يسلط البروتوكول الحالي الضوء على تطبيق تقنية النشاف الغربي لدراسة وظائف وأنشطة الناقل المشترك K-Cl العصبي KCC2. يصف البروتوكول التحقيق في فسفرة KCC2 في المواقع التنظيمية للكيناز Thr906/1007 عبر النشاف الغربي. أيضا ، يتم تمييز طرق إضافية لتأكيد نشاط KCC2 لفترة وجيزة في هذا النص.
الناقلات المشتركة لكلوريد البوتاسيوم 2 (KCC2) هي عضو في عائلة حاملات المذاب 12 (SLC12) من الناقلات المشتركة لكلوريد الكاتيون (CCCs) ، الموجودة حصريا في الخلايا العصبية وهي ضرورية للتشغيل السليم لتوازن Cl وبالتالي تثبيط GABAergic الوظيفي. الفشل في التنظيم السليم ل KCC2 ضار وقد ارتبط بانتشار العديد من الأمراض العصبية ، بما في ذلك الصرع. وقد أحرز تقدم كبير فيما يتعلق بفهم الآليات التي ينطوي عليها تنظيم نظام KCC2، المعتمد لتطوير التقنيات التي تمكن الباحثين من دراسة وظائفه وأنشطته؛ إما عن طريق التحقيقات المباشرة (تقييم فسفرة المواقع التنظيمية للكيناز) أو التحقيقات غير المباشرة (مراقبة ومراقبة نشاط GABA). هنا ، يسلط البروتوكول الضوء على كيفية التحقيق في فسفرة KCC2 في المواقع التنظيمية للكيناز – Thr906 و Thr1007 – باستخدام تقنية النشاف الغربية. هناك طرق كلاسيكية أخرى تستخدم لقياس نشاط KCC2 مباشرة ، مثل أيون الروبيديوم ومقايسة امتصاص أيون الثاليوم. يتم استخدام تقنيات أخرى مثل الفيزيولوجيا الكهربية المشبك لقياس نشاط GABA. ومن ثم ، تعكس بشكل غير مباشر KCC2 المنشط و / أو المعطل كما هو موضح في تقييم توازن أيون الكلوريد داخل الخلايا. ستتم مناقشة بعض هذه التقنيات الإضافية بإيجاز في هذه المخطوطة.
الناقلات المشتركة لكلوريد البوتاسيوم 2 (KCC2) هي عضو في عائلة حاملات المذاب 12 (SLC12) من الناقلات المشتركة لكلوريد الكاتيون (CCCs) ، الموجودة حصريا في الخلايا العصبية وهي ضرورية للتشغيل السليم لتوازن Cl– وبالتالي تثبيط GABAergic الوظيفي1،2،3،4. إن الحفاظ على تركيز Cl- منخفض داخل الخلايا العصبية ([Cl-]i) عند 4-6 مللي متر بواسطة KCC2 يسهل γ-aminobutyric acid (GABA) / فرط استقطاب الجلايسين وتثبيط متشابك في الدماغ والحبل الشوكي5. ارتبط الفشل في التنظيم السليم ل KCC2 بانتشار العديد من الأمراض العصبية ، بما في ذلك الصرع4. علاوة على ذلك ، فإن انخفاض قذف Cl− بوساطة KCC2 وضعف فرط استقطاب GABAA و / أو التيارات بوساطة مستقبلات الجلايسين متورطة في الصرع وآلام الأعصاب والتشنج 6,7. يتم تعديل الخلايا العصبية KCC2 بشكل سلبي عن طريق فسفرة المخلفات التنظيمية الرئيسية داخل المجال داخل الخلايا الطرفية C بواسطة مركب إشارات كيناز كيناز1 المرتبط بالبرولين / الألانين الغني بالألانين (SPAK) / المستجيب للإجهاد التأكسدي (OSR) 1 ، والذي يسهل الحفاظ على نشاط GABA غير المستقطب في الخلايا العصبية غير الناضجة2،8،9 . يقوم WNK-SPAK / OSR1 بفسفرة بقايا ثريونين 906 و 1007 (Thr906 / Thr1007) وبالتالي يقلل من تنظيم التعبير الجيني mRNA ل KCC2 ، مما يؤدي إلى تدهور لاحق في وظيفته الفسيولوجية 8,10. والأهم من ذلك ، أنه من المعروف بالفعل أن مركب كيناز WNK-SPAK / OSR1 معروف بالفسفرة وتثبيطتعبير KCC2 1،2،4،11،12 ، وأن تثبيط مسارات إشارات مجمع الكيناز لفسفرة Thr906 / Thr1007 قد تم ربطه بزيادة التعبير عن جين KCC2 mRNA 13،14،15 . من المهم ملاحظة أن تنظيم التعبير العصبي KCC2 و Na + -K + -2Cl– cotransporters 1 (NKCC1) عبر فسفرة البروتين يعمل بشكل متزامن وفي أنماط عكسية1،4،16.
وقد أحرز تقدم ثابت وكبير فيما يتعلق بفهم الآليات التي ينطوي عليها تنظيم نظام KCC2، المعتمد لتطوير التقنيات التي تمكن الباحثين من دراسة وظائفه وأنشطته؛ إما عن طريق التحقيقات المباشرة (تقييم فسفرة المواقع التنظيمية للكيناز) أو التحقيقات غير المباشرة (مراقبة ومراقبة نشاط GABA). يسلط البروتوكول المقدم هنا الضوء على تطبيق تقنيات النشاف الغربية لدراسة وظائف وأنشطة الناقل العصبي K + -Cl- co-transporter KCC2 من خلال التحقيق في فسفرة الناقل المشترك في المواقع التنظيمية للكيناز Thr906/1007.
اللطخة الغربية هي طريقة تستخدم للكشف عن بروتينات معينة ذات أهمية من عينة من الأنسجة أو الخلية. تفصل هذه الطريقة أولا البروتينات حسب الحجم من خلال الرحلان الكهربائي. ثم يتم نقل البروتينات كهربائيا إلى دعامة صلبة (عادة غشاء) قبل تمييز البروتين المستهدف باستخدام جسم مضاد معين. يتم اقتران الأجسام المضادة بعلامات مختلفة أو أجسام مضادة مترافقة بالفلوروفور يتم اكتشافها باستخدام طرق القياس اللوني أو التلألؤ الكيميائي أو التألق. هذا يسمح باكتشاف بروتين مستهدف محدد من خليط من البروتينات. وقد استخدمت هذه التقنية لتوصيف المواقع الفوسفاتية النوعية ل KCCs1 واستخدمت لتحديد مثبطات الكيناز التي تثبط فسفرة KCC3 Thr991/Thr104817. باتباع هذا البروتوكول ، يمكن للمرء أن يكتشف على وجه التحديد KCC2 الكلي والمفسفر من تحلل الخلايا / الأنسجة. من حيث المبدأ ، يعد اكتشاف الأجسام المضادة المترافقة بالبروتين بواسطة هذه التقنية مفيدا للغاية لأنه يساعد على تحسين فهم الأنشطة التعاونية في مواقع الفوسفو في KCC2 ، والتي تلقي الضوء على الآليات الجزيئية المشاركة في لوائحها الفسيولوجية. يمثل التحليل الكمي للتعبير الكلي للبروتين وظيفة ونشاط KCC2. هناك طرق كلاسيكية أخرى تستخدم لقياس نشاط KCC2 مباشرة ، مثل أيون الروبيديوم ومقايسة امتصاص أيون الثاليوم. يتم استخدام تقنيات أخرى مثل الفيزيولوجيا الكهربية المشبك لقياس نشاط GABA. ومن ثم ، تعكس بشكل غير مباشر KCC2 المنشط و / أو المعطل كما هو موضح في تقييم توازن أيون الكلوريد داخل الخلايا.
تم استخدام العديد من الطرق لقياس أنشطة SLC12 من CCCs التي يتم التعبير عنها في الخلايا العصبية ، بما في ذلك KCC2. وقد ثبت أن العديد من هذه التقنيات تعزز المعرفة العلمية بشأن تحليل الأهمية الوظيفية لهذه الناقلات وأنماط هيكلها الوظيفي في مختلف الطفرات المرتبطة بالمرض. بشكل حاسم ، هناك مزايا ومحاذير…
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا العمل من قبل الجمعية الملكية في المملكة المتحدة (رقم المنحة. IEC \ NSFC \ 201094) ، ومنحة دكتوراه الكومنولث.
40% acrylamide | Sigma-Aldrich | A2917 | Used to make seperating and stacking gel for SDS-PAGE |
Ammonium Per Sulfate | Sigma-Aldrich | 248614 | Used to make seperating and stacking gel for SDS-PAGE |
anti pSPAK | Dundee University | S670B | Used as primary antibody for western blotting |
anti-KCC2 | Dundee University | S700C | Used as primary antibody for western blotting |
anti-KCC2 pSer940 | Thermo Fisher Scientific | PA5-95678 | Used as primary antibody for western blotting |
anti-KCC2 pThr1007 | Dundee University | S961C | Used as primary antibody for western blotting |
anti-KCC2 pThr906 | Dundee University | S959C | Used as primary antibody for western blotting |
anti-mouse | Cell Signalling technology | 66002 | Used as secondary antibody for western blotting |
anti-NKCC1 | Dundee University | S841B | Used as primary antibody for western blotting |
anti-NKCC1 pThr203/207/212 | Dundee University | S763B | Used as primary antibody for western blotting |
anti-rabbit | Cell Signalling technology | C29F4 | Used as secondary antibody for western blotting |
anti-sheep | abcam | ab6900 | Used as secondary antibody for western blotting |
anti-SPAK | Dundee University | S669D | Used as primary antibody for western blotting |
anti-β-Tubulin III | Sigma-Aldrich | T8578 | Used as primary antibody for western blotting |
Benzamine | Merck UK | 135828 | Used as component of lysis buffer |
Beta-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M3148 | Used as component of loading buffer and lysis buffer |
Bradford Coomasie | Thermo Scientific | 1856209 | Used for lysate protein quantification |
Casting apparatus | Atto | WSE-1165W | Used to run SDS-page electrophoresis |
Centrifuge | Eppendorf | 5804 | Used in lysate preparation |
Centrifuge | VWR | MicroStar 17R | Used for spinning samples |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650-100ML | Used for cell culture experiment |
Dried Skimmed Milk | Marvel | N/A | Used to make blocking buffer |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium – high glucose | Sigma-Aldrich | D6429 | Used for cell culture |
ECL reagent | Perkin Elmer | ORTT755/2655 | Used to develop image for western blotting |
EDTA | Fisher Scientific | D/0700/53 | Used as component of lysis buffer |
EGTA | Sigma-Aldrich | e4378 | Used as component of lysis buffer |
Electrophoresis Power Supply | BioRad | PowerPAC HC | To supply power to run SDS-page electrophoresis |
Ethanol | ThermoFisher | E/0650DF/17 | Used for preparing sterilized equipments and environment |
Fetal Bovine Serum - heat inactivated | Merck Life Sciences UK | F9665 | Used for cell culture |
Fumehood | Walker | A7277 | Used for cell culture |
Gel Blotting – Whatman | GE Healthcare | 10426981 | Used in western blotting to make transfer sandwich |
Glycine | Sigma-Aldrich | 15527 | Used to make buffers |
GraphPad Prism Software | GraphPad Software, Inc., USA | Version 6.0 | Used for plotting graphs and analysing data for western blotting |
HCl | Acros Organics | 10647282 | Used to make seperating and stacking gel for SDS-PAGE |
Heating block | Grant | QBT1 | Used to heat WB loading samples |
HEK293 cells | Merck UK | 12022001-1VL | Cell line for culture experiment |
ImageJ Software | Wayne Rasband and Contributors; NIH, USA | ImageJ 1.53e | Used to measure band intensities from western blotting images |
Imaging system | BioRad | ChemiDoc MP | Used to take western blotting images |
Incubator | LEEC | LEEC precision 190D | Used for cell culture |
Isopropanol | Honeywell | 24137 | Used in casting gel for electrophoresis |
L-glutamine solution | Sigma-Aldrich | G7513 | Used for cell culture |
Lithium dodecyl sulfate (LDS) | Novex | NP0008 | Used as loading buffer for western blotting |
MEM Non-essential amino acid | Merck Life Sciences UK | M7145 | Used for cell culture |
Microcentrifuge | Eppendorf | 5418 | Used for preparing lysates for WB |
Microplate reader | BioRad | iMark | Used for lysate protein concentration readout |
Microsoft Powerpoint | Microsoft, USA | PowerPoint2016 | Used to edit western blotting images |
Molecular Weight Marker | BioRad | 1610373 | Used for western blotting |
N-ethylmaleimide | Thermo Fisher Scientific | 23030 | Used for cell culture experiment |
Nitrocellulose membrane | Fisher Scientific | 45004091 | Used for western blotting |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140122 | Used for cell culture |
pH Meter | Mettler Toledo | Seven compact s210 | Used to monitor pH of buffer solutions |
Phenylmethylsulfonylfluoride (PMSF) | Sigma-Aldrich | P7626 | Used as component of lysis buffer |
Phosphate Buffer Saline | Sigma-Aldrich | D8537 | Used for cell culture |
PKCδ pThr505 | Cell Signalling technology | 9374 | Used as primary antibody for western blotting |
Sepharose Protein G | Generon | PG50-00-0002 | Used for immunoprecipitation |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | Used as component of wash buffer |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | Used to prepare TBS-T buffer |
Sodium Dodecyl Sulfate | Sigma-Aldrich | L5750 | Used to make seperating and stacking gel for SDS-PAGE |
sodium orthovanadate | Sigma-Aldrich | S6508 | Used as component of lysis buffer |
Sodium Pyruvate | Sigma-Aldrich | S8636 | Used for cell culture |
sodium-β-glycerophosphate | Merck UK | G9422 | Used as component of lysis buffer |
Staurosporine (from Streptomyces sp.) | Scientific Laboratory Supplies, UK | S4400-1MG | Used for cell culture experiment |
Sucrose | Scientifc Laboratory Supplies | S0389 | Used as component of lysis buffer |
TEMED | Sigma-Aldrich | T7024 | Used to make seperating and stacking gel for SDS-PAGE |
Transfer Chamber | BioRad | 1658005EDU | Used in western blotting to transfer protein on membrane |
Tris | Sigma-Aldrich | T6066 | Used to make seperating and stacking gel for SDS-PAGE |
Triton-X100 | Sigma-Aldrich | T8787 | Used as component of lysis buffer |
Trypsin-EDTA Solution | Merck Life Sciences UK | T4049 | Used for cell culture |
Tween-20 | Sigma-Aldrich | P3179 | Used as make TBS-T buffer |
Vacuum pump | Charles Austen | Dymax 5 | Used for cell culture |
Vortex | Scientific Industries | K-550-GE | Used in sample preparation |
Vortex mixer | Scientific Industries Ltd | Vortex-Genie K-550-GE | Used of mixing resolved sample |
Water bath | Grant Instruments Ltd. (JB Academy) | JBA5 | Used to incubate solutions |