Zeer gevoelige en kwantitatieve detectie van eiwitten en hun Isoforms door capillaire elektrisch gericht methode
Summary
Capillaire elektrisch gericht is een antilichaam gebaseerde, ultrasensitive, hoge doorvoer techniek, waardoor gedetailleerde karakterisering van eiwitten en hun isoforms van extreem kleine biologische monsters. Het volgende beschrijft een protocol voor de detectie en kwantificering van specifieke proteïnen en hun isoforms in een geautomatiseerd en gerobotiseerd wijze.
Abstract
Immunoblotting is uitgegroeid tot een routine techniek in veel laboratoria voor eiwit karakterisering van biologische monsters. Het volgende protocol biedt een alternatieve strategie, capillaire elektrisch scherpstellen (cIEF), met vele voordelen ten opzichte van conventionele immunoblotting. Dit is een methode van het antilichaam gebaseerde, geautomatiseerde, snelle en kwantitatieve waarin een volledige westelijke bevlekkende procedure binnen een uiterst dunne capillair plaatsvindt. Deze techniek niet vereisen een gel overbrengen naar een membraan, strippen van vlekken, of x-ray films, die doorgaans vereist voor conventionele immunoblotting zijn. Hier, de eiwitten worden gescheiden volgens hun lading (elektrisch punt, pI), met behulp van minder dan een microliter (400 nL) totaal eiwit lysate. Na elektroforese, eiwitten zijn geïmmobiliseerd op de capillaire wanden door ultraviolet licht behandeling, gevolgd door de primaire en secundaire (horseradish peroxidase (HRP) geconjugeerd) antilichaam-incubatie, waarvan de afhankelijkheid wordt gedetecteerd door middel van verbeterde Chemoluminescentie (ECL), het genereren van een licht signaal dat kan worden gevangen en opgenomen door een camera van de charge – coupled apparaat (CCD). Het digitale beeld kan worden geanalyseerd en gekwantificeerd (piekoppervlakte) met behulp van software. Deze hoge doorvoer procedure aankan 96 monsters tegelijk; is hoogst-gevoelig, met de detectie van de eiwitten in het picogram bereik; en produceert zeer reproduceerbare resultaten vanwege automatisering. Al deze aspecten zijn uiterst waardevol wanneer de hoeveelheid van monsters (b.v., weefselsteekproeven en biopten) een beperkende factor is. De techniek heeft bredere toepassingen, met inbegrip van screening van drugs of antilichamen, ontdekking van biomarker en diagnostische doeleinden.
Introduction
Capillaire elektrisch scherpstelling (cIEF) is een geautomatiseerde, capillair gebaseerde immunoassay dat eiwitten op basis van hun lading1,2,3 verhelpt. Het is zeer reproduceerbaar en staat te oplossen van eiwitten en hun post-translationally gemodificeerde isoforms snel en kwantitatief. Het presenteert een alternatief voor conventionele methoden zoals het westelijke bevlekken. Terwijl het westelijke bevlekken is heel goed voor de bevestiging van de aanwezigheid van overvloedig eiwitten in gemakkelijk toegankelijke monsters; variabiliteit, tijd consumptie en nauwkeurige kwantificatie allemaal aanwezig uitdagingen, met name bij de behandeling van biologisch weefselmonsters. Inderdaad, variabiliteit is een inherent probleem in het westelijke bevlekken, want er zijn talrijke stappen betrokken, zoals laden en uitvoeren van SDS-pagina gelen, overdracht van eiwitten op membraan, incubatie met verschillende reagentia (bv. primaire en secundaire antistoffen, ECL), en de ontwikkeling op een X-ray film4. Op dit moment is de westelijke bevlekkende techniek verbeteren met de implementatie van digitale opname van chemiluminescentie signalen (digitale westerns). Onlangs, een geautomatiseerd westelijke bevlekkende systeem heeft ontwikkeld, namelijk het capillair westerse, dat is een meer handsfree en gel-vrij systeem. De gehele test is geautomatiseerd na het laden van een monster plaat (monsters met alle nodige reagentia) in het systeem3,4. Het instrument zal het uitvoeren van alle stappen zoals eiwit scheiding, immobilisatie van eiwitten op capillaire wand, antilichaam incubations, wast tussen verschillende stappen, en de ontwikkeling en de kwantificering van de chemiluminescentie signalen. De procedure van de cIEF hier gepresenteerd biedt dus een hogere resolutie en gevoeligheid.
Deze methode is gevoelig, zoals signalen kunnen worden gegenereerd en gekwantificeerd van picogram van eiwitten1. De hoge gevoeligheid met uitstekende reproduceerbaarheid maakt deze technologie zeer nuttig zijn voor de analyse van klinische monsters. Het kan detecteren evenals onderscheiden post translationeel wijziging (bijvoorbeeld verschillende gefosforyleerd eiwit isoforms) van eiwitten. Deze technologie is met succes gebruikt om te ontleden van verschillende signalering trajecten4,5 in klinische studies gericht op de ontwikkeling van nieuwe therapieën in kanker3, en het heeft een groot potentieel voor eiwit biomerker en drug discovery .
Protocol
Representative Results
Discussion
Gevoeligheid en resolutie van eiwitten zijn cruciaal voor proteoom onderzoek naar biologische monsters. Er is grote waarde zijnde kundig voor detecteren van eiwitten die in minieme hoeveelheden in cellen aanwezig zijn. cIEF bieden verbeterde gevoeligheid en resolutie voor de detectie van eiwitten en hun isoforms4.
Deze technologie is met succes gebruikt in vele Proteoom Onderzoek rapporten5,6,<sup cla…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteur dankt Prof. Lena Claesson-Welsh, de Universiteit van Uppsala, Zweden voor haar steun voor de ontwikkeling van dit project. Bovendien, dankzij de auteur Ross Smith en Lena Claesson-Welsh, de Universiteit van Uppsala voor hun kritische lezing en suggesties ter verbetering van het manuscript.
Materials
| NanoPro 1000 | ProteinSimple | ||
| Premix G2, pH 5–8 (nested) separation gradient, pH 2–4 plug | ProteinSimple | 040-972 | Ampholyte premix |
| DMSO inhibitor mix | ProteinSimple | 040-510 | Phosphatase inhibitors; for cIEF 1:50 dilution used |
| Aqueous Inhibitor Mix | ProteinSimple | 040-482 | Protease inhibitor; for cIEF 1:25 dilution used |
| pI standard ladder 3 | ProteinSimple | 040-646 | For cIEF 1:60 dilution used |
| Sample diluent | ProteinSimple | 040-649 | |
| Antibody diluent | ProteinSimple | 040-309 | |
| Wash concentrate | ProteinSimple | 041-108 | |
| Anolyte Refill | ProteinSimple | 040-337 | |
| Catholyte Refill | ProteinSimple | 040-338 | |
| Peroxide XDR | ProteinSimple | 041-084 | |
| Luminol | ProteinSimple | 040-652 | |
| Bicine/CHAPS Lysis Buffer | ProteinSimple | 040-764 | |
| Capillaries-Charge Separation (1 pack) for | ProteinSimple | CBS700 | |
| Assay Plate/Lid Kit | ProteinSimple | 040-663 | |
| Peroxidase-AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 711-035-152 | For cIEF used (1: 300) |
| Peroxidase-AffiniPure Donkey Anti-Mouse IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 715-035-150 | For cIEF used (1: 300) |
| Phospho-Erk 1/2 Primary Antibody | Cell Signaling | 9101 | For cIEF used (1: 50) |
| Pan Erk Primary Antibody | Cell Signaling | 9102 | For cIEF used (1: 100) |
| Compass software | ProteinSimple | ||
| HUVEC | ATCC | PCS-100-010 | |
| MV2 (EBM-2) | PromoCell | C-22221 | Endothelia cell basal medium |
| Endothelial Cell Growth Medium MV2 SupplementPack | PromoCell | C-39221 | Supplementation to MV2 above |
| VEGFA | PeproTech | 100-20 | |
| Long R3 IGF | Sigma-Aldrich | 85580C/I1146 | Insulin-like growth factor |
| Bioruptor (Sonicator) | Diagenode | B01020001 | |
| BCA Protein Assay kit | Thermo Fischer Scientific | 23225 | |
| NuPAGE 4-12% Bis-Tris Protein Gels | Thermo Fischer Scientific | NP0322BOX | |
| NuPAG MOPS SDS Running Buffer (20X) | Thermo Fischer Scientific | NP0001 | |
| NuPAGE Transfer Buffer (20X) | Thermo Fischer Scientific | NP0006 | |
| Immobilon PVDF membrane | Millipore | IPVH00010 | |
| Microfuge tube vortexer | |||
| Centrifuge | |||
| Microtiter plate adapter for centrifuge | |||
| Pipettors | |||
| Tips | |||
| Ice |
References
- O’Neill, R. A., et al. Isoelectric focusing technology quantifies protein signaling in 25 cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (44), 16153-16158 (2006).
- Aspinall-O’Dea, M., et al. Antibody-based detection of protein phosphorylation status to track the efficacy of novel therapies using nanogram protein quantities from stem cells and cell lines. Nat Protoc. 10 (1), 149-168 (2015).
- Fan, A. C., et al. Nanofluidic proteomic assay for serial analysis of oncoprotein activation in clinical specimens. Nat Med. 15 (5), 566-571 (2009).
- Padhan, N., et al. High sensitivity isoelectric focusing to establish a signaling biomarker for the diagnosis of human colorectal cancer. BMC Cancer. 16 (1), 683 (2016).
- Sun, Z., et al. VEGFR2 induces c-Src signaling and vascular permeability in vivo via the adaptor protein TSAd. J Exp Med. 209 (7), 1363-1377 (2012).
- Iacovides, D. C., et al. Identification and quantification of AKT isoforms and phosphoforms in breast cancer using a novel nanofluidic immunoassay. Mol Cell Proteomics. 12 (11), 3210-3220 (2013).
- Price, F. D., et al. Inhibition of JAK-STAT signaling stimulates adult satellite cell function. Nat Med. 20 (10), 1174-1181 (2014).
- Unger, F. T., et al. Nanoproteomic analysis of ischemia-dependent changes in signaling protein phosphorylation in colorectal normal and cancer tissue. J Transl Med. 14, 6 (2016).
- Urasaki, Y., Pizzorno, G., Le, T. T. Chronic uridine administration induces fatty liver and pre-diabetic conditions in mice. PLoS One. 11 (1), e0146994 (2016).
- Schmidt, L., et al. Case-specific potentiation of glioblastoma drugs by pterostilbene. Oncotarget. 7 (45), 73200-73215 (2016).
