Summary

Robusta comparação dos níveis de proteína através de tecidos e durante todo o desenvolvimento usando mancha ocidental quantitativa padronizada

Published: April 09, 2019
doi:

Summary

Este método descreve uma abordagem robusta e reprodutível para a comparação dos níveis de proteína nos tecidos diferentes e em diferentes momentos do desenvolvimento, utilizando uma abordagem de mancha ocidental quantitativa padronizada.

Abstract

Mancha ocidental é uma técnica que é comumente usada para detectar e quantificar a expressão da proteína. Ao longo dos anos, esta técnica tem levado a muitos avanços na pesquisa básica e clínica. No entanto, tal como acontece com muitas técnicas experimentais semelhantes, o resultado das análises de Western blot é facilmente influenciado por escolhas feitas na concepção e execução do experimento. As proteínas específicas das tarefas domésticas tem sido tradicionalmente usadas para normalizar os níveis de proteína para quantificação, no entanto, estes têm um número de limitações e, portanto, têm sido cada vez mais criticadas durante os últimos anos. Aqui, descrevemos um protocolo detalhado que desenvolvemos para permitir-nos realizar comparações complexas de variação de expressão de proteínas em tecidos diferentes, modelos de rato (incluindo modelos de doença) e momentos do desenvolvimento. Usando uma mancha de proteína total fluorescente e introduzindo o uso de um padrão de carregamento interno, é possível superar as limitações existentes no número de amostras que podem ser comparadas dentro de experiências e comparar sistematicamente os níveis de proteína através de um gama de condições experimentais. Esta abordagem expande o uso de técnicas de borrão ocidental tradicional, permitindo assim que os investigadores para melhor explorar a expressão da proteína através de amostras e tecidos diferentes.

Introduction

Mancha ocidental é uma técnica que é comumente usada para detectar e quantificar a expressão da proteína, inclusive em tecido homogenates ou extratos. Ao longo dos anos, esta técnica tem levado a muitos avanços na pesquisa básica e clínica, onde ele pode ser usado como uma ferramenta de diagnóstico para identificar a presença de doença1,2. Mancha ocidental foi descrita primeiramente em 1979 como um método de transferência de proteínas de géis de poliacrilamida para folhas de nitrocelulose e posteriormente Visualizar proteínas usando anticorpos secundários que foram radioactivamente rotulados ou conjugados com fluoresceína ou peroxidase3. Através do desenvolvimento de kits comercialmente disponíveis e equipamentos, métodos de mancha ocidentais foram cada vez mais padronizados e simplificados ao longo dos anos. Com efeito, a técnica agora é facilmente realizada por cientistas de diferentes origens e níveis de experiência. No entanto, tal como acontece com muitas técnicas experimentais semelhantes, o resultado das análises de Western blot é facilmente influenciado por escolhas feitas na concepção e execução do experimento. É importante, portanto, que a acessibilidade dos métodos padronizados de mancha ocidentais não obscurecer a necessidade de planejamento experimental e design. Considerações experimentais incluem, mas não limitada a, amostra de preparação e manipulação, seleção e validação de anticorpos para a deteção de proteína e eficiência de transferência de gel-para-membrana de particularmente pequenas ou grandes ( 140 kDa) proteínas4,5,6,7,8,9. Qualidade de proteína da amostra original desempenha um papel significativo na determinação do resultado da análise subsequente borrão ocidental. Como a proteína pode ser extraída de uma grande variedade de fontes, incluindo linhas de células, os tecidos de modelos animais e tecidos humanos post-mortem e amostras de consistência na manipulação e processamento é necessário para obter resultados reprodutíveis. Por exemplo, quando é necessário o armazenamento a longo prazo das amostras para a extração da proteína, é importante perceber que, embora a proteína é geralmente estável a-80 ° C, as diferenças na estabilidade da proteína entre proteínas extraídas e tecidos intactos a-80 ° C têm sido relatado em10. Além disso, para obter estimativas reprodutíveis das quantidades de proteína, consistente homogeneização das amostras é crucial. Otimização de buffers de Lise diferentes e métodos de homogeneização (por exemplo, manual homogeneização em comparação com métodos automatizados) pode ser necessária antes de iniciar um experimento em grande escala quantitativo.

Estratégias de normalização para corrigir a variação de carga e quantificação de proteína são essenciais para obter resultados quantitativos, robustos da expressão da proteína. Limpeza de proteínas tais como β-actina, α-tubulina e β-tubulina gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) tem sido tradicionalmente usados para normalizar os níveis de proteína para quantificação. No entanto, normalização para proteínas de limpeza específico para fins de quantificação tem sido cada vez mais criticada sobre o passado poucos anos11,12. Por exemplo, a expressão de proteínas de limpeza pode alterar entre diferentes estádios de desenvolvimento13,14, através de tecidos do mesmo animal4e sob vários doença condições4,15 ,16,17. Portanto, a utilização de proteínas específicas de limpeza limita as possibilidades de fazer comparações mais complexas entre a expressão da proteína de diferentes tecidos, em diferentes momentos e sob diferentes condições experimentais. Uma alternativa às proteínas de limpeza para controle para variação de carga de proteína é o uso de uma mancha de proteína total (TPS) que rotula e visualiza todas as proteínas presentes em uma amostra. TPS permite a normalização do sinal com base na carga de proteína total, ao invés de níveis de uma proteína específica e, portanto, a quantificação do sinal TPS devem ser comparáveis e reprodutíveis, independentemente da condição experimental, tipo de amostra ou Commit do desenvolvimento . Ponceau S, géis mancha-livre, R-350 de Coomassie, Ruby-Sypro, Epicocconone, Amydo Black e Cy5 (revisto em ref. 18) são exemplos de manchas de proteínas totais. Cada um desses métodos tem limitações e vantagens específicas e seleção do método depende do tempo e ferramentas disponíveis, bem como a instalação experimental4,18.

Além de usar um TPS para corrigir a carga dentro da membrana e variabilidade de quantificação, pode ser necessário comparar amostras entre diferentes membranas, particularmente ao realizar a análise de expressão de proteínas em larga escala. No entanto, a variabilidade em fatores como eficiência e total intensidade de coloracao de proteína de ligação de anticorpos pode introduzir mais variabilidade entre amostras de proteínas que são analisadas em separado geles e membranas. Para quantificação robusta nesta situação, portanto, é necessário introduzir um novo passo de normalização para levar em conta a variabilidade between-membrana. Isto pode ser conseguido, incluindo um padrão de carregamento interno em cada uma das membranas que é mantida constante através de experiências analisadas separadamente. Esta norma pode assumir a forma de qualquer proteína lisada que podem ser obtidos em quantidades suficientes para ser usado em todas as membranas incluídas no experimento. Aqui, usamos um lisado de cérebro de rato (obtido de ratos do controle 5 dias de idade), como o cérebro é prontamente homogeneizado e a lisado de proteína obtida contém uma quantidade significativa de proteína em uma concentração elevada. Carregar um padrão interno em triplicado permite amostras em membranas diferentes para ser normalizado e comparado diretamente.

Aqui, descrevemos um protocolo detalhado que desenvolvemos para permitir-nos realizar comparações complexas de variação de expressão de proteínas em tecidos diferentes, modelos de rato (incluindo modelos de doença) e momentos do desenvolvimento19. Combinando um fluorescente TPS com o uso de um padrão de carregamento interno, conseguimos superar as limitações existentes no número de amostras e condições experimentais que podem ser comparadas dentro de uma única experiência. Esta abordagem expande o uso de técnicas de borrão ocidental tradicional, permitindo assim que os investigadores para melhor explorar a expressão da proteína através de amostras e tecidos diferentes.

Protocol

Tecidos para este procedimento foram obtidos em estudos com animais que foram aprovados pelo Comitê de ética interno da Universidade de Edimburgo e realizaram-se em concordância com os institucionais e regulamentares de UK Home Office sob a autoridade dos relevantes pessoais e as licenças do projeto. Nota: Este protocolo foi otimizado usando padronizados, disponíveis comercialmente kits e reagentes, a fim de aumentar a reprodutibilidade (ver Tabela de materiais). <p c…

Representative Results

Nós incluímos exemplos do uso da TPS e um padrão interno para facilitar comparações dos níveis de proteína através de tecidos e pontos de tempo. A Figura 1 mostra os resultados da mancha ocidental na proteína extraída de tecidos obtidos de neonatal (pós-parto dia 5) em comparação com ratos adultos (10 – semanas de idade). TPS e Smn immunoblot são mostrados na figura 1A, C. Quantificação da intensi…

Discussion

Com o delineamento experimental adequado, medidas de controle e análise estatística, a mancha ocidental pode ser usado para fazer estimativas quantitativas fiáveis da expressão da proteína dentro e entre uma variada gama de amostras biológicas. O protocolo que descrevemos no manuscrito atual pretende servir como uma orientação para os investigadores procuram para usar mancha para realizar a análise quantitativa em grupos maiores e mais complexos de amostras, usando uma combinação de baseada em fluorescência o…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

E.J.N.G. é suportado pelo Wellcome Trust (concessão 106098/Z/14/Z). Outro financiamento foi fornecido pela Trust SMA (SMA UK consórcio; T.H.G. & Y-T. H.), Europa SMA (T.H.G, D.v.D.H. e E.J.N.G.), o DTP da Universidade de Edimburgo em medicina de precisão (T.H.G., L.L. & A.M.M.) e centro de Euan MacDonald para investigação de doença do neurônio Motor (T.H.G).

Materials

Fine Tipped Gel Loading Tips Alpha Laboratories GL20057SNTL
Halt Protease Inhibitor Cocktail, EDTA-free 100x 5mL ThermoFisher Scientific 78437
Handheld homogeniser  VWR Collection 431-0100
iBlot 2 Gel Transfer Device ThermoFisher Scientific IB21001
iBlot Transfer Stack, PVDF, regular size ThermoFisher Scientific IB401031
Image Studio Lite Licor N/A Free download from https://www.licor.com/bio/products/software/image_studio_lite/
IRDye 800CW secondary antibodies Licor Select appropriate secondary antibody that is specific against host of primary antibody.
Micro BCA Protein Assay Kit ThermoFisher Scientific 23235
Novex Sharp Pre-stained Protein Standard ThermoFisher Scientific LC5800
NuPAGE 4-12% Bis-Tris Protein Gels, 1.0 mm, 15-well ThermoFisher Scientific NP0323BOX
NuPAGE LDS Sample Buffer (4X) ThermoFisher Scientific NP0007
NuPAGE MOPS SDS Running Buffer (20X) ThermoFisher Scientific NP0001
Odyssey Blocking Buffer Licor 927-40000
Purified Mouse anti-SMN (survival motor neuron) monoclonal antibody BD Transduction Laboratories 610646 Is used extensively in the SMN/SMA literature and gives consistent results regardsless of lot number
REVERT Total Protein Stain, 250 mL  Licor 926-11021 
REVERT Wash Solution  Licor 926-11012 
RIPA Lysis and Extraction Buffer ThermoFisher Scientific 89900
XCell SureLock Mini-Cell ThermoFisher Scientific EI0001

References

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Cite This Article
Huang, Y., van der Hoorn, D., Ledahawsky, L. M., Motyl, A. A. L., Jordan, C. Y., Gillingwater, T. H., Groen, E. J. N. Robust Comparison of Protein Levels Across Tissues and Throughout Development Using Standardized Quantitative Western Blotting. J. Vis. Exp. (146), e59438, doi:10.3791/59438 (2019).

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