Rab10 זיהוי זרחון על-ידי פעילות LRRK2 באמצעות מרחביות-דף עם תג מחייב פוספט

משטרת היא אחת ממחלות ניווניות הנפוץ ביותר, בעיקר משפיע על נוירונים דופאמין במוח התיכון, והתוצאה היא חוסר תפקוד של מערכות מנוע קשישים¹. בעוד רוב החולים לפתח PD באופן סדיר, יש משפחות הורשת המחלה. מוטציות בגנים מספר נמצאו יקושרו עם FPD². הוא אחד הגנים סיבתי עבור FPD LRRK2, שבו שמונה missense מוטציות (N1437H, R1441C/G/H/S, Y1699C, G2019S ו I2020T) קשורה FPD דומיננטית תורשתית בשם PARK8 כה דווח על^3,4,5. מספר מחקרים הגנום כולו האגודה (GWAS) של חולי PD סדיר גם זיהו גנומית וריאציות על מיקומה LRRK2 כגורם סיכון עבור PD, רומז ליקוי בפונקציה של LRRK2 הוא גורם נפוץ הקשורים ניוון מוחיים בשתי סדיר ו PARK8 FPD^6,7,8.

LRRK2 הוא חלבון גדול (חומצות אמינו 2,527) בהיקף של תחום אני חוזר לאוצין-עשיר, הראס GTP-איגוד של חלבונים מורכבים (ROC) תחום, C-מסוף של תחום ROC (קור), תחום סרין/תראונין פרוטאין קינאז, תחום אני חוזר WD40⁹. מוטציות FPD שמונה לאתר בתחומים פונקציונליים אלה; N1437H, R1441C/G/H/S בתחום ROC, Y1699C בתחום קור, G2019S ו- I2020T בתחום קינאז. מאז מוטציה G2019S, אשר נמצא לעתים קרובות ביותר מוטציה ב- PD חולים^10,11,12, מגביר את פעילות קינאז LRRK2 על ידי קיפול במבחנה2-3¹³, זה המשוערות כי העלייה חריג זירחון של LRRK2 substrate(s) רעיל נוירונים. עם זאת, זה כבר בלתי אפשרי ללמוד אם זירחון של סובסטרטים LRRK2 רלוונטי מבחינה פיזיולוגית היא שונה בחולים PD משפחתית/סדיר עקב המחסור של שיטות להערכת זה בדגימות נגזר החולה.

זירחון חלבונים מזוהה בדרך כלל על-ידי immunoblotting או מקושרים-אנזים immunosorbent assay (אליסה) באמצעות נוגדנים במיוחד להכרת המדינה phosphorylated של חלבונים, או על ידי ניתוח המוני spectrometric. עם זאת, האסטרטגיה לשעבר לפעמים אין אפשרות להחיל בשל הקשיים ביצירת נוגדנים ספציפיים זירחון. תיוג מטבולית של תאים עם פוספט רדיואקטיבי הוא אפשרות נוספת לבחון רמות פיזיולוגיים של זרחון נוגדנים ספציפיים זרחון אינם זמינים. עם זאת, הוא דורש כמות גדולה של חומרים רדיואקטיביים, ולכן כרוך איזה ציוד מיוחד עבור המכון להגנת¹⁴. ניתוח spectrometric המוני הוא רגיש יותר לעומת שיטות immunochemical אלה והפך פופולרי בניתוח זירחון חלבונים. עם זאת, הכנת הדוגמא היא גוזלת זמן, כלי נגינה יקר נדרשים לניתוח.

תת-קבוצה של משפחת ראב GTPase כולל Rab10 ו- Rab8 דווח לאחרונה סובסטרטים פיזיולוגיים ישירים עבור LRRK2 בהתבסס על התוצאה של ניתוח phosphoproteomic בקנה מידה גדול¹⁵. אנחנו מכן הפגינו זרחון Rab10 הוגדל על ידי מוטציות FPD fibroblasts עובריים בעכבר, הריאות של knockin עכברים¹⁶. בדו ח זה, בחרנו להעסיק נתרן dodecyl סולפט לזיהוי בג’ל (מרחביות-עמוד)-המבוסס על שיטת שבו מולקולה P-תג הוא שותף polymerized לתוך ג’לים מרחביות-דף (P-תג מרחביות-עמוד) לגילוי הרמות אנדוגני של זרחון Rab10, כי נוגדן רגישה מאוד ספציפיות עבור phosphorylated Rab10 היה עדיין חסר. אנחנו נכשלנו לזהות זירחון של Rab8 אנדוגני בשל מידת הבררנות המסכן של נוגדנים זמין כעת עבור Rab8 סה לכן, החלטנו להתמקד זירחון Rab10. LRRK2 phosphorylates Rab10 ב Thr73 באיתור באמצע של אזור מאוד שנשמרת “להחליף II”. גבוהה שימור האתרים זרחון בין חלבונים רב יכול להיות אחת הסיבות למה קשה לעשות נוגדנים phosphospecific זיהוי חלבונים ראב ברורים.

זירחון של Rab8A על ידי LRRK2 מעכב את הכריכה של Rabin8, גואנין נוקלאוטיד exchange גורם (בתאוריה) אשר מפעילה Rab8A על ידי החלפת התל מאוגד עם GTP¹⁵. זירחון של Rab10 ו- Rab8A על ידי LRRK2 מעכב גם את הכריכה של מעכבי התמ ג-דיסוציאציה (GDIs), המהווה מרכיב חיוני להפעלת ראב חלבונים על-ידי חילוץ התמ ג מכורך ראב חלבונים ממברנות¹⁵. באופן קולקטיבי, זה זה שיערו כי זירחון של ראב חלבונים על ידי LRRK2 מונעת מהם ההפעלה למרות המנגנון המולקולרי המדויק ואת ההשלכות הפיזיולוגיות של זירחון אינן ברורות.

P-תג מרחביות-דף שהומצאה על ידי קינוסיטה. et al. 2006: בשיטה זו, אקרילאמיד covalently תמיד עם P-תג, מולקולה לכידת פוספטים עם זיקה גבוהה, אשר copolymerized לתוך מרחביות-דף ג ‘ לים-¹⁷. כי המולקולות P-תג של ג’ל מרחביות-דף מפגר באופן סלקטיבי electrophoretic ניידות של חלבונים phosphorylated, P-תג מרחביות-דף יכול להפריד חלבונים phosphorylated אלה שאינם phosphorylated (איור 1). אם החלבון-של-העניין הוא phosphorylated על משקעים מרובים, יתקיימו סולם של להקות המתאים טפסים באופן שונה phosphorylated. במקרה של Rab10, אנו מבחינים הלהקה שהוסטו אחד בלבד, המציין כי Rab10 הוא phosphorylated רק ב Thr73. היתרון העיקרי של P-תג מרחביות-דף מעל immunoblotting עם נוגדנים ספציפיים זרחון הוא כי ניתן להבחין phosphorylated Rab10 באמצעות immunoblotting עם נוגדנים לא זרחון-ספציפית (קרי, בזיהוי Rab10 סה) לאחר שהועבר על ממברנות, אשר בדרך כלל יותר ספציפיים, רגיש ו זמין ממקורות מסחריים/אקדמית. יתרון נוסף של השימוש P-תג מרחביות-דף זה כי הוא יכול להשיג אומדן משוער סטויכיומטריה של זרחון, שזה בלתי אפשרי immunoblotting עם נוגדנים ספציפיים זרחון או על ידי תיוג מטבולית של תאים עם רדיואקטיבי פוספטים.

מלבד השימוש אקרילאמיד P-תג יקר כמה שינויים מזעריים הקשורות אליו, השיטה נוכח גילוי של זרחון Rab10 על ידי LRRK2 כדלקמן פרוטוקול הכללי של immunoblotting.לכן, זה צריך להיות ישירה בקלות הפעלה במעבדות כל איפה immunoblotting אימון כרגיל, עם כל סוגי דגימות כולל חלבונים מטוהרים, lysates תא של רקמת homogenates.