הפרוטוקול הנוכחי מדגיש את היישום של טכניקת כתם מערבית כדי לחקור את הפונקציות והפעילויות של קו-טרנספורטר K-Cl עצבי KCC2. הפרוטוקול מתאר את חקירת הזרחון KCC2 באתרים רגולטוריים של קינאז Thr906/1007 באמצעות כתם מערבי. כמו כן, שיטות נוספות לאישור פעילות KCC2 מודגשות בקצרה בטקסט זה.
אשלגן כלורי cotransporters 2 (KCC2) הוא חבר במשפחת נשאים מומסים 12 (SLC12) של קטיון-כלוריד-cotransporters (CCCs), הנמצא באופן בלעדי בנוירון והוא חיוני לתפקוד תקין של Cl– הומאוסטזיס וכתוצאה מכך עיכוב GABAergic פונקציונלי. כישלון בוויסות תקין של KCC2 הוא מזיק ונקשר לשכיחות של מספר מחלות נוירולוגיות, כולל אפילפסיה. חלה התקדמות ניכרת בכל הנוגע להבנת המנגנונים המעורבים ברגולציה של KCC2, המוסמכים לפיתוח טכניקות המאפשרות לחוקרים לחקור את תפקידיו ופעילויותיו; או באמצעות חקירות ישירות (הערכת פוספורילציה באתרים רגולטוריים של קינאז) או בעקיפין (תצפית וניטור פעילות GABA). כאן, הפרוטוקול מדגיש כיצד לחקור זרחון KCC2 באתרים רגולטוריים של קינאז – Thr906 ו- Thr1007 – באמצעות טכניקת כתם מערבית. ישנן שיטות קלאסיות אחרות המשמשות למדידה ישירה של פעילות KCC2, כגון יון רובידיום ובדיקת ספיגת יוני תליום. טכניקות נוספות כגון טלאי-מהדק-אלקטרופיזיולוגיה משמשות למדידת פעילות GABA; לפיכך, משקף בעקיפין KCC2 מופעל ו / או מומת כפי שנודע על ידי הערכה של הומאוסטזיס יון כלוריד תוך תאי. כמה מהטכניקות הנוספות הללו יידונו בקצרה בכתב יד זה.
אשלגן כלורי cotransporters 2 (KCC2) הוא חבר במשפחת נשאים מומסים 12 (SLC12) של קטיון-כלוריד-cotransporters (CCCs), הנמצא באופן בלעדי בנוירון והוא חיוני לתפקוד תקין של Cl– הומאוסטזיס וכתוצאה מכך עיכוב GABAergicתפקודי 1,2,3,4. שמירה על ריכוז Cl תוך-עצבי נמוך ([Cl-]i) ב-4-6 mM על-ידי KCC2 מקלה על γ-חומצה אמינו-בוטירית (GABA)/גליצין היפרפולריזציה ועיכוב סינפטי במוח ובחוט השדרה5. כישלון בוויסות תקין של KCC2 נקשר לשכיחות של מספר מחלות נוירולוגיות, כולל אפילפסיה4. יתר על כן, ירידה בשחול Cl− בתיווך KCC2 ופגיעה בהיפר-פולריזציה של GABAA ו/או זרמים בתיווך קולטן גליצין היו מעורבים באפילפסיה, כאב נוירופתי וספסטיות 6,7. KCC2 עצבי מווסת באופן שלילי באמצעות זרחון של שאריות רגולטוריות מרכזיות בתחום התוך-תאי של מסוף C שלו על-ידי פרולין/אלנין (SPAK)/קומפלקס קינאז חמצוני מגיב לעקה חמצונית (OSR), המאפשר שמירה על פעילות GABA דה-פולריזציה בתאי עצב לא בשלים 2,8,9 . הזרחון WNK-SPAK/OSR1 משמיט שאריות תראונין 906 ו-1007 (Thr906/Thr1007) ולאחר מכן מפחית את ביטוי הגן mRNA של KCC2, מה שמוביל להידרדרות בתפקוד הפיזיולוגי שלו 8,10. חשוב מכך, עם זאת, זו כבר עובדה שקומפלקס הקינאז WNK-SPAK/OSR1 ידוע כזרחן ומעכב ביטוי KCC2 1,2,4,11,12, וכי העיכוב של מסלולי האיתות המורכבים של קינאז לזרחן Thr906/Thr1007 נקשר לביטוי מוגבר של הגן KCC2 mRNA13,14,15 . חשוב לציין כי ויסות הביטוי העצבי KCC2 ו-Na+-K+-2Cl– cotransporters 1 (NKCC1) באמצעות זרחון חלבונים פועל במקביל ובתבניות מנוגדות 1,4,16.
חלה התקדמות עקבית וניכרת בכל הנוגע להבנת המנגנונים המעורבים ברגולציה של KCC2, המוסמכים לפיתוח טכניקות המאפשרות לחוקרים לחקור את תפקידיו ופעילויותיו; או באמצעות חקירות ישירות (הערכת פוספורילציה באתרים רגולטוריים של קינאז) או בעקיפין (תצפית וניטור פעילות GABA). הפרוטוקול המוצג כאן מדגיש את היישום של טכניקות הכתמה המערביות כדי לחקור את הפונקציות והפעילויות של K+-Cl– טרנספורטר משותף עצבי KCC2 על ידי חקירת הזרחון של הקוטרנספורטר באתרי הרגולציה של קינאז Thr906/1007.
כתם מערבי הוא שיטה המשמשת לזיהוי חלבונים ספציפיים בעלי עניין מדגימה של רקמה או תא. שיטה זו מפרידה תחילה את החלבונים לפי גודל באמצעות אלקטרופורזה. לאחר מכן החלבונים מועברים אלקטרופורטית לתמיכה מוצקה (בדרך כלל קרום) לפני שחלבון המטרה מסומן באמצעות נוגדן ספציפי. הנוגדנים מצומדים לתגים שונים או לנוגדנים מצומדים לפלואורופור המזוהים באמצעות שיטות colorimetric, chemiluminescence או פלואורסצנטיות. זה מאפשר לזהות חלבון מטרה ספציפי מתערובת של חלבונים. טכניקה זו שימשה לאפיון אתרים זרחניים של KCCs1 ושימשה לזיהוי מעכבי קינאז המעכבים זרחון KCC3 Thr991/Thr104817. על ידי ביצוע פרוטוקול זה, ניתן לזהות באופן ספציפי KCC2 כולל וזרחני מליסאטות תאים/רקמות. באופן עקרוני, זיהוי נוגדנים מצומדים לחלבון בטכניקה זו הוא בעל חשיבות רבה מכיוון שהוא מסייע לשפר את ההבנה של פעילויות שיתופיות באתרי הפוספו של KCC2, אשר שופך אור על המנגנונים המולקולריים המעורבים בתקנות הפיזיולוגיות שלהם. הניתוח הכמותי של ביטוי החלבון הכולל מייצג את הפונקציה והפעילות של KCC2. ישנן שיטות קלאסיות אחרות המשמשות למדידה ישירה של פעילות KCC2, כגון יון רובידיום ובדיקת ספיגת יוני תליום. טכניקות נוספות כגון טלאי-מהדק-אלקטרופיזיולוגיה משמשות למדידת פעילות GABA; לפיכך, משקף בעקיפין KCC2 מופעל ו / או מומת כפי שנודע על ידי הערכה של הומאוסטזיס יון כלוריד תוך תאי.
שיטות רבות שימשו למדידת הפעילות של SLC12 של CCCs המתבטאים בתאי העצב, כולל KCC2. רבות מהטכניקות הללו הוכיחו את עצמן כמשפרות את הידע המדעי על ניתוח הרלוונטיות התפקודית של מובילים אלה ודפוסי המבנה-תפקוד שלהם במוטציות שונות הקשורות למחלות. באופן קריטי, ישנם יתרונות ואזהרות לשיטות השונות21</…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי החברה המלכותית בבריטניה (מענק מס’ IEC\NSFC\201094), ומלגת דוקטורט של חבר העמים הבריטי.
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 |