Summary

الدهون عزل القطرة عن التحليل الكمي الطيف الكتلي

Published: April 17, 2017
doi:

Summary

قطرات الدهون هي عضيات مهمة لتكرار عدة مسببات الأمراض، بما في ذلك فيروس التهاب الكبد C (HCV). نحن تصف طريقة لعزل قطرات الدهون لمطياف الكتلة الكمية من البروتينات المرتبطة بها. أنها يمكن أن تستخدم في إطار مجموعة من الشروط، مثل عدوى فيروس، والإجهاد البيئي، أو العلاج من تعاطي المخدرات.

Abstract

قطرات الدهون ضرورية لتكرار مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض المختلفة، وأبرزها فيروس التهاب الكبد C (HCV)، والموقع المفترض التشكل الفيريون. ويمكن استخدام تحليل بروتيوم الدهون قطرات الكمي لتحديد البروتينات التي توطين أو مشردون من قطرات الدهون في ظل ظروف مثل العدوى بالفيروس. هنا، نحن تصف البروتوكول الذي تم استخدامه بنجاح لوصف التغيرات التي طرأت على بروتيوم الدهون قطرات بعد الإصابة مع HCV. نحن نستخدم مستقرة النظائر وسمها مع الأحماض الأمينية في الثقافة الخليوي (SILAC)، وبالتالي تسمية بروتيوم كاملة من السكان واحدة من الخلايا التي تحتوي على الأحماض الأمينية "الثقيلة" ل quantitate البروتينات التي مطياف الكتلة. لعزل الدهون قطرة، والسكان الخلية اثنين (أي / "خفيفة" الأحماض الأمينية المصابة HCV و / الأحماض الأمينية "الثقيلة" غير المصابة السيطرة) يتم خلط 1: 1 و هي lysed ميكانيكيا في المخزن منخفض التوتر. بعد إزالة النوى وخلايا دebris بانخفاض الطرد المركزي السرعة، يتم إثراء البروتينات المرتبطة قطرات الدهون من قبل اثنين من الخطوات تنبيذ فائق اللاحقة تليها ثلاث خطوات الغسيل في المخزن متساوي التوتر. ويتم تحليل نقاء الكسور قطرات الدهون التي النشاف الغربية مع الأجسام المضادة الاعتراف مقصورات التحت خلوية مختلفة. ثم يتم فصل البروتينات المرتبطة قطرات الدهون عن طريق الكهربائي للهلام SDS-بولكرلميد (SDS-PAGE)، يليه Coomassie تلطيخ. بعد زيتية هضم، وكميا الببتيدات التي اللوني التأين electrospray، جنبا إلى جنب قياس الطيف الكتلي السائل (LC-ESI-MS / MS). باستخدام هذا الأسلوب، حددنا البروتينات تجنيدهم للقطرات الدهون على فيروس التهاب الكبد الوبائي التي قد تمثل العوامل المضيفة المؤيدة أو المضادة للفيروسات. يمكن تطبيق أسلوبنا لمجموعة متنوعة من الخلايا المختلفة والظروف والثقافة، مثل العدوى مع مسببات الأمراض، والإجهاد البيئي، أو العلاج من تعاطي المخدرات.

Introduction

قطرات الدهون هي غاية الحيوية هيولي (والنووية) عضيات الخلية تتكون من مجموعة أساسية من الدهون المحايدة (الدهون الثلاثية (TG) والكوليسترول استر (CE)) محاطة أحادي الطبقة من الدهون الفوسفاتية مع البروتينات جزءا لا يتجزأ 1. جميع أنواع الخلايا تنتج قطرات الدهون، ولكنها تختلف في الحجم والتكوين الدهون، والديكور البروتين. قطرات الدهون الوفاء وظائف متنوعة، بما في ذلك منصب الطاقة والسلائف غشاء الخزانات أو ودائع البروتين. وبالإضافة إلى ذلك، من خلال امتصاص الدهون، وأنها تحمي الخلايا من lipotoxicity، والدهون الإفراج كما يشير الجزيئات، ويشاركون في تدهور البروتين والشبكة الإندوبلازمية (ER) استجابات التوتر 2. على هذا النحو، ومجموعة من البروتينات ربط قطرات الدهون ويحكم جيلهم، وتدهور، والاتجار، والتفاعل مع العضيات الأخرى. ومن بين هذه الأسرة perilipin من البروتينات الدهنية قطرة ملزمة الحسنة النية (PLIN1-5)و "> 3.

الدهون قطرات نشوء حيوي المرجح يبدأ في ER، حيث تحفيز الانزيمات-ER المقيمين تركيب الدهون المحايدة التي تتراكم داخل طبقة ثنائية الغشاء، وتشكيل عدسة الدهون المحايدة، وهي العملية التي كانت تصور في الآونة الأخيرة بشكل جيد في الخميرة 4. ثم ويعتقد أن غشاء الانحناء وارتفاع مستويات حمض ومادة ال diacylglycerol الفسفاتيديك لجذب البروتينات المشاركة في التركيب الحيوي فوسفورية، وتركيب وقت واحد من الدهون المحايدة الأساسية والدهون الفوسفاتية التدريع مطلوب لتوليد الدهون قطرات 5. الانزيمات إيواء المجالات عبر الغشاء الذي يقيم في ER تحفيز هذه العملية. التوسع إلى قطرات الدهون الكبيرة يتطلب النشاط من فئة مختلفة من الإنزيمات تجميع الدهون التي تؤوي على الحلزون متقابلة الزمر وبالتالي يمكن السفر من ER إلى قطرات الدهون. تعبئة الدهون من قطرات الدهون يحدث من خلال تفعيل المحلي للtriglyceridه ومادة ال diacylglycerol الليباز الليباز الدهنية الدهون الثلاثية (ATGL) وهرمون الليباز حساسة (HSL) أو عن طريق مسارات ذاتية البلعمة مختلفة، مثل الاقتصاد الكلي والاقتصاد microlipophagy أو الالتهام الذاتي 6 الوصيفة بوساطة. قطرات الدهون تتفاعل مع العضيات الخلوية الأخرى، مثل الميتوكوندريا (لبيتا للأكسدة والتوليف الدهن) وER (لتخليق الدهون والاتجار البروتين)، ولكن أيضا مع الجسيمات الحالة، الإندوسومات، والفجوات الناجمة عن البكتيريا داخل الخلايا 7. في الواقع البكتيريا والفيروسات والطفيليات حتى تستهدف قطرات الدهون للنسخ المتماثل والمثابرة، من بينها HCV 8.

فيروس التهاب الكبد الوبائي هو أحد الأسباب الرئيسية للمراضة ذات الصلة الكبد والوفاة في جميع أنحاء العالم، وهو ما يمثل حوالي 0.5 مليون حالة وفاة سنويا 9. العدد الحقيقي للإصابات HCV غير معروف، ولكن تشير التقديرات الأخيرة التي 130-150٬000٬000 الناس مصابون بشكل مزمن. لا VACCINيوجد الإلكترونية، ولكن تمت الموافقة عليه مؤخرا مضادات الفيروسات المفعول المباشر زيادة كبيرة الاستجابات العلاجية مقارنة مع العلاج القائم على فيروسات القياسية. ومع ذلك، في جميع أنحاء العالم، من المرجح أن يقتصر علاج المرضى بسبب التكاليف الباهظة للعلاجات جديدة. ما يقرب من نصف جميع الأفراد المصابين المزمنين مع HCV تطوير مرض الكبد الدهني (تنكس دهني)، وهي حالة تتميز التراكم المفرط للقطرات الدهون في خلايا الكبد. ومن المثير للاهتمام، ظهرت قطرات الدهون أيضا العضيات الخلوية كما الحيوية للنسخ المتماثل HCV، خدمة مزعومة كمواقع التجمع الفيروسية 10، 11.

في الخلايا المصابة HCV، جوهر البروتين الفيروسي وNS5A توطين لقطرات الدهون في عملية تعتمد على مكونات الدهون الثلاثية، ومثبطات مادة ال diacylglycerol ناقلة الأسيل-1 (DGAT1) يضعف الاتجار إلى قطرات الدهون وHCV لاحق إنتاج الجسيمات 12 </sup> و 13 و 14 و 15. وبالإضافة إلى ذلك، والطفرات في الدهون المجالات ملزم قطرة إما الأساسية أو NS5A قمع HCV التجمع 16 و 17. الأساسية وNS5A ثم تجنيد جميع البروتينات الفيروسية الأخرى، وكذلك المجمعات تكرار RNA الفيروسي، إلى الأغشية المرتبطة بشكل وثيق مع دهن قطرات 16. مطلوب إجراءات متضافرة من جميع البروتينات الفيروسية لإنتاج الناجح للسلالة الفيروسية المعدية 10 و 11. البروتينات الهيكلية هي جزء من virions، والبروتينات غير الهيكلية تعزيز التفاعلات البروتين البروتين المطلوبة لهذه العملية. ومن المثير للاهتمام، يطلب من حسن النية الدهون ملزم قطرة البروتين PLIN3 / TIP47 لكل من تكرار RNA HCV وإطلاق سراح virions 18 و 19 <suص> 20. وعلى الرغم من هذه التطورات الأخيرة، وتفاصيل الآلية، وخاصة من التفاعلات الفيروسات المضيف أثناء المراحل المتأخرة من تكرار HCV، لا تزال غير محددة، وظيفة محددة من قطرات الدهون غير معروف.

هنا، نحن تصف طريقة لعزل قطرات الدهون لقياس الطيف الكتلي الكمي من البروتينات المرتبطة بها. باستخدام هذا الأسلوب، وجدنا تغيرات عميقة في بروتيوم الدهون الحبرية خلال فيروس التهاب الكبد الوبائي، وحددت A3 annexin كما بروتين المضيف الذي مع قطرات الدهون-fractionates التعاون ومطلوب لHCV كفاءة نضوج 21.

Protocol

1. إعداد وسائل الإعلام عن مستقرة النظائر وسمها مع الأحماض الأمينية في الثقافة الخليوي (SILAC) ملاحظة: هنا، والكميات كيت SILAC البروتين – DMEM تستكمل مع 50 ملغ من 13 C 6 L-أرجينين، حمض الهيدروكلوريك كانت تستخدم لوضع العلامات SILAC. يتم …

Representative Results

قطرات الدهون ضرورية لفيروس التهاب الكبد الوبائي مثل المواقع المفترضة التجمع الفيريون، ولكن الآليات الجزيئية من التشكل والخروج من virions غير معروفة إلى حد كبير. لتحديد عوامل التبعية المضيف جديدة تشارك في هذه العملية، أجرينا الكمي تحليل بروتيوم الدهو…

Discussion

هنا، نحن تصف بروتوكول لعزل قطرات الدهون لتحليل الدهون قطرات بروتيوم الكمي لمقارنة التخصيب واستنزاف البروتينات المرتبطة قطرات الدهون في ظل ظروف ثقافة متنوعة، مثل الالتهابات الفيروسية. كطريقة بديلة، يمكن إجراء تحليل بروتيوم مع quantifications خالية من التسمية على أساس مجم?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نشكر R. Bartenschlager (جامعة هايدلبرغ) ليبني JC1، CM رايس (جامعة روكفلر) للخلايا Huh7.5، J مكلوشلان (مجلس البحوث الطبية وحدة علم الفيروسات) لبناء، T واكيتا (المعهد الوطني للJFH1 الأمراض المعدية، واليابان) لJFH1، وB وبستر ووك غرين (معهد جلادستون لعلم الفيروسات والمناعة) ليبني مراسل HCVcc. وأيد هذا العمل من جانب صناديق من DFG (HE 6889 / 2-1 (EH)، INST 337 / 15-1 2013، وINST 337 / 16-1 2013 (HS)). ويدعم معهد هاينريش بيت، معهد ليبنيز لعلم الفيروسات التجريبي من قبل الحرة ومدينة هامبورغ ووزارة الصحة الاتحادية. وكان الممولين أي دور في تصميم الدراسة وجمع البيانات وتحليلها، قرار نشر، أو في الإعداد للمخطوطة.

Materials

SILAC Protein Quantitation Kit – DMEM Thermo Fisher 89983 
13C6 L-Arginine-HCl 50 mg Thermo Fisher 88210 
Roti-Load 1 Roth GmbH K929.1
Roti-Blue 5x-Concentrate Roth GmbH A152.2 
10x SDS-Tris-Glycine – Buffer  Geyer Th. GmbH & Co.KG  A1415,0250 
GlutaMAX (100x) Life Technologies GmbH  350500038 
Penicillin/Streptomycin Solution for Cell Culture Sigma-Aldrich Chemie GmbH  P4333-100ml 
PBS 1x Dulbeccos Phosphate Buffered Saline Sigma-Aldrich Chemie GmbH  D8537 
Trypsin-EDTA Sigma-Aldrich Chemie GmbH  T3924-100ML 
Sodium Chloride BioChemica AppliChem GmbH A1149,1000
Tris Ultrapure   AppliChem GmbH A1086,5000A 
EDTA BioChemica AppliChem GmbH A1103,0250
Protease Inhibitor Cocktail 5ml Sigma-Aldrich Chemie GmbH  P8340-5ML 
D(+)-Sucrose BioChemica AppliChem GmbH A3935,1000
Hydrochloric acid 37% pure Ph. Eur., NF AppliChem GmbH A0625
DC Protein Assay  Bio-Rad Laboratoris GmbH  500-0116 
Glycerol AppliChem GmbH 151339
SDS Ultrapure AppliChem GmbH A1112
Bromophenol blue AppliChem GmbH A2331
β-Mercaptoethanol  AppliChem GmbH A4338
Blasticidin Invivogen ant-bl-1 
Potassium Chloride  AppliChem GmbH A1039
Phenylmethanesulfonyl Fluoride  AppliChem GmbH A0999
Potassium Phosphate Monobasic Sigma-Aldrich Chemie GmbH  221309
Dipotassium Hydrogenphosphate Sigma-Aldrich Chemie GmbH  P3786 
DTT  AppliChem GmbH A2948
NP-40 AppliChem A1694
TWEEN 20 AppliChem A4974
Nonfat dried milk powder AppliChem A0830
Anti-ADFP/ ADRP  abcam ab52355
M6PRB1/TIP47 100µg  abcam ab47639
Calreticulin, pAb 200 µg Enzo Life Science GmbH  ADI-SPA-600-F 
Anti-ß-Tubulin  Sigma-Aldrich Chemie GmbH  T6074 200µl  
Ethanol absolute Geyer Th. GmbH & Co.KG  A3678,0250  
Anti-MnSOD Enzo Life Science GmbH  ADI-SOD-110-F
Anti-mouse HRP Thermo Fisher Pierce 32430
Anti-rabbit HRP Thermo Fisher  Pierce 32460
Amersham Hyperfilm ECL GE Healthcare 28906836
Lumi-Light Western Blotting Substrate Sigma-Aldrich Chemie GmbH  12015196001
96 Well Cell Culture Plate Greiner Bio-One GmbH  655 180 
Terumo Syringe 1 ml Terumo SS-01T
Filtropur BT 50, 500 ml, 0.45 µm  SARSTEDT  83.1823.100 
Mini-PROTEAN TGX Precast Gels, Any kD resolving gel Bio-Rad Laboratoris GmbH  456-9034 
6 Well Cell Culture Plate Greiner Bio-One GmbH  657160 
Dishes Nunclon 150/20  Fisher Scientific GmbH  10098720 – 168381 
Cell Scraper neoLab Migge GmbH  C-8120 
Tube, 50 ml Greiner Bio-One GmbH  227261 
SafeSeal Tube RNase-free  SARSTEDT  72.706.400 
Ultra Clear Centrifuge Tubes 11 x 60 mm Beckman Coulter GmbH  344062 
Suction Needles Transcodent 6482
Biosphere Fil. Tip 1000  SARSTEDT  70.762.211 
Biosphere Fil. Tip 200 SARSTEDT  70.760.211 
Biosphere Fil. Tip 10 SARSTEDT  70.1130.210 
Dounce Tissue Grinder Fisher Scientific GmbH  11883722
Pestles For Dounce All-Glass Tissue Grinders Fisher Scientific GmbH  10389444
Orbitrap Fusion
Branson Sonifier 450
Thermomixer comfort, with Thermoblock 1.5 ml Eppendorf 5355 000.127
Mini-PROTEAN Tetra Cell, Mini Trans-Blot Module, and PowerPac Basic Power Supply,  BioRad 165-8033
Mini-PROTEAN 3 Multi-Casting Chamber BioRad 165-4110
PowerPac HC Power Supply Biorad 164-5052
Centrifuge  Eppendorf 5424R
Centrifuge  Eppendorf 5424
Optima L-90K Beckman Coulter GmbH  365670
SW 60 Ti Rotor Beckman Coulter GmbH  335649
Infinite M1000 PRO Tecan

References

  1. Thiam, A. R., Farese, R. V., Walther, T. C. The biophysics and cell biology of lipid droplets. Nat Rev Mol Cell Biol. 14 (12), 775-786 (2013).
  2. Welte, M. A. Expanding roles for lipid droplets. Curr Biol. 25 (11), R470-R481 (2015).
  3. Brasaemle, D. L. Thematic review series: adipocyte biology. The perilipin family of structural lipid droplet proteins: stabilization of lipid droplets and control of lipolysis. J Lipid Res. 48 (12), 2547-2559 (2007).
  4. Choudhary, V., Ojha, N., Golden, A., Prinz, W. A. A conserved family of proteins facilitates nascent lipid droplet budding from the ER. J Cell Biol. 211 (2), 261-271 (2015).
  5. Kory, N., Farese, R. V., Walther, T. C. Targeting Fat: Mechanisms of Protein Localization to Lipid Droplets. Trends Cell Biol. 26 (7), 535-546 (2016).
  6. Hashemi, H. F., Goodman, J. M. The life cycle of lipid droplets. Curr Opin Cell Biol. 33, 119-124 (2015).
  7. Gao, Q., Goodman, J. M. The lipid droplet-a well-connected organelle. Front Cell Dev Biol. 3, 49 (2015).
  8. Herker, E., Ott, M. Emerging role of lipid droplets in host/pathogen interactions. J Biol Chem. 287 (4), 2280-2287 (2012).
  9. Wedemeyer, H., Dore, G. J., Ward, J. W. Estimates on HCV disease burden worldwide – filling the gaps. J Viral Hepat. 22 Suppl 1, 1-5 (2015).
  10. Paul, D., Madan, V., Bartenschlager, R. Hepatitis C virus RNA replication and assembly: living on the fat of the land. Cell Host Microbe. 16 (5), 569-579 (2014).
  11. Lindenbach, B. D., Rice, C. M. The ins and outs of hepatitis C virus entry and assembly. Nat Rev Microbiol. 11 (10), 688-700 (2013).
  12. Barba, G., et al. Hepatitis C virus core protein shows a cytoplasmic localization and associates to cellular lipid storage droplets. Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (4), 1200-1205 (1997).
  13. Shi, S. T., et al. Hepatitis C virus NS5A colocalizes with the core protein on lipid droplets and interacts with apolipoproteins. Virology. 292 (2), 198-210 (2002).
  14. Herker, E., et al. Efficient hepatitis C virus particle formation requires diacylglycerol acyltransferase-1. Nat Med. 16 (11), 1295-1298 (2010).
  15. Camus, G., et al. Diacylglycerol acyltransferase-1 localizes hepatitis C virus NS5A protein to lipid droplets and enhances NS5A interaction with the viral capsid core. J Biol Chem. 288 (14), 9915-9923 (2013).
  16. Miyanari, Y., et al. The lipid droplet is an important organelle for hepatitis C virus production. Nat Cell Biol. 9 (9), 1089-1097 (2007).
  17. Boulant, S., Targett-Adams, P., McLauchlan, J. Disrupting the association of hepatitis C virus core protein with lipid droplets correlates with a loss in production of infectious virus. J Gen Virol. 88 (Pt 8), 2204-2213 (2007).
  18. Vogt, D. A., et al. Lipid droplet-binding protein TIP47 regulates hepatitis C Virus RNA replication through interaction with the viral NS5A protein. PLoS Pathog. 9 (4), e1003302 (2013).
  19. Ploen, D., et al. TIP47 plays a crucial role in the life cycle of hepatitis C virus. J Hepatol. 58 (6), 1081-1088 (2013).
  20. Ploen, D., et al. TIP47 is associated with the hepatitis C virus and its interaction with Rab9 is required for release of viral particles. Eur J Cell Biol. 92 (12), 374-382 (2013).
  21. Rosch, K., et al. Quantitative Lipid Droplet Proteome Analysis Identifies Annexin A3 as a Cofactor for HCV Particle Production. Cell Rep. 16 (12), 3219-3231 (2016).
  22. Kwiatkowski, M., et al. Ultrafast extraction of proteins from tissues using desorption by impulsive vibrational excitation. Angew Chem Int Ed Engl. 54 (1), 285-288 (2015).
  23. Webster, B., Ott, M., Greene, W. C. Evasion of superinfection exclusion and elimination of primary viral RNA by an adapted strain of hepatitis C virus. J Virol. 87 (24), 13354-13369 (2013).
  24. Shevchenko, A., Tomas, H., Havlis, J., Olsen, J. V., Mann, M. In-gel digestion for mass spectrometric characterization of proteins and proteomes. Nat Protoc. 1 (6), 2856-2860 (2006).
  25. Ting, L., et al. Normalization and statistical analysis of quantitative proteomics data generated by metabolic labeling. Mol Cell Proteomics. 8 (10), 2227-2242 (2009).
  26. Brasaemle, D. L., Dolios, G., Shapiro, L., Wang, R. Proteomic analysis of proteins associated with lipid droplets of basal and lipolytically stimulated 3T3-L1 adipocytes. J Biol Chem. 279 (45), 46835-46842 (2004).
  27. Tingting, P., Caiyun, F., Zhigang, Y., Pengyuan, Y., Zhenghong, Y. Subproteomic analysis of the cellular proteins associated with the 3′ untranslated region of the hepatitis C virus genome in human liver cells. Biochem Biophys Res Commun. 347 (3), 683-691 (2006).
  28. Ariumi, Y., et al. DDX3 DEAD-box RNA helicase is required for hepatitis C virus RNA replication. J Virol. 81 (24), 13922-13926 (2007).
  29. Weinlich, S., et al. IGF2BP1 enhances HCV IRES-mediated translation initiation via the 3’UTR. RNA. 15 (8), 1528-1542 (2009).

Play Video

Cite This Article
Rösch, K., Kwiatkowski, M., Schlüter, H., Herker, E. Lipid Droplet Isolation for Quantitative Mass Spectrometry Analysis. J. Vis. Exp. (122), e55585, doi:10.3791/55585 (2017).

View Video