このプロトコルは、青いネイティブ ポリアクリルアミドゲル電気泳動によるミトコンドリア呼吸鎖複合体の分析を示します。ここでひと培養細胞に適用する方法を説明します。
ミトコンドリアの呼吸は、ミトコンドリア内での酸化的リン酸化 (OXPHOS) 錯体によって実行されます。内部および環境要因ことができるアセンブリと OXPHOS 錯体の安定性を混乱させます。このプロトコルでは、ひと培養細胞への応用でブルー ネイティブ ポリアクリルアミドゲル電気泳動 (BN ページ) によるミトコンドリア呼吸鎖複合体の解析をについて説明します。ジギトニンを使用して細胞からミトコンドリアを抽出するまず、ラウリル maltoside を使用して、そのまま OXPHOS 錯体は、ミトコンドリア膜から分離されます。OXPHOS 錯体は、勾配ゲル電気泳動負荷電色素、Coomassie 青い、カソードに向かって膜タンパク質の電気泳動度を保証し蛋白質の集合を防ぐことで解決されます。最後に、OXPHOS 錯体は標準のイムノブロットによる検出されます。したがって、BN ページは便利で安価な手法のみ個別 OXPHOS 複雑な亜単位の検討できるように基本的な SDS-PAGE と対照をなしての全体 OXPHOS の複合体のアセンブリを評価に使用することができますです。
ミトコンドリアは、多機能の細胞内小器官のエネルギー産生、細胞代謝、シグナル伝達、アポトーシス、老化など1,2,3の調節に重要な役割を果たしています。ミトコンドリアのエネルギー生産は、ATP 合成と呼吸をカップル酸化的リン酸化関数に依存します。ひと細胞におけるミトコンドリアの酸化的リン酸化システム (OXPHOS) は、5 つの複合体の構成されます。複合体 IV は、ATP を生成する複雑な V で使用されるミトコンドリア膜間腔にプロトンの電気化学的勾配を作成します。各 OXPHOS 複雑なポリコームタンパク、核およびミトコンドリアの遺伝子によって符号化されるサブユニットから成る複雑な第二を除く。突然変異や環境ストレスによる OXPHOS 錯体のコア コンポーネントの任意の欠陥ことができますアセンブリおよび酸化的リン酸化システムの機能を混乱させます。さらに、機能的な OXPHOS 錯体の適切なアセンブリには、アセンブリの要因4,5,6の数が多いが必要です。
ブルー ネイティブ ポリアクリルアミドゲル電気泳動 (BN-PAGE) 無傷タンパク質複合体の解析を有効にする基本的な技術であり OXPHOS の複合体のアセンブリを調査する使用することができます。まず、ミトコンドリア細胞から分離されて、ジギトニン、によって、細胞膜を permeabilizes 中性洗剤であります。その後、ラウリル maltoside を用いた OXPHOS 錯体はミトコンドリア膜から解放されます。勾配ゲル電気泳動法を用いた OXPHOS 複合体は固まりに従って分かれています。Coomassie ブルー G-250 (ない R-250) サンプル バッファーと青い陰極バッファーに追加は洗剤不安定な関連付けが切り離されますが、個々 の呼吸鎖複合体そのまま8を維持されます。、電気泳動中に染料を含む青い陰極バッファーは、染料、PVDF 膜8OXPHOS 錯体の効率的な転送を保証することがなく陰極バッファーに置き換えられます。OXPHOS 複合体を可視化、PVDF 膜順番に選択した 5 OXPHOS 複合体サブユニットに対応する抗体と培養です。
いくつかの変更ここで説明する方法は、培養細胞に適用できます。さらに、このメソッドは、OXPHOS 組織サンプル9から分離されたミトコンドリア複合体の解析に使用できます。BN-PAGE – 各サンプルごとに実行のミトコンドリアの少なくとも 5-10 μ g が必要です。ここで説明した方法を使用して、500,000 培養細胞 HEK293、SH SY5Y などまたは 143B 細胞はミトコンドリアの約 10 μ g をもたらすことができます。ただし、BN 分析のため細胞の十分な量は、特定のセルの種類によって異なります。
ミトコンドリア OXPHOS 蛋白質を研究する最も一般的な方法は SDS のページおよび西部にしみが付くことです。ただし、SDS-PAGE 個々 OXPHOS サブユニットのみを研究して、BN-PAGE-と対照をなして全体 OXPHOS の複合体のアセンブリを評価する使用できません。明確なネイティブ ページは負荷電色素の存在しなくてもネイティブ条件における蛋白質複合体を分離しは、BN ページと比較して著しく低い解像度。ただし、明確なネイティブ ページは BN ページ条件10の下で解離 OXPHOS supercomplexes などのタンパク質複合体の分子集合体不安定なまま保存できるので、BN ページより穏和です。このプロトコルでは勾配ゲルを使用して複合体;しかし、また、非勾配分離使用できます比較的高価なグラデーション メーカーが利用可能な11ではない場合。
重要なは、ここで説明したメソッドを使用する複合体の機能が評価されていませんしながら OXPHOS の複合体のアセンブリを分析します。ミトコンドリア複合体12吸光光度酵素活性アッセイと同様、ゲルの活動分析11続く高解像度 BN-PAGE は、効率的な OXPHOS 複合体の機能解析手法です。ただし、これらのメソッドの両方を行うない OXPHOS の複合体のアセンブリの試金します。
したがって、BN ページ、個々 の OXPHOS の複合体のアセンブリを調査する最適な方法です。たとえば、レーバー遺伝性視神経症 (ルホン) 乳酸アシドーシスと脳卒中様発作 (MELAS) ミトコンドリア脳症など、いくつかのミトコンドリア障害、OXPHOS の 1 つまたは複数のコンポーネントの変更されたアセンブリに関連付けられています。システム5。ここで説明 BN ページのメソッドを使用して、ミトコンドリア病の分子メカニズムを学ぶことができます。
サンプル準備、記憶の中にそのまま OXPHOS 錯体を保持し、ゲルの電気泳動プロトコルの最も重要な部分の 1 つです。したがって、ミトコンドリアは +4 ° C で分離する必要があります、サンプルの凍結融解を受けるしないでください。OXPHOS 錯体は、全体の手順中に 1 つの凍結融解サイクルを容認することのみ。複数の凍結融解サイクル OXPHOS 錯体 (図 1 b) を破壊します。制御と比較されるべき実験のサンプルは、誤解を招く結果を与える可能性がありますストレージの条件の違いを避けるために並行して準備されるべき。-80 ° c (このプロトコルの手順 1.4) 洗浄細胞ペレットを凍結し、後ですべてのサンプル用のプロトコルの残りの部分を一緒に運ぶ少なくともゲル電気までをお勧めしますすべてのサンプルとの並行プロトコルのすべての手順を実行できない場合は、trophoresis。電気泳動装置 (タンク、カセット) の清潔さに特別な留意が必要です。SDS ページの同じ装置を使用する場合、BN ページの前に非常によく洗います。任意の残留 SDS 電気泳動中に OXPHOS 錯体の解離があります。
高品質勾配ゲルは、プロトコルの別の重要な部分です。青ネイティブ ページのプレキャスト ゲルが市販です。しかし、それしない商業ゲル使用されるバッファー可能性がありますサンプル バッファーとは異なる組成を持っているので、それらを使用するをお勧めします。ここで使用されるゲル (6-15%) のグラデーションは、個々 の OXPHOS 錯体の分離に最適です。高次 OXPHOS、別名呼吸鎖 supercomplexes14の超分子構造を検出するには、いくつかの最適化は必要な11です。
OXPHOS の可視化については、複合体は、そのプロパティに基づいた順番に、特定の抗体を使用します。たとえば、最初最後弱い信号と最も強い信号を持つ抗体を与える抗体を使用します。ストリッピング検出 (図 1) を弱めるので、これは重要です。SDS ページ15の 2 番目の次元後 BN-PAGE – ゲルを受ける場合は、呼吸鎖複合体の組成を調べることができます。
ここで説明したプロトコルでは、順番に個々 の OXPHOS 複合体に対する抗体を使用して示唆しています。ただし、市販の OXPHOS 抗体カクテルはすべて 5 OXPHOS 錯体を同時に検出する使用できます。それにもかかわらず、不完全に組み立てられた OXPHOS 複合体を検出し、自分のアイデンティティを定義することができるには、個々 の OXPHOS 複合体に対する抗体は順番に使用ください。この手順は手間がかかります。ただし、新しい実験条件とモデルをテストに不可欠なことです。
特定のセルタイプのジギトニン ミトコンドリアの分離に使用濃度を最適化してください。洗剤として、ジギトニン permeabilizes 細胞膜です。ジギトニンの最適濃度は、ミトコンドリアの膜がそのまま細胞膜を効率的に permeabilizes します。ジギトニンのあまりにも低濃度高濃度ミトコンドリア膜を損傷ミトコンドリア収量が減少し、ミトコンドリアの抽出物の高濃度の汚染が発生します。最適なジギトニン ・ タンパク質比 (g) は 0.3 から 1 によって異なります。ペレットや培養上清から抽出した蛋白質の西部のしみの分析は、ジギトニン16の最適濃度をテストする使用できます。
このプロトコルは蛋白質イムノブロット; 上コントロールを読み込むを含みませんしたがって、抽出錯体の蛋白質の集中する必要があります慎重に測定する少なくともトリプリケート等しい荷重を確保するために。さらに、複製の BN のページでサンプルを実行できます。選択的な OXPHOS の複合体のアセンブリが障害者の場合影響を受けない錯体がコントロールを読み込むとして使用できます。
BN-PAGE – 蛋白質の複合体の分子固まりの推定は18に挑戦します。現在のプロトコルは、分子量マーカーを含まないしたがって、OXPHOS の複合体のアセンブリを推定する影響を受けない錯体を含むコントロールのサンプルが常に含まれる分析で。BN ページのコントロールのサンプルは、通常、未処理または野生型細胞です。
ミトコンドリア呼吸鎖複合体の検出のためここで紹介した方法を最適化します。ただし、ミトコンドリア蛋白質19のオリゴメリゼーションに関する評価も適用することができます。さらに、第一の破壊サブユニットのミトコンドリア エンコード含む錯体クロラムフェニ コールとクロラムフェニ コール10の除去後の回復が次で OXPHOS の複合体のアセンブリ率を研究できます。したがって、定常状態レベルと人間のミトコンドリア疾患9,11の分子診断を含むさまざまなアプリケーション OXPHOS のアセンブリを評価する BN ページを使用できます。
The authors have nothing to disclose.
ヘルシンキ大学図書館は出版の支援に感謝しました。
100 mm cell plates | Thermo Fisher Scientific | 130182 | |
40% Acrylamide/Bis 37.5:1 | Bio-Rad | 161-0148 | |
Aminocaproic acid | Sigma | A2504 | |
Ammonium persulfate | Sigma | A3678 | |
Anti-ATP5A | Abcam | 14748 | Complex V subunit |
Anti-MTCOI | Abcam | 14705 | Complex VI subunit |
Anti-NDUFA9 | Abcam | 14713 | Complex I subunit |
Anti-SDHA | Abcam | 14715 | Complex II subunit |
Anti-UQCRC2 | Abcam | 14745 | Complex III subunit |
Bis-tris | Sigma | B7535 | |
Bradford protein assay kit | BioRad | 5000006 | |
Cell scrapers | Fisher | 11597692 | |
Coomassie blue G250 (Serva Blue G) | Serva | 35050 | |
Digitonin | Sigma | D141 | |
DMEM | Lonza | 12-614F/12 | |
EDTA | Life Technologies | 15575-038 | |
FBS | Life Technologies | 10270106 | |
Fetal bovine serum | Life Technologies | 10270106 | |
Glycerol | (Sigma | G5516 | |
Gradient maker | Bio-Rad | 1654120 | |
Lauryl maltoside (n-Dodecyl β-D-maltoside) | Sigma | D4641 | |
L-glutamine | Life Technologies | 25030024 | |
L-glutamine | Gibco | 25030 | |
N,N,N′,N′-Tetramethylethylenediamine (TEMED) | Sigma | T9281 | |
PBS | Life Technologies | BE17-516F | |
Penicillin/Streptomycin | Lonza | 17-602E | |
Penicillin/streptomycin | Gibco | 15140 | |
Power supply | GE Healthcare | EPS 301 | |
Protease inhibitors | Thermo Scientific | 10137963 | |
Trans-blot turbo mini PVDF | BioRad | 1704156 | |
Tricine | Sigma | T9784 | |
Trypsin-EDTA | Gibco | 15400054 | |
Vertical electrophoresis apparatus | BioRad | 1658004 |