نبض مطاردة تحليل سلاسل السكر N - الموصولة من جليكوبروتينات في خلايا الثدييات

ملخص

نحن تصف طريقة لتحليل تحوير N - مرتبطة glycans خلال السنوات الاولى من حياة جليكوبروتينات بعد الحيوي في خلايا الثدييات. ويتحقق ذلك من خلال نبض مطاردة تحليل عملية الأيض glycans المسمى ، وإطلاق سراح من الأنزيمية جليكوبروتينات والفحص بواسطة HPLC.

البروتوكول

ويهدف البروتوكول التالي لتحليل سلاسل من السكر جليكوبروتينات الكلي أو من بروتين سكري محددة من الفائدة. هذا الإجراء هو في الأساس نفسه لكلا الحالتين مع إجراء تعديلات قليلة كما هو مذكور في جميع أنحاء البروتوكول.

1. لوصفها الأيضية من N - مرتبطة glycans واحد يحتاج إلى استخدام الثقافة subconfluent من خلايا الثدييات نمت بين عشية وضحاها في صحن 90 مم لكل عينة (عينات قد تمثل نقطة زمنية مختلفة أو العلاج). هو الأمثل لهذا البروتوكول الخلايا NIH 3T3.
2. تجويع الخلايا للجلوكوز عن طريق حضانة في 5 مل من المتوسط ​​قبل حرارة (37 درجة مئوية) خالية من السكر الطازجة ، المزود مع FCS مدال 10 ٪ و 4 ملم لالبيروفات الصوديوم 5-15 دقائق.
3. استبدال المتوسطة التجويع مع 1 مل من قبل حرارة (37 درجة مئوية) خالية من السكر تحتوي على 400 μCi المتوسطة من ^[2-3 H] المسمى مانوز (أقل من 65 تركيز يستخدم μCi / مليلتر بالنسبة لوضع العلامات على جليكوبروتينات الإجمالي) ، واحتضان الخلايا في نسيج الثقافة الظروف العادية لمدة 1 ساعة.
4. إزالة العلامات المتوسطة من كل عينة ، وإضافة بعناية 2 مل من برنامج تلفزيوني في 4 درجات مئوية الى العينات المطابقة لنبض ووضعها على الجليد (ويشار إلى أن هذه العينات والبقول) ، في حين أن العينات المطابقة لمطاردة يلزم تشطف 3 مرات مع 2 مل من قبل حرارة (37 درجة مئوية) العادي المتوسط ​​ثقافة كاملة ، ومن ثم وضعها في حاضنة ₂ أكسيد الكربون عند 37 درجة مئوية مع 5 مل من قبل حرارة متوسطة لفترات منتظمة لمطاردة المطلوب.
5. شطف عينات نبض (وضعت في وقت سابق على الجليد) 3 مرات مع 2 مل من الجليد الباردة برنامج تلفزيوني. ثم يتم كشط الخلايا قبالة صحن في برنامج تلفزيوني مل 2 باستخدام مكشطة الخلية ، ووضعها في أنبوب إيبندورف 2 مل.
6. قصيرة تدور في الخلايا 16000Xg (60-10 ثانية) ، تجاهل طاف بيليه وتجميد الخلايا في -80 درجة مئوية.
7. تنفيذ الخطوات 5 و 6 أيضا على عينات من مطاردة في نهاية الوقت مطاردة.
8. إزالة الخلايا من الثلاجة وليز لهم باضافة 300 ألف ميكرولتر من العازلة ، واحتضان vortexing لفترة وجيزة لمدة 20 دقيقة على الجليد ، أو في حالة تحليل جليكوبروتينات الكلي ، من خلال احتضان 20 دقيقة على الجليد مع B العازلة ، تليها صوتنة (4 مرات و 10 ثانية ، والحد الأقصى السعة) ، وتغلي ثم عينات ل5min.
9. أجهزة الطرد المركزي في lysates في 16000Xg لمدة 20 دقيقة في درجة مئوية 4 طاف لنقل أنبوب إيبندورف جديدة وتجاهل بيليه.
10. إذا كان مجموع تحليل جليكوبروتينات ، انتقل إلى الترشيح الجزيئية وdeglycosylation (الخطوة 17). للمناعي للبروتين سكري H2A أظهر هنا ، إضافة 20l/sample من (Repligen) البروتين A - agarose تعليق الخرز 1:01 و 3 ميكروليتر / لدينا عينة من الأرانب ضد متعدد النسائل H2A المضادة للبروتين سكري المطلوب (الضد لدينا في مكافحة H2A المثال ) ، لطاف من الخطوة 9.
11. احتضان العينات المطلوبة لل4-16 ساعات في 4 درجات مئوية ، والخلط باستمرار دوران بطيء.
12. تدور باستمرار في حبات 16000Xg لمدة 30 ثانية ، وإزالة بعناية الفراغ طاف به.
13. شطف الخرز ، وذلك بإضافة 500 ميكروليتر D العازلة وvortexing. تدور كما في الخطوة 12 وإزالة طاف. تكرار غسيل 3 مرات.
14. إضافة 10μl العازلة تغيير طبيعة (مرفق مع عدة إندو NEB - H) إلى بيليه حبة وتغلى العينات لمدة 5 دقائق (عندما يتم تحليل البروتينات الكلية ، يتم تنفيذ deglycosylation على تصفية Microcon ، الخطوة 17).
15. تدور باستمرار الخرز (16000Xg لمدة 30 ثانية) ، ونقل في أنبوب طاف إيبندورف جديدة. ثم تضاف 0.5μl إنزيم H إندو لكل عينة مع 10 ميكرولتر من المنطقة العازلة التفاعل (زودت أيضا مع عدة NEB إندو H) ، وحضنت العينات عند 37 درجة مئوية لمدة 3 ساعات.
16. لفصل glycans المفرج عنهم من البروتينات ، ويتم تخفيف العينة 5 مرات مع الماء منزوع الأيونات ووضعها على رأس مرشح الجزيئي (Microcon Ultracel YM30) ، مع 30kDa قطع ، ثم طرد في 14000Xg لمدة 3 دقائق. تطبيق 50μl من الماء منزوع الأيونات والطرد المركزي تكرار العينات. ويتكرر هذا الاخفاق 2 مرات أكثر ، والحفاظ على التدفق من خلال.
17. إذا كنت تحليل جليكوبروتينات مجموع تطبيق طاف للlysates (من الخطوة 9) لتصفية Microcon. غسل استخراج مع 100 ميكرولتر من E العازلة ، و 3 مرات عن طريق الطرد المركزي في 14000Xg المتكررة لمدة 3 دقائق. إضافة 3 ميكرولتر من 10X إندو العازلة رد فعل H و 1.5 ميكرولتر من أنزيم H إندو إلى retentate Microcon ، واحتضان لمدة 3 ساعات في 37 درجة مئوية. وeluted في glycans إصداره مع منزوع الأيونات الماء بنسبة 3 centrifugations المتكررة ، كما في الخطوة 16.
18. إذا رغبت في ذلك ، ثم يتم تحضين retentates من الخطوات 16 و 17 ، التي تحتوي على إندو H - مقاومة جليكوبروتينات مع 200mU من N - F غليكوزيداز في 15 ميكرولتر من C العازلة ، على 37 درجة مئوية لمدة 16 ساعة. يتم شطف مع الماء منزوع الأيونات كما في الخطوة 16.
19. وضع أنبوب يحتوي على رد فعل H إندو التدفق من خلال (الخطوات 16 و 17) في المكثف SpeedVacوالعينات الجافة تماما (يمكن القيام بذلك تصل إلى 45 درجة مئوية لتسريع هذه العملية).
20. لتحضير العينات لHPLC ، resuspend الكريات الجافة في 12 ميكرولتر من المذيب HPLC (أسيتونتريل : المياه ، 60:40 ، 1 ٪ حامض الفوسفوريك).
21. ضبط جهاز HPLC (متصلا إلى العمود Spherisorb) إلى تدفق مستمر من المذيب (1 مل / دقيقة) وضغط (قيمة معينة بين عامي 1000 و 2000 رطل) ، ومكان جامع الكسر لتغيير أنبوب كل 1 دقيقة.
22. تحميل العينات في جهاز HPLC وبدء جمع جزء واحد.
23. جمع 48 كسور 1 مل من العينة وتشغيل كل من سلسلة من خليط oligosaccharide القياسية.
24. نقل 500 ميكرولتر من كل جزء إلى قارورة التلألؤ ، وتخلط محتويات مع 3 مل من السوائل غير قابلة للامتزاج المياه التلألؤ.
25. تحميل وقراءة في قارورة عداد التلألؤ.
26. يتم رسم حرف في الدقيقة قراءات بوصفها وظيفة من عدد الكسر.
27. قيم الاجتماع التحضيري للمؤتمر خلال ذروة تمثل أنواع محددة غليكان على النحو التالي : 18-21 الكسور تتوافق مع M5 ، M6 لكسور 22-26 ، 27-31 لM7 الكسور ، الكسور إلى M8 32-35 ، 36-39 لكسور M9 ، 40-42 الكسور والكسور لG1M9 43-45 لG2M9.
28. مجموع القيم CPM عن كسور في كل ذروة يعكس القيمة المطلقة من الأنواع غليكان محددة. من أجل التعويض عن حقيقة أن أكثر الأنواع التي تحتوي على مخلفات مانوز اكتساب مزيد من التسمية ، "مبلغ المولي النسبي" من كل الأنواع غليكان تحسب على النحو التالي : المبلغ المطلق من كل الأنواع غليكان هو مقسوما على عدد من البقايا مانوز أنه يحتوي . ثم يتم تقسيم هذه القيمة على مجموع المبالغ المولي النسبي من جميع الأنواع التي تم الحصول عليها غليكان للحصول على "النسبة المئوية من مجموع" لكل الأنواع غليكان محددة.

مطاردة (ح)	0	4
أصدرت مع H إندو (CPM) و	90000	16800
أصدرت مع N - F غليكوزيداز (CPM) ب	20400	3900
جليكوبروتينات في retentate (CPM) ج	371700	127695
Dolichol - oligosaccharides في retentate (CPM) د	4350	540
Dolichol - oligosaccharides في retentate (٪) ه	1.4 ± 0.7	0.2 ± 0.2

الجدول 1. الافراج عن تحليل سلاسل السكر N - ترتبط deglycosidases وبحضور dolichol - oligosaccharides في عينات بروتين سكري.

طبقنا الإجراء نبض مطاردة لlysate من خلايا NIH 3T3. بعد الترشيح Microcon ، أفرج عن المسمى N - oligosaccharides مرتبطة بشكل رئيسي مع H إندو بعد وضع العلامات نبض (نوع مانوز عالية) ومع مزيد من العلاج مع N - F غليكوزيداز بعد فترة المطاردة ، التي من شأنها أن تتوافق مع نوع معقد (غولجي المجهزة glycans) إندو oligosaccharides H مقاومة. هذا التحليل الكمي قرر أن dolichol - oligosaccharides ، تمثل جزءا لا يكاد يذكر من التسمية في retentate الأولي.

ملاحظات :

1. وكانت الخلايا NIH 3T3 المسمى مع نبض ^[2-3 H] مانوز وطاردت مع متوسط ​​كاملة. بعد تحلل الخلايا والترشيح من خلال Microcon YM30 ، أفرج عن ارتفاع مانوز N - مرتبطة oligosaccharides من retentates بواسطة حضانة مع حاء إندو
2. وقد حضنت ثم إندو H - مقاومة المواد في retentates Microcon من (أ) مع N - F غليكوزيداز oligosaccharides وأفرج عنه في عداد قياس التلألؤ.
3. retentates Microcon تم الحصول عليها في الفقرة (أ) قبل العلاج H إندو ، تم استخراج 4 مرات بالكلوروفورم : الميثانول : الماء لإزالة 10:10:03 glycolipids السلائف والمواد unextracted solubilized في 1N هيدروكسيد الصوديوم وعدها في عداد التلألؤ.
4. وتنقيته من Dolichol - oligosaccharides مقتطفات من صفها بأنها (ج) في (1) وتحسب في عداد التلألؤ.
5. بمعدل 3 في المئة من التجارب لdolichol - oligosaccharides (د) من المجموع في الاجتماع التحضيري للمؤتمر retentate (ج + د).

ممثل النتائج

الشكل 1. نبض مطاردة تحليل جليكوبروتينات مجموع NIH 3T3 في الخلايا غير المعالجة ، وبناء على تثبيط proteasomal 1H بعد وضع العلامات مع نبض ^[2-3 H] حصلنا على ملف تعريف المتوقع مع بعض glucosylatedالسلائف المتبقية ₍₂ GLC مان ₉ GlcNAc ₂ (G2M9) وG1M9) ، ولكن معظم التسمية موجودة في M9 والأنواع M8 ، وهذا الأخير هو نتيجة لخفض السكر في كل واحد بقايا مانوز (الشكل 1 أ). تم الكشف عن أية مجانا السلائف مانوز الصغيرة أو غيرها ، مما يدل على شمولية عملية تنقية. بعد مطاردة طويلة بدلا 8h كان هناك المزيد من التشذيب واسعة النطاق إلى 6 - M7 وكمية صغيرة من M5 ، ولكن الأنواع الرئيسية لا تزال M9 وM8 (الشكل 1 ب). فإن كان قد تم مطاردة في وجود المانع proteasomal (30 ميكرومتر MG - 132) ، لم يكن هناك سوى تراكم بسيط من هذه الأنواع نفسها قلص (الشكل 1 جيم).

الشكل 2. التحليل الكمي لسلاسل السكر من اراد ان الركيزة مقارنة جليكوبروتينات الإجمالي. (أ) في تجربة مشابهة لتلك الموجودة في الشكل 1 ، وحسبت المبالغ المولي النسبي لكل الأنواع oligosaccharide على أساس المحتوى مانوز. كان علينا تحويل القيم التي تم الحصول عليها عن كل حرف في الدقيقة الأنواع غليكان ، ثم تآمر في المئة من كل الأنواع النسبي لمجموع المبالغ الإجمالية المولي النسبي لجميع الحاضرين الأنواع بوصفها وظيفة من الوقت مطاردة لمدة متوسطها تجربتين (B) مماثلة (أ) إلا أن المفرج عنهم من glycans H2A الركيزة ASGPR اراد حللت بعد وضع العلامات النبض ومطاردة لمدة تصل إلى 4H ، في وجود أو عدم وجود المانع proteasomal MG - 132 (C) لمطاردة القيم 4H في الوجود من MG - 132 من (أ) و (B) لتتم مقارنة H2A ASGPR وتجمع بروتين سكري (D) ومخطط لسلسلة N - السكر مرتبط التشذيب العمليات في لائحة. عمليات التشذيب السكر التي تؤدي إلى 5 - M6 ترتبط البروتينات (R) التي تستهدف اراد مقارنة M9 - 8 على تلك التي للخروج إلى غولجي وخارجها. وتشير النتائج إلى أن يرتبط بعملية اراد مع مانوز تقليم N - glycans لانتاج الأنواع 5-6 مع بقايا مانوز المتبقية.

المناقشة

تحليل نبض مطاردة glycans في الخلايا الحية مع الفصل HPLC يوفر طريقة لدراسة ديناميات التعديلات الهيكلية oligosaccharide طوال حياة بروتين سكري. هناك أدلة متزايدة على أن يتم تضمين هذه التعديلات في إنتاج الإشارات للطي ER ، ومراقبة الجودة ونظم الاتجار ^2-5. ويمكن تطبيق الأسلوب ليس فقط بالنسبة للبروتين سكري محددة من الفائدة ولكن أيضا لتحليل ديناميات هيكل جليكوبروتينات الكلي ، كما هو موضح في هذه المقالة ، حيث قارنا مصير المتناقضة من ركيزة معينة واراد ان تجمع بروتين سكري الخلوية ...

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
وحدة التحكم في نظام توصيل المذيبات المتعددة 600E	واترز	WAT062710
أسيتونيتريل LiChrosolv (درجة التدرج للكروماتوغرافيا السائلة)	Merck &وشركاه، إنك.	1.0003
Microcon Amicon Ultra 0.5 ml 30K أو Centricon ultracel YM-30	EMD Millipore	UFC503024 أو 4208
جهاز تركيز 5301، يتضمن دواراً بزاوية ثابتة سعة 48 × 1.5 / 2.0 مل	Eppendorf	5301 000.016
F المدىَلزة (Dialyzed F)–مصل عجل مجمع	الصناعات البيولوجية	04-011-1A
دولبيكو’وسط إيغل المعدل’وسط مزارع خلوية	GIBCO، من إنتاج Life Technologies	41965039
دولبيكو’وسط إيغل المعدل’وسط خالي من الجلوكوز	Sigma-Aldrich	D5030
دالبكو’المحلول الملحي المنظم بالفوسفات (PBS)	Sigma-Aldrich	D1408
ملح ثنائي صوديوم EDTA (Titriplex Iii)	Merck & Co., Inc.	1084180250
طقم Endo Hf (١,٠٠٠,٠٠٠ وحدة/مل)	New England Biolabs	p0703S
فـ–مصل عجل جنيني (FCS)	الصناعات البيولوجية	04-001-1A
جامع الكسور Frac-100	Amersham	18-1000-77
أنظمة عد الومضان السائل LS 6500	Beckman Coulter Inc.	510720
مانوز، D-[2-3H(N)]- (النشاط النوعي: 15-30 كوري/ملي مول)	PerkinElmer, Inc.	NET570A
إن-كربوبنزوكسيل-ليوسينيل-ليوسينيل-ليوسينال (MG-132)	Calbiochem	474790
إنزيم N-glycosidase F (1000 وحدة/مل)	مجموعة روش	11365177
ن-أوكتيل جلوكوزيد	Sigma-Aldrich	O3757
خلايا NIH 3T3	American Type Culture Collection	CRL-1658
أوبتي-فلور (Opti-Flour)	PerkinElmer, Inc.	6013199
محلول حمض الفوسفوريك (49-51%، مخصص لتقنية HPLC)	Fluka	79607
مزيج مثبطات البروتياز	Sigma-Aldrich	P2714
خرزات البروتين A-سيفاروز (Protein A-Sepharose beads)	Repligen	IPA300
جسم مضاد متعدد النسائل من الأرنب مضاد للنهاية الكربوكسيلية لبروتين H2 6
ديوكسيكولات الصوديوم	Sigma-Aldrich	30970
دوديسيل كبريتات الصوديوم	Bio-Rad	161-0301
فوسفات الصوديوم	Sigma-Aldrich	342483
محلول بيروفات الصوديوم (100 ملي مولار)	Sigma-Aldrich	S8636
عمود Spherisorb NH2، 5 μم، 4.6 × 250 مم	واترز	PSS831115
Triton X-100	VWR	306324N
أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية Vibra-Cell طراز VCX 750	Sonics and Materials, Inc.	690-003
<قوي>المحلول المنظم أ: 1% Triton X-100، و0.5% وزن/حجم sodium deoxycholate، ومزيج مثبطات البروتياز (Protease inhibitor cocktail) بنسبة 2% حجم/حجم في المحلول الملحي المنظم بالفوسفات (PBS)
<قوي>المحلول المنظم ب: 0.5% وزن/حجم SDS، مزيج مثبطات البروتياز بتركيز 2% حجم/حجم في محلول PBS
<قوي>المحلول المنظم C: محلول منظم لتفاعل N-glycosidase F: 200 مللي مولار Na3أكسيد الفوسفور4، pH 8.0، 4 ملي مولار EDTA، 1.5% N-octylglucoside
خلايا NIH 3T3 التي تعبر بشكل مستقر عن H2a 6
<قوي>المحلول المنظم د: 0.5% Triton X-100، و0.25% وزن/حجم من ديوكسيكولات الصوديوم، و0.5% وزن/حجم من SDS، ومزيج مثبطات البروتياز بنسبة 2% حجم/حجم في PBS
<قوي>المحلول المنظم E: 0.5% وزن/حجم SDS، 1% حجم/حجم 2-Mercaptoethanol–إيثانول، مزيج مثبطات البروتياز بنسبة 2% حجم/حجم في محلول PBS
2-مركابتـو–إيثانول	Sigma-Aldrich	M3148