가용 화, 그들의 정화, 분석에 독특한 도전을 선물 한다3 높은 저항 하 고 전통적인 생 화 확 적인 기술을 통해 공부. 2 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 unsurprisingly, 세제 불용 성 단백질 분수가 되었습니다 misfolded 단백질의 축적을 포함 하는 신경 퇴행 성 질환의 이상으로 많은 연구의 초점. 6 , 12 , 13 , 14

생 화 확 적인 분류 기법 종종 사후 뇌 homogenates에서 세제 불용 성 부분을 풍부 하 게 이용 되어 있다. 6 , 12 , 13 , 14 가장 일반적인 방법 중 하나는 버퍼와 조직 homogenates의 연속 추출과 엄중, 가용성과 불용 성 부분을 분할 하는 ultracentrifugation 다음 증가의 세제 포함 됩니다. 일반적으로 사용 되는 순차 분류 프로토콜6,14 세제 무료 낮은 소금 (LS) 버퍼에서 냉동된 조직 샘플의 균질 화를 포함 하 고 결과 불용 성 펠 릿은 다음 순차적으로 추출 높은 소금, 비 이온 세제, 높은 자당을 포함 하는 버퍼, 이온 세제 그리고 마지막으로 chaotropes 요소 처럼. 6 , 14 이러한 순차적 분별 프로토콜의 명백한 결점은 상당한 시간과 노동 투입을 완료 하는 데 필요한. 균질과 ultracentrifugation를 포함 하 여 전형적인 5 단계 분류 프로토콜 걸릴 수 있습니다 몇 시간 또는 일. 4 , 6 , 7 , 10 , 15 , 16 , 17 , 18 또한, 많은 pathologic 단백질 집계 남아 모든 가혹한 조건19,20 하지만 불용 성 생성 된 분수의 대부분은 제한 된 값의. 따라서, 높은 소금 농도 및 비 이온 세제 덜 엄격한 분류 단계 크게 중복 됩니다.

이전 연구는 이온 세제 N-라우릴-sarcosine (sarkosyl)는 단순화 된 단일 단계 세제 분별 프로토콜에 대 한 우수한 후보 나타났습니다. 5 , 6 , 12 , 13 , 14 , 21 , 22 , 23 변성 세제로 sarkosyl는 충분히 solubilizing misfolded 단백질 집계 베타-아 밀 로이드 (Aβ),6,11의 구성 없이 뇌에서 기본적으로 접힌된 단백질의 대부분을 solubilize 엄격한 phosphorylated 타우 (pTau),6 타르 DNA 묶는 단백질 43 (TDP-43),14 알파 synuclein,12,13 scrapie,23 또는 u 1 작은 핵 ribonucleoproteins (U1 snRNPs) u 1-70 K 등. 5 , 21 , 22 Sarkosyl 유비 쿼터 스 음이온 세제 나트륨 라우릴 황산 염 (SDS) 보다 덜 엄격으로, SDS 처리를 견딜 수 없는 misfolded 단백질 집계의 덜 강력한 oligomeric 형태 유지 합니다. 9

이전에 우리는 더 힘 드는 순차 분류 방법론에 유사한 결과 달성 하는 약식된 세제 분별 프로토콜을 설명 합니다. 5 덜 엄격한 분류 단계를 생략 하 여 우리 수 있었다 사후 인간의 뇌에서 세제 불용 성 단백질의 농축에 대 한 손쉬운 단일 단계 분류 프로토콜을 개발. 5 여기에 설명 된이 상세한 프로토콜 서쪽에 게 더 럽 히기에서 배열 하는 실험적인 응용 프로그램의 광범위 한 적합 하 고 기능적인 단백질 misfolding 및 집계 시드를 질량 분석 기반 단백질 분석 실험. 5 , 6 , 21

Protocol

윤리 성명: 모든 뇌 조직에 모리 츠에서 가져온 ' s 질환 연구 센터 (ADRC) 두뇌 은행. 인간의 사후 조직 적절 한 제도적 검토 위원회 (IRB) 프로토콜에서 인수 했다. 1. 균질 및 분류 조직 선택 참고: 사후 담당 조직에서 건강 한 제어 (Ctl) 및 병 적 고정 광고 사례를 확인된은 모리에서 선정 되었다 ADRC 두뇌 은행 (n = 2). 녹말 체 패 배포의 사후 neuro…

Representative Results

축약된 한 단계 sarkosyl-분별 프로토콜 제어 및 광고 사후 뇌 (그림 1)에서 세제 불용 성 단백질 집계를 풍부 하 게 사용 되었다. TH-S, S1, S2, P2 분수에서 단백질 SDS-PAGE, Coomassie 파란 통 버퍼 Coomassie 화려한 블루 G-250 얼룩 버퍼와 부드러운 얼룩 뒤에 15 분에 대 한 고정 해결 했다. 때문에 s 2 분수에 단백질의 탐지 수준 물의 resuspension 단계는 선택 사항 (1.1.1…

Discussion

여기 소개 하 고 다양 한 misfolding 분석 기능 단백질 질량 분석 기반 proteomics 분석에서까지 실험적인 응용 프로그램에 적용 하는 약식된 단일 단계 세제 분별 프로토콜 토론 그리고 서 부 럽입니다. 5 , 6 , 7 , 10 이 방법론은 아마도 가장 효과적인 치 매 등 신경 proteinopathies 공부 하는 데 사용 하는 경우, ?…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 박사 짐 Lah와 앨런 Levey, 모리 부 신경과의 도움이 의견 및 제안에 대 한 감사합니다. 이 작품은 부분적으로 투자 함으로써 의학 협력 가속 부여 (U01AG046161-02)에 모리 Alzheimer의 질병 연구 센터 (P50AG025688) 및 노후화에 국가 학회 부여 (R01AG053960-01) N.T.S.를 이 연구도 일부 모리 신경 과학 NINDS 핵심 시설 보조금, P30NS055077의 Neuropathology 코어에 의해 지원 되었다.

Materials

Protease and phosphatase inhibitor cocktail, EDTA-free (100X) Thermo Fisher 78441 protease & phosphatase inhibitor cocktail
Sonic Dismembrator System (ultrasonicator) Fisher Scientific FB505110 microtip ultrasonicator
Optimax TLX Ultracentrifuge Beckman Coulter 361545 refrigerated ultracentrifuge
TLA120.1 rotor Beckman Coulter 362224 ultracentrifuge rotor
500 ul (8x34mm) polycarbonate tubes, thickwall Beckman Coulter 343776 ultracentrifuge tubes for TLA120.1 rotor
4X SDS sample buffer Home-made N/A SDS-PAGE
TCEP solution, neutral pH Thermo Fisher 77720 reducing agent
(TBS) blocking buffer Thermo Fisher 37542 blocking buffer
(TBS) blocking buffer + 0.05% Tween 20 Thermo Fisher 37543 blocking buffer and antibody diluent
4-12% Bolt Bis-Tris Plus gels, 10-well Thermo Fisher NW04120BOX precast SDS-PAGE gels
MES SDS Running Buffer (20X) Thermo Fisher B0002 SDS-PAGE running buffer
N-Lauroylsarcosine sodium salt (sarkosyl) Sigma Aldrich L5777-50G detergent
1.5 ml polypropylene Pellet Pestle Kimble Chase 749521-1500 homogenization tool
cordless motor for Pellet Pestle Kimble Chase 749540-0000 homogenization tool
Anti-Tau-2 (pan tau) antibody Chemicon MAB375 antibodies
Anti-phospho-threonine 231 Tau antibody Millipore MAB5450 antibodies
Anti-phospho-seroine 202 and threonine 205 Tau antibody (AT8) Thermo Fisher MN1020 antibodies
Anti-early endosome antigen 1 (EEA1) antibody abcam ab2900 antibodies
Alexa Fluor 680 goat anti-mouse IgG (H+L) secondary antibody Thermo Fisher A21058 antibodies
Alexa Fluor 790 donkey anti-rabbit IgG (H+L) secondary antibody Thermo Fisher A11374 antibodies
iBlot2 Dry Blotting System Thermo Fisher IB21001 Gel transfer
iBlot2 Transfer Stacks, Nitrocellulose, mini Thermo Fisher IB23002 Gel transfer

参考文献

  1. Taylor, J. P., Hardy, J., Fischbeck, K. H. Toxic Proteins in Neurodegenerative Disease. Science. 296 (5575), 1991 (1991).
  2. Ross, C. A., Poirier, M. A. Protein aggregation and neurodegenerative disease. Nature Medicine. 10, S10-S17 (2004).
  3. Ramírez-Alvarado, M., Merkel, J. S., Regan, L. A systematic exploration of the influence of the protein stability on amyloid fibril formation in vitro. Proc. Natl. Acad. Sci. 97 (16), 8979-8984 (2000).
  4. Hamley, I. W. The Amyloid Beta Peptide: A Chemist’s Perspective. Role in Alzheimer’s and Fibrillization. Chem Rev. 112 (10), 5147-5192 (2012).
  5. Diner, I., et al. Aggregation Properties of the Small Nuclear Ribonucleoprotein U1-70K in Alzheimer Disease. J. Biol. Chem. 289 (51), 35296-35313 (2014).
  6. Gozal, Y. M., et al. Proteomics Analysis Reveals Novel Components in the Detergent-Insoluble Subproteome in Alzheimer’s Disease. J. Proteome Res. 8 (11), 5069-5079 (2009).
  7. Hales, C. M., et al. Changes in the detergent-insoluble brain proteome linked to amyloid and tau in Alzheimer’s Disease progression. PROTEOMICS. , (2016).
  8. Julien, C., Bretteville, A., Planel, E., Sigurdsson, E. M., Calero, M., Gasset, M. . Amyloid Proteins: Methods and Protocols. , 473-491 (2012).
  9. Nizhnikov, A. A., et al. Proteomic Screening for Amyloid Proteins. PLoS ONE. 9 (12), e116003 (2014).
  10. Seyfried, N. T., et al. Quantitative analysis of the detergent-insoluble brain proteome in frontotemporal lobar degeneration using SILAC internal standards. J. Proteome Res. 11 (5), 2721-2738 (2012).
  11. Woltjer, R. L., et al. Proteomic determination of widespread detergent insolubility, including Aβ but not tau, early in the pathogenesis of Alzheimer’s disease. FASEB J. , (2005).
  12. Miake, H., Mizusawa, H., Iwatsubo, T., Hasegawa, M. Biochemical Characterization of the Core Structure of α-Synuclein Filaments. J. Biol. Chem. 277 (21), 19213-19219 (2002).
  13. Hasegawa, M., et al. Phosphorylated α-Synuclein Is Ubiquitinated in α-Synucleinopathy Lesions. J. Biol. Chem. 277 (50), 49071-49076 (2002).
  14. Neumann, M., et al. Ubiquitinated TDP-43 in Frontotemporal Lobar Degeneration and Amyotrophic Lateral Sclerosis. Science. 314 (5796), 130 (2006).
  15. Bishof, I., Diner, I., Seyfried, N. An Intrinsically Disordered Low Complexity Domain is Required for U1-70K Self-association. FASEB J. 29 (Suppl 1), (2015).
  16. Braak, H., Braak, E. Neuropathological stageing of Alzheimer-related changes. Acta Neuropathol. 82 (4), 239-259 (1991).
  17. Noguchi, A., et al. Isolation and Characterization of Patient-derived, Toxic, High Mass Amyloid β-Protein (Aβ) Assembly from Alzheimer Disease Brains. J. Biol. Chem. 284 (47), 32895-32905 (2009).
  18. Bai, B., et al. U1 small nuclear ribonucleoprotein complex and RNA splicing alterations in Alzheimer’s disease. Proc. Natl. Acad. Sci. 110 (41), 16562-16567 (2013).
  19. Klunk, W. E., Pettegrew, J. W. Alzheimer’s β-Amyloid Protein Is Covalently Modified when Dissolved in Formic Acid. J Neurochem. 54 (6), 2050-2056 (1990).
  20. Yang, L. -. S., Gordon-Krajcer, W., Ksiezak-Reding, H. Tau Released from Paired Helical Filaments with Formic Acid or Guanidine Is Susceptible to Calpain-Mediated Proteolysis. J Neurochem. 69 (4), 1548-1558 (1997).
  21. Bai, B., et al. U1 small nuclear ribonucleoprotein complex and RNA splicing alterations in Alzheimer’s disease. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (41), 16562-16567 (2013).
  22. Hales, C. M., et al. U1 small nuclear ribonucleoproteins (snRNPs) aggregate in Alzheimer’s disease due to autosomal dominant genetic mutations and trisomy 21. Mol Neurodegener. 9 (1), 15 (2014).
  23. Xiong, L. -. W., Raymond, L. D., Hayes, S. F., Raymond, G. J., Caughey, B. Conformational change, aggregation and fibril formation induced by detergent treatments of cellular prion protein. J Neurochem. 79 (3), 669-678 (2001).
  24. Mirra, S. S., et al. The Consortium to Establish a Registry for Alzheimer’s Disease (CERAD). Part II. Standardization of the neuropathologic assessment of Alzheimer’s disease. Neurology. 41 (4), 479-486 (1991).
  25. Smith, P. K., et al. Measurement of protein using bicinchoninic acid. Anal. Biochem. 150 (1), 76-85 (1985).
  26. Guo, J. L., et al. Unique pathological tau conformers from Alzheimer’s brains transmit tau pathology in nontransgenic mice. J. Exp. Med. 213 (12), 2635-2654 (2016).
  27. Matveev, S. V., et al. A distinct subfraction of Aβ is responsible for the high-affinity Pittsburgh compound B-binding site in Alzheimer’s disease brain. J Neurochem. 131 (3), 356-368 (2014).

Play Video

記事を引用
Diner, I., Nguyen, T., Seyfried, N. T. Enrichment of Detergent-insoluble Protein Aggregates from Human Postmortem Brain. J. Vis. Exp. (128), e55835, doi:10.3791/55835 (2017).

View Video