Here, we present a protocol for the isolation of increasingly insoluble/aggregated alpha-synuclein (α-syn) from post-mortem human brain tissue. Through the utilization of buffers with increasing detergent strength and high-speed ultracentrifugation techniques, the variable properties of α-syn aggregation in diseased and non-diseased tissue can be examined.
α-突触核蛋白(α-顺)蛋白质大量表达主要的神经元内,并且存在于若干不同的形式 – 单体,四聚体,低聚物和细纤维。在疾病,α-顺经历构象变化,以形成倾向于使蛋白质更不溶性低聚物和高分子量聚集体。异常聚集的α-顺是帕金森氏病(PD),路易体痴呆(DLB)和多系统萎缩症(MSA)的神经病理学特征。生化特征和不溶性α-顺使用缓冲器,提高洗涤剂的强度和高速超速离心的分析提供了一个功能强大的工具,以确定与疾病进展相关的α-SYN病理学的发展。本协议描述越来越不溶性/聚集的α-SYN从验尸人脑组织分离。这种方法可以与修改来适应正常和异常的α研究-syn生物学在转基因动物模型携带不同α-顺突变以及在该功能相关的它们各自的病症的蛋白质的异常纤维状沉积物其它神经变性疾病。
一个常见的几种之间神经退行性疾病的主要病理特征是发生在蛋白质/疾病的具体方式1形成的异常蛋白聚集体。因此,存在在阿尔茨海默氏病(AD)的神经元内的特性extraneuronalβ-淀粉样蛋白斑和聚集的tau蛋白的存款;聚集的α-顺矿床Lewy小体(磅),其突触夹杂物,也称为内路易神经突(逻辑节点)中的PD,PD痴呆和路易体痴呆(DLBs)2-4营养不良的神经元突起。异常α-顺沉积物中也见到MSA 5胶质细胞胞浆内的标志病变。在亨廷顿氏病,也有特征聚-Q存款和异常焦油DNA结合蛋白43和稠合于肉瘤蛋白(FUS)被沉积在额颞痴呆。重要的是为PD,α – 顺式基因突变已发现CAUSE常染色体显性遗传PD 6-11。此外,α-SYN基因三重12和重复13也导致家族性PD从而增加联系起来α-SYN表达PD的病理机制。值得注意的是,无论是散发性和家族的PD例怀有α-顺病理学14的异常沉积。帕金森病目前可用的治疗方法只是治标不治本,而且对阻止或延缓必然疾病进展没有任何影响。
α-顺大量表达在人的大脑和大约占总量的1%脑蛋白的。它是本更具体的神经元内,但可以存在尽管在神经胶质细胞中较低量。一个有争议的一点是α-SYN的天然结构,可以存在一个随机单体15或折叠四聚体16。在疾病,α-顺改变其构象,允许它得到错误折叠而这一过程被认为是疾病pathoge的原因NESIS。尽管几年来调查α-SYN和疾病的病理生理方面,对疾病机制的确切原因仍然难以实现14。
使用帕金森脑事后分析研究迄今已提供了有关的α-SYN无论是在零星的PD和PD也与在LRRK2基因突变17-22相关的正常和异常的生物学重要的线索。这里,一个生化提取协议(参见方案示于图1),用于从人类验尸PD脑组织日益不溶α-顺存款窝藏α -顺聚集体在不同程度上已经描述。这种技术也可以适于与在缓冲液中组合物的修改来研究从其它神经变性疾病23,24聚合蛋白质和还从转基因动物的脑组织25-27。主要考虑为适应在solubi的差异lity总金额的相应部分的蛋白质,其中的主要是核电,并可能需要高盐缓冲剂的最佳提取如图所示为FUS 28。
本文介绍了一种生化协议提取和检查单体,低聚物的溶解度差异性,并使用变性凝胶运行条件患病的大脑聚集α-SYN。这是一个公认的技术来研究聚集α-顺17,18,20,21的蛋白质通常是可溶的天然形式,但获得淀粉样变或增加的聚集性质与疾病进展或与遗传突变。尽管如此,一些团体已经使用在SDS浓度的轻微变化在它们的缓冲区(8%或10%,而不是5%)21,22,30的SDS是阴离子洗涤剂和solubilisesα -顺式的低聚物,其可以包括膜结合形式α -顺,而尿素,离液试剂变性α-顺20的不溶性聚集和原纤维或淀粉样变的形式。在这方面Paleologou等31进行系统研究考察的稳定性α-顺低聚物和细纤维具有不同浓度的尿素的(6.5 – 8 M)或SDS(0.25-2%),并报告说,低聚物在SDS的浓度稳定,但不与高浓度的尿素。其FILA-1抗体,特异于α-顺寡聚体和原纤检测更高浓度原纤维在非变性条件下6.5尿素浓度。在这个协议中使用的缓冲液浓度密切反映什么在Culvenor 等人被描述。 (1999年)32。
解剖大脑区域的不溶性α-SYN的生物化学提取应慎重选择,这应该反映了α-顺LB和LN负载取决于疾病进展33,34。这里使用的情况下,从PD的新皮层和边缘亚型反映根据麦克凯斯PD进展的后期和中间阶段基底节样品ctriteria 34。在皇后广场脑库,有一半的大脑是常规福尔马林固定为组织化学分析,而另一半被小心解剖成不同的解剖区域和快速冷冻并储存在-80℃下冷冻用于进一步的生化和DNA / RNA分析研究。继大脑和解剖通过neuropathologists的福尔马林固定,采用免疫组化α-SYN抗体和结果存档来执行。也作为常规方法,将脑组织的pH到达作为脑组织濒死状态的量度时测量。这构成了组织保存质量的生化分析了坚实的基础。
这里我们的数据表明,有更多的SDS在与对照相比的PD例可溶性α – 顺单体;特别是新皮层PD例具有更高的α-顺负荷相比,边缘的PD品种。新皮层的情况下,代表在新皮层区域的PDα-SYN病理更大的进展,如额叶和顶叶COR践33,34。边缘PD例具有更高的LB分数在基底前脑中/边缘区的区域如杏仁核,transentorhinal和扣带地区。对于有意义的数据和统计分析,必须运行至少4个案件的每个队列。同样,我们没有试图这里给出的印迹数据进行统计分析。
还必须注意的是,不同的抗体可以识别不同形式/高阶α-顺低聚物组合物,每个可以具有它自己的相对灵敏度和偏好。这是从童等人 29的结果所表明,他们表明,4种不同的α-顺抗体(顺式1,SS ONCO和LB509)给至少多变结果α-顺低聚物/聚集体。 α-顺单体认识到相似程度由所有4抗体虽然这些可以有变化取决于是否α-顺抗体表位或位于N末端或C末端29。同样,对于磷酸-α特异性抗体突触核蛋白确定不同的高分子量α突触核蛋白物种20,21。在这里描述的方案中,高度表征抗体顺-1已经被使用19-21。
但是,重要的是考虑通过抗体预吸附实验验证在蛋白质印迹的任何新的抗体,也过表达的蛋白质和敲除细胞中是很重要的。
考虑已经由研究人员采用其它变型,以确定α-顺和或不稳定四聚α – 顺式形式更小的片段是很重要的。这可以包括轻微的定影膜用0.4%PFA的PBS保留α-顺35或处理样品匀浆与交联剂的截短形式,以稳定四聚体36。
通过验尸TI蛋白质的准确生化评价ssue需要最小化的酶蛋白质降解和修改。因此,建议使用组织用最短的验尸延误和/或选择相匹配的样本的情况下队列中。使用标准的抗体α-SYN免疫组化免疫前应启动分离方案进行。 α-顺病理的程度是高度可变的,并且可以根据选择的区域而变化。这是明智的选择地区丰富的病理为阳性对照,与每一个运行的最佳产量。使用蛋白酶抑制剂,如有必要,磷酸酶抑制剂,以防止不希望的酶降解期间细胞裂解发生,并且保持样品在4℃下的细胞内的蛋白酶或磷酸酶的释放之后是至关重要的。
重要的是,所有的批实验中的样品被处理均匀和一致,以避免内用户的变动;多FRE结 – 解冻循环应该避免,因为这可能潜在地缩回的翻译后修饰,如磷酸化。一个关键点到牢记当检查大量样品的是,从免疫印迹数据应该是标准化为一个样品,其中应并行运行在凝胶上的所有其他样品,并参照该样本的所有数据。这样做是为了确保多个印迹之间的免疫印迹数据正常化。这是我们最近的研究22采用的方法。
应当指出,为了保持背景ECL低,印迹不应允许的免疫印迹协议期间变干随时。此外,很长时间曝光(> 10分钟)的放射自显影胶片应该避免,因为这会导致ECL信号的饱和度,并会导致不准确的定量。
此上述方案是使用普通实验室试剂和在一个相对简单的技术struments,并且可用于调查α-顺蛋白的病理生理学中的PD研究的宝贵工具。这种方法不仅可以扩展通过适当的修改,以在α-顺转基因动物α-顺生物学研究,也对其他的神经变性疾病具有聚集的蛋白质如AD,MSA,DLB,HD和frontotemporaldementias的异常沉积。然而这里所描述的免疫印迹数据也使用利用抗α-顺31的具体形式酶联免疫测定法来验证。
The authors have nothing to disclose.
I thank Dr Adamantios Mamais for extracting α-synuclein from human tissue and running of blots. This work was supported in part by a MRC Grant (MR/L010933/1) and in part by the Wellcome Trust/MRC Joint Call in Neurodegeneration award (WT089698) to the UK Parkinson’s Disease Consortium (UKPDC) whose members are from the UCL Institute of Neurology, the University of Sheffield and the MRC Protein Phosphorylation Unit at the University of Dundee. RB received funding from MJFox foundation for this work and is also funded by the Reta Lila Weston Trust.
Tris-HCL | Sigma | T5912 | |
sodium chloride | VWR | 27800.291 | |
SDS | Fluka | 71727 | |
Urea | Sigma | U5378 | |
Protease inhibitor tablets | Roche | 04 693 116001 | |
Phosphatase inhibitor tablets | Roche | 04 906 837001 | |
Phosphate buffered saline tablets | Sigma | P4417 | |
Tween-20 | Sigma | P9416 | |
NuPAGE MOPS SDS running buffer | Invitrogen | NP0001 | |
NuPAGE transfer buffer | Invitrogen | NP0006-1 | |
Hybond-P membrane | GE Healthcare | RPN303F | |
Whatman 3MM filter paper | Sigma | WHA30306185 | |
Bis-tris gels 4-12% | Invitrogen | NP0322BOX | |
Supersignal West Pico Chemiluminescent substrate | Pierce | 34080 | |
Bio-RAD DC protein assay kit | Bio-Rad | 500-0112 | |
Thickwall Beckman Polycarbonate tubes | Beckman | 355630 | |
Western blot stripping buffer | Thermo scientific | 46430 | |
Syn-1 primary antibody (mouse monoclonal) | BD Biosciences | 610786 | |
beta-actin primary antibody (mouse monoclonal | Sigma | A5441 | |
HRP cojugated goat anti-mouse secondary antibody | Santa Cruz | sc-2031 | |
Bovine serum albumin | Sigma | A7030 | |
Instrument | Company | Rotor/ model no | |
Benchtop Ultracentrifuge Optima Max | Beckman | MLA-80 | |
Sonicator | Heat Systems | XL20-20 | |
Homogeniser | Jenke and Kunkel | TP18/10 |