זרימת עבודה V3 היא הליך כתם מערבי באמצעות ג’לים ללא כתמים. הטכנולוגיה נטולת הכתמים מאפשרת לחוקרים לדמיין את איכות הפרדת החלבון, לאמת את יעילות ההעברה, והכי חשוב, לאמת את השינוי בחלבון המעניין באמצעות כימות חלבונים כולל כבקרת טעינה אמינה.
הכתם המערבי הוא טכניקת מעבדה שימושית מאוד מאומצת נרחב, אבל הביצוע שלה הוא מאתגר. זרימת העבודה מאופיינת לעתים קרובות כ”קופסה שחורה “מכיוון שניסוי אינו יודע אם היא בוצעה בהצלחה עד האחרון מבין מספר שלבים. יתר על כן, איכות הנתונים כתם המערבי הוא לפעמים מאותגר בשל היעדר כלי בקרת איכות יעילים במקום לאורך כל תהליך סופג המערבי. כאן אנו מתארים את זרימת העבודה המערבית V3, אשר מיישמת טכנולוגיה ללא כתמים כדי לטפל בדאגות העיקריות הקשורות לפרוטוקול הכתם המערבי המסורתי. זרימת עבודה זו מאפשרת לחוקרים: 1) להפעיל ג’ל בכ 20-30 דקות; 2) כדי לדמיין את איכות ההפרדה מדגם בתוך 5 דקות לאחר ריצת הג’ל; 3) להעביר חלבונים ב 3-10 דקות; 4) כדי לאמת את יעילות ההעברה כמותית; והכי חשוב 5) כדי לאמת שינויים ברמת החלבון של עניין באמצעות בקרת טעינת חלבון הכוללת. גישה חדשנית זו מבטלת את הצורך בהפשטה ובשכפול של הכתם עבור חלבונים לניקיון הבית כגון β-אקטין, β-טובולין, GAPDH וכו ‘זרימת העבודה נטולת הכתמים V3 הופכת את תהליך הכתם המערבי למהיר יותר, שקוף, כמותי ואמין יותר.
כתם מערבי הוא טכניקה שימושית מאוד9, עם זאת, ישנם שני אתגרים עיקריים עם סופג המערבי: תהליך ארוך עבודה אינטנסיבי ואיכות הנתונים. פרוטוקול מסורתי דורש בערך יומיים. זה כרוך בצעדים רבים כולל הכנת מדגם, יציקת ג’ל, אלקטרופורזה חלבון והעברה, חסימת קרום ואחריו דגירה נוגדנים, הדמיה, ולעתים קרובות למדי הפשטה, תוכחה, ולבסוף ניתוח נתונים. לאורך כל התהליך הזה, אין כלים אמינים וגמישים לבקרת תהליכים. ככזה, שגיאות ניתן להציג בכל שלב, ושגיאות אלה יש פוטנציאל ליצור חפצי נתונים; לכן, טעינת פקדים חיוניים בנפח המערבי כדי לזהות ולתקן את השגיאות. בקרת הטעינה נעשית בדרך כלל על ידי בדיקת רמת החלבון של חלבון ייחוס בכל מדגם כדי לראות אם הוא מוצג באותה מידה. אנשים משתמשים לעתים קרובות בחלבונים של משק בית, כגון β-אקטין, β-טובולין, GAPDH, כבקרת טעינה.
איכות נתוני הכתמים המערביים תלויה בבקרת טעינה אמינה. אבל יש שני חששות לגיטימיים בעת שימוש בחלבונים משק בית לטעינת פקדים: 1) immunodetection מבוסס נוגדנים של להקות חלבון משק הבית הם לעתים קרובות רווי ולכן אי אפשר להבחין את הבדלי הטעינה בין הדגימות30; 2) רמת ביטוי חלבון משק הבית עשויה להשתנות בדגימות בתנאים ניסיוניים מסוימים , למשל, טיפול siRNA, מוות תאי, בידול תאים וכו‘11,28,3,6,10,21. בשל חששות אלה, כתבי עת מדעיים דורשים כעת כי “להשוואות כמותיות, ריאגנטים מתאימים, פקדים ושיטות הדמיה עם טווחי אותות ליניאריים יש להשתמש” (הנחיות הטבע). באופן דומה, עורכי כתב העת של חקירה קלינית מבקשים פקדי טעינה אמינים יותר24. מסיבות אלה, חלבון משק בית צריך להיות מאומת על מנת לשמש בקרת טעינה. ראשית, יש לוודא שהוא נמדד בטווח הדינמי הליניארי של שיטת האימונודטיקציה14,29. שנית, יש לוודא שזה בא לידי ביטוי באופן עקבי בכל הדגימות26,31,25,19,20.
פתרון חלופי לבקרת טעינה אמינה הוא להשתמש במדידת חלבון כוללת מהכתם. כמה חוקרים הכתימו את הכתמים בכתמי חלבון כוללים, כגון קומאסי, פלמינגו פינק, סיפרו רובי, אמידו בלאק, פונסאו S וטכנולוגיה נטולת כתמים, כדי למדוד את אות החלבון הכולל בכל נתיב כבקרת טעינה16,20,13,27,1,4,12. בקרת טעינת החלבון הכוללת מונעת את החסרונות הקשורים לחלבוני משק בית. ראשית, זוהי השתקפות אמיתית של כמות החלבון טעון עבור כל מדגם. שנית, כתם החלבון הכולל מציג טווח דינמי ליניארי מעולה בטווח הטעינה המשותף לניתוח כתם מערבי (10-50 מיקרוגרם חלבון של ליזלת תא מורכבת) ומבדיל במדויק את הפרש הטעינה בין הדגימות12.
טכנולוגיה נטולת כתמים היא שיטת כתמי חלבון כוללת חדשנית שבה תרכובת ייחודית מעורבבת בתמיסת ג’ל אקרילאמיד ומופצת באופן שווה בג’ל יצוק. לאחר השלמת האלקטרופורזה, הג’ל נחשף לאור UV למשך דקה לפחות, כך שתרכובת הכתם מגיבה עם שאריות הטריפטופן בחלבון. החלבונים הופכים נרגשים תחת אור UV כדי לתת אות פלואורסצנטי חזק שניתן לדמיין ולכמת בתמונה מופעלת ללא כתמים כגון מערכת MP ChemiDoc. המתחם ללא כתמים עצמו, לעומת זאת, אינו סופג אור UV, וכתוצאה מכך רקע נמוך של תמונת הג’ל. השינוי של שאריות טריפטופן הוא בלתי הפיך וחלבונים ניתן לדמיין לא רק בג’ל, אלא גם על הכתם בכל עת לאחר העברת חלבון.
הטכנולוגיה נטולת הכתמים מיושמת בזרימת העבודה המערבית V3 (איור 1) כדי לטפל בתלונות העיקריות על זרימת העבודה המסורתית, במיוחד החששות משימוש בחלבוני משק בית כבקרות טעינה. באמצעות זרימת עבודה זו, אפשר: 1) להפעיל ג’ל בערך 20-30 דקות, 2) לבדוק את שלמות הדגימה ואת איכות הפרדת החלבון ב 5 דקות לאחר ריצת ג’ל; 3) להעביר חלבונים ב 3-10 דקות; 4) לבדוק את יעילות ההעברה כמותית; ו -5) והכי חשוב, לאמת שינויים ברמת החלבון של עניין באמצעות בקרת טעינת חלבון הכוללת.
פרוטוקול V3 ללא כתמים המתואר לעיל הוא עבור כתמים מערביים פלואורסצנטיים מולטיפלקסים. זה יכול להיות מיושם גם סופג המערבי באמצעות זיהוי chemiluminescent. בפרוטוקול הכתם המערבי הפלואורסצנטי מולטיפלקס, התמונות כתם ללא כתמים נרכשים בשתי נקודות זמן: 1) מיד לאחר העברת חלבון; 2) בשלב הדמיה פלואורסצנטית מולטיפלקס לאחר דגירה נוגדן. התמונה הראשונה ללא כתמים משמשת לחישוב יעילות ההעברה והתמונה השנייה נטולת הכתמים משמשת כבקרת הטעינה. כאשר השיטה chemiluminescent מוחל, לא ניתן לקחת תמונה מולטיפלקס עבור אותות חלבון ללא כתמים ויעד, כי האות chemiluminescent יופיע בערוץ ללא כתמים מדי. במקרה זה, אנו ממליצים להשתמש בתמונה נטולת כתמים שצולמה מיד לאחר שלב העברת החלבון לניתוח בקרת טעינה ונורמליזציה.
זרימת העבודה המערבית V3 מספקת את היתרונות הייחודיים הבאים בהשוואה לזרימת העבודה המסורתית של כתמים מערביים המשתמשת בחלבוני משק בית כפקדי טעינה:
ראשית, זרימת העבודה של V3 מספקת בקרת טעינה מעשית, נוחה ואמינה יותר כדי לאמת את השינויים ברמת החלבון המעניין. פרוטוקול V3 משתמש בבקרת טעינת חלבונים כוללת כדי לנרמל את רמת החלבון המעניין הנמדדת בכל דגימה. היא מונעת שתי מלכודות של שימוש בחלבוני משק הבית כבקרות טעינה: כשל חיסוני רווי ורמות ביטוי חלבון משק בית לא עקביות בין הדגימות בתנאים ניסיוניים מסוימים. צעדי הפשטה ותדלוק עם נוגדנים המכוונים נגד משק בית אינם נחוצים עוד. באמצעות טכנולוגיה נטולת כתמים, אין צורך להכתים ולהכתים כתם עם כתמים כגון קומאסי או Sypro Ruby למדידת חלבון כוללת. זה לוקח רק כמה שניות כדי לרכוש תמונה כתם על 5 דקות לעשות נורמליזציה חלבון הכולל באמצעות תוכנת Image Lab.
שנית, זרימת העבודה V3 מאפשרת למדענים לקחת שליטה טובה יותר על ההליך המערבי כי זה עושה את ההליך שקוף יותר ומציג מספר מחסומים לבקרת איכות. בעזרת טכנולוגיה נטולת כתמים, החוקרים יכולים לדמיין את דגימות החלבון שלהם הן על הג’ל והן על הכתם. מדענים יכולים להעריך את שלמות דגימת החלבון (מושפלת או לא), איכות ההפרדה (מזורזת או לא), יעילות העברה ואיכות העברה (אפילו העברה או לא). נקודות ביקורת אלה מסייעות למחקרים לסיים את הניסוי כאשר רואים פגמים גדולים בתהליך ולהימנע מבזבוז זמן על דגימות וכתמים ירודים. טכנולוגיה זו גם מסייעת למדענים להעריך אם יש כמות משמעותית של אובדן חלבון לאחר הפשטת קרום והאם הכתם מתאים לתוכחת מטרה אחרת 4.
להלן כמה עצות להבטחת ניסיון טוב ונתונים איכותיים באמצעות זרימת עבודה מערבית של V3.
חשוב לציין כי מולקולה ללא כתמים לאחר הפעלת UV קשורה באופן בלתי הפיך לשאריות טריפטופן. שינוי בלתי הפיך זה עלול להשפיע על זיהוי אנטיגן בעת שימוש בנוגדנים חד שבטיים אם האפיטופ מכיל טריפטופן. נוגדנים פוליקלונליים לא צפויים להיות מושפעים כי הם מזהים אפיטופים מרובים על האנטיגן. מולקולות נטולות כתמים לא מאוגדות נשטפות בקלות מהג’ל והממברנה ולכן לא יפריעו לאינטראקציות נוגדנים-אנטיגן.
לסיכום, זרימת העבודה המערבית V3 הופכת את תהליך הכתם המערבי למהיר יותר, שקוף יותר, כמותי ואמין יותר. חוקרים יכולים כעת ליישם בקלות בקרת טעינת חלבון מוחלטת בניסוי כתם מערבי כדי להפוך את הנתונים שלהם למהימנים יותר. זרימת העבודה ללא כתמים V3 אומצה על ידי מספר מעבדות, ופרסומיהם הוכיחו כי כתבי עת מקבלים נתונים ללא כתמים כבקרת טעינה בכתם המערבי22,17,7,8,5,23,18,15.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מודים לד”ר וולף-דיטר סטאלס, ד”ר ארנו רמי, ד”ר אנטון פוש, ד”ר פטרישיה פיאטי, טום דייויס, קריס סימוני וג’ף דרבן על הביקורת והעריכה של כתב היד. המחברים מודים גם לאליסון שוורץ על התמיכה הטכנית.
REAGENTS | |||
4-20% Criterion TGX Stain-Free Precast Gel | Bio-Rad | 567-8093 | Choose a gel size and percentage that meet the specific need in a experiment |
Trans-Blot Turbo Midi PVDF Transfer Packs | Bio-Rad | 170-4157 | Choose either PVDF or nitrocellulose and match the membrane size to the gel size |
Clarity Western ECL Substrate, 500 ml | Bio-Rad | 170-5061 | |
[header] | |||
EQUIPMENT | |||
Criterion Cell | Bio-Rad | 165-6100 | |
Trans-Blot Turbo Transfer Starter System | Bio-Rad | 170-4155 | |
ChemiDoc MP System | Bio-Rad | 170-8280 |