Summary

Kantitatif Kütle Spektrometresi Analiz lipid Damlacık izolasyonu

Published: April 17, 2017
doi:

Summary

Lipid damlacıkları Hepatit C virüsü (HCV), dahil olmak üzere çeşitli patojenlere replikasyonu için önemli organellerdir. Bu ilişkili proteinler kantitatif kütle spektrometresi için lipid damlacıkları izole edilmesi için bir yöntem tarif; bu tür virüs enfeksiyonu, çevresel stres veya ilaç tedavisi gibi koşullar, çeşitli altında kullanılabilir.

Abstract

Lipid damlacıkları viryon morfojenezinin varsayımsal bir site olarak, farklı patojenlerin, en belirgin Hepatit C Virüsü (HCV) replikasyonu için hayati önem taşır. Kantitatif lipit damla proteom analizi lokalize ya da virüs enfeksiyonları gibi koşullar altında lipid damlacıkları yer değiştirir proteinleri tanımlamak üzere kullanılabilir. Burada başarılı HCV enfeksiyonu takiben lipid damlacığı proteomu değişiklikleri karakterize etmek için kullanılan edilmiş bir protokol açıklar. Bu hücre kültürü (SILAC) Amino Asitler ile kararlı İzotop Etiketleme kullanmakta ve böylece, kütle spektrometresi ile proteinlerin miktarını belirlemek için "ağır" amino asitler ile hücreler popülasyonu tamamen Proteomun etiketleyin. 1 ve hipotonik tampon maddesi içinde mekanik olarak parçalanmıştır: lipit damla izolasyonu için, iki hücre popülasyonları (örneğin, HCV ile enfekte olmuş / "hafif" terimi, amino asitler ve enfekte olmamış kontrol / "ağır" amino asit) 1 karışımı karıştırılır. çekirdek ve hücre d çıkarılmasından sonradüşük hızlı santrifüjleme ile ebris lipit damla bağlı proteinler, izotonik tampon içinde üç yıkama safhası ile takip iki ardışık ultrasantrifügasyon adımlarla zenginleştirilmiştir. lipit damla fraksiyonların saflığı farklı hücre içi bölmelere tanıyan antikorlar ile Western blot ile analiz edilir. Lipit damlacık ilişkili Bundan sonra proteinler Coomassie boyama ile takip edilen SDS-poliakrilamid jel elektroforezi (SDS-PAGE) ile ayrılır. triptik sindiriminin sonra, peptidler, sıvı kromatografisi-elektrosprey iyonizasyon tandem kütle spektrometresi (LC-ESI-MS / MS) ile kantifiye edilir. Bu yöntemi kullanarak, biz yanlısı veya antiviral konak faktörleri temsil edebilir HCV enfeksiyonu üzerine lipid damlacıkları ile işe proteinleri belirledi. Önerilen yöntem, bu tür patojen ile enfeksiyonu, çevresel stres veya ilaç tedavisi gibi çeşitli hücreler ve kültür koşulları, çeşitli uygulanabilir.

Introduction

Lipid damlacıkları oldukça nötr lipidlerin bir çekirdekten oluşan dinamik sitoplazmik (ve nükleer) hücre organelleri (trigliserit (TG) ve kolesterol ester (CE)) gömülü protein 1 ile birlikte fosfolipitlerin bir tek tabaka ile kaplanır. Tüm hücre tipleri lipid damlacıkları üretmek, ancak, ebat, lipid bileşimi ve protein dekorasyon değişir. Lipid damlacıkları enerji ve membran ön-madde rezervuar ya da protein birikintilerinin olarak hizmet dahil olmak üzere çeşitli fonksiyonları yerine getirirler. Buna ek olarak, lipid alımı ile, bu sinyal molekülleri lipotoksisite hücreleri, salma lipidler korumak ve protein bozulması ve endoplazmik retikulum (ER), stres tepkileri 2 katılmaktadırlar. Bu şekilde, bir protein konakçı lipid damlacıkları bağlanan ve diğer organellere ile üretimi, bozulma, ticareti ve etkileşimi idare. Bunlar arasında (PLIN1-5) iyi niyetli lipit damlacığı bağlayıcı proteinlerin perilipin ailesidirf "> 3.

Lipit damlacık biogenesis muhtemelen nötr lipidlerin bir lens, son maya 4 güzel görselleştirilmiştir bir oluşturma yöntemi, ER-yerleşik enzimler membran çift katman içinde birikir nötral lipidlerin sentezini katalize eden ER, başlar. Bükme Membran ve yüksek fosfatidik asit ve diasilgliserol seviyeleri daha sonra lipit damlacık oluşturma 5 için gerekli olan temel nötral lipitler ve koruyucu fosfolipidlerin eşzamanlı sentezi, fosfolipid biyosentezinde yer alan proteinleri çekmek için düşünülmektedir. ER ikamet transmembran etki barındıran enzimler bu işlemi katalize eder. büyük lipid damlacıkları Genişleme bir amfipatik heliks liman ve böylece lipid damlacıkları ER'den hareket edebilir lipid sentezleyen enzimlerin farklı sınıfının aktivitesini gerektirir. lipid damlacıkları lipidlerin harekete trigliserit lokal aktivasyonu yoluyla meydana gelirE ve diasilgliserol lipazlar yağ trigliserit lipaz (ATGL) hormona duyarlı lipaz (HSL) veya makro ve microlipophagy veya farklı otofajik yollar ile otofajiyi 6 dolayımlı şaperon. Lipid damlacıkları ve ER (beta-oksidasyon ve lipid sentezi için) olarak mitokondri gibi diğer hücresel organeller, etkileşime girmez, fakat (lipid sentezi ve protein göçünü gibi) da lizozomun endozomlarda, ve hücre içi bakteri 7 ile uyarılan vakuollü. Gerçekten de bakteri, virüs ve hatta parazitler, bunların HCV 8 arasında replikasyon ve kalıcılığı için lipid damlacıkları hedefler.

HCV enfeksiyonu yılı 9 başına yaklaşık 0,5 milyon ölüme muhasebe dünya çapında karaciğer ile ilişkili morbidite ve mortalitenin önde gelen nedenlerinden biridir. HCV enfeksiyonlarının gerçek sayı bilinmiyor, ancak son tahminler 130 düşündürmektedir – 150 milyon insan kronik olarak enfekte olmaktadır. hiçbir vaccinE var, ancak son zamanlarda onaylanmış direkt etkili antiviraller büyük ölçüde standart interferon-bazlı terapi ile karşılaştırıldığında tedavi edici müdahalelerin artırılması. Ancak, dünya çapında hastaların tedavi olasılığı nedeniyle yeni tedavilerin son derece yüksek maliyetlere sınırlandırılacaktır. Tüm bireylerde yaklaşık yarısı kronik karaciğer yağlanması hastalığı (steatoz), hepatositlerde lipid damlaları aşırı birikimi ile karakterize edilen bir durum geliştirme HCV ile enfekte edilmiştir. İlgi çekici bir lipid damlacıkları farazi viral montaj alanlarında 10, 11 olarak işlev gören, HCV replikasyonu için hayati hücresel organellere ortaya çıktı.

HCV ile enfekte olmuş hücrelerde viral protein çekirdek ve NS5A diasilgliserol asiltransferaz-1 (DGAT1) inhibitörleri olarak, trigliserid biyosentezi üzerinde bağlı olan bir süreç içinde lipid damlacıkları lokalize lipid damlacıkları ve daha sonra, HCV partikül üretimi 12 kaçakçılığı zarar </sup>, 13, 14, 15. Buna ek olarak, iç kısmın veya NS5A ya lipit damla bağlayıcı bölgeleri mutasyonlar HCV düzeneğinin 16, 17 bastırır. Çekirdek ve NS5A sonra yakından 16 damlacıklar lipit bağlantılı zarlara, diğer viral proteinler, ve aynı zamanda viral RNA replikasyon komplekslerinin işe. Tüm viral proteinlerin bir uyumlu eylem enfeksiyöz viral döl 10, 11 başarılı üretimi için gereklidir. yapısal proteinler viryonların parçasıdır ve yapısal olmayan proteinleri, bu işlem için gerekli protein-protein etkileşimlerini kolaylaştırmak. İlgi çekici hakiki lipit damla bağlayıcı protein PLIN3 / TIP47 hem HCV RNA replikasyonu ve virionlar 18 serbest bırakılması, 19 için gerekli olan <sup> 20. Bu son gelişmelere rağmen, özellikle HCV replikasyonu geç evrelerinde virüs konak etkileşimlerin mekanik detayları, düzensiz sınırlı kalır ve lipit damlacıklarının kesin işlevi bilinmemektedir.

Burada, ilişkili proteinlerin kantitatif kütle spektrometresi için lipid damlacıkları izole etmek için bir yöntem açıklanmaktadır. Bu yöntemi kullanarak, lipid damlalarıyla-böler co ve etkili HCV olgunlaşması 21 için gerekli olan bir konakçı proteini olarak, HCV enfeksiyonu sırasında lipit damla proteomu derin değişiklikler ve tanımlanan anneksin A3 bulundu.

Protocol

Hücre Kültüründe Amino Asitler ile Kararlı İzotop Etiketleme (SILAC) için Medya 1. Hazırlık Not: Burada, SILAC protein kantitasyonu Takımı – DMEM SILAC etiketlenmesi için kullanılmıştır 13 C6 L-Arginin-HCl 50 mg ile takviye edilmiştir. diyalize edilmiş fetal dana serumu (FCS) SILAC protein kantitasyonu Kit ile sağlanır. DMEM ortamı her bir şişeden 50 mL çıkarın ve diyaliz edilmiş FCS, 50 ml. 13C 6 L-L…

Representative Results

Lipid damlacıkları virionların toplanması farazi siteleri gibi HCV enfeksiyonu için hayati önem taşıyan fakat morfojenez ve virionlarına dışarı çıkması moleküler mekanizmalar tam olarak bilinmemektedir. Bu süreçte yer alan yeni bir ana bağımlılık faktörlerini tanımlamak için, HCV ile enfekte olmuş hücrelerin 21 (Şekil 1A) kantitatif lipit damla proteom analizi yapıldı. Biz, lipid damlacıkları saflaştırılması iç…

Discussion

Burada, örneğin viral enfeksiyonlar gibi çeşitli kültür koşulları altında, lipid damlacıkları ile bağlantılı proteinlerin zenginleştirme ve tükenmesi karşılaştırma kantitatif lipit damla proteom analizi için lipid damlacıkları izole etmek için bir protokol açıklar. Alternatif bir yöntem olarak, proteom analizi toplam pik yoğunluklarına dayalı etiket içermeyen sayımsal ile gerçekleştirilebilir. Bu yöntem dinamik aralık sınırlaması vardır ve metabolik sorunları önler. SILAC yakla?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Biz JFH1 inşa T. Wakita (Ulusal Enstitüsü Jc1 yapılar için R. Bartenschlager (Heidelberg Üniversitesi), Huh7.5 hücreleri için CM Rice (Rockefeller Üniversitesi), J. McLauchlan (Medical Research Council Viroloji Birimi) thank HCVcc raportör yapılan için Enfeksiyon Hastalıkları, JFH1 için Japonya) ve B. Webster ve WC Greene (Viroloji Gladstone Enstitüsü ve İmmünoloji). Bu çalışma DFG gelen fonlarla desteklenmiştir (HE 6889 / 2-1 (EH), 337 / 15-1 2013 ANİ ve ANİ 337 / 16-1 2013 (HS)). Heinrich Pette Enstitüsü, Deneysel Viroloji Leibniz Enstitüsü Free ve Hamburg Hansa Şehri ve Federal Sağlık Bakanlığı tarafından desteklenmektedir. Maliyeciler, çalışma tasarımı, veri toplama ve analiz, yayımlama kararı, ya da yazının hazırlanmasında hiçbir rolü yoktu.

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