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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
该协议提出了一种从解剖的小鼠胚胎面部过程或培养的小鼠胚胎腭间充质细胞中分离全细胞蛋白裂解物并随后进行蛋白质免疫印迹以评估磷酸化蛋白水平的方法。
哺乳动物颅面发育是一个复杂的形态学过程,在此期间,多个细胞群协调以产生额鼻骨骼。这些形态学变化是通过各种信号传导相互作用开始和维持的,其中通常包括激酶的蛋白质磷酸化。这里,提供了两个生理相关上下文的例子,其中研究了哺乳动物颅面发育过程中蛋白质的磷酸化:小鼠面部过程,特别是E11.5上颌骨过程,以及来自E13.5次级腭架的培养小鼠胚胎腭间充质细胞。为了克服蛋白质分离过程中去磷酸化的常见障碍,讨论了对允许分离磷酸化蛋白的标准实验室方法的适应性和修饰。此外,还提供了在全细胞蛋白裂解物进行蛋白质免疫印迹后对磷酸化蛋白进行适当分析和定量的最佳实践。这些技术,特别是与药理学抑制剂和/或小鼠遗传模型相结合,可用于更深入地了解颅面发育过程中活性的各种磷酸化蛋白的动力学和作用。
哺乳动物颅面发育是一个复杂的形态学过程,在此期间,多个细胞群协调以产生额鼻骨骼。在小鼠中,该过程始于胚胎日(E)9.5,形成额鼻突出和成对的上颌骨和下颌过程,每个过程都包含迁移后颅神经嵴细胞。外侧和内侧鼻突起源于额鼻突出,伴有鼻坑的出现,最终融合形成鼻孔。此外,内侧鼻突和上颌突融合以产生上唇。同时,腭生成始于E11.5时从上颌过程的口腔侧形成不同的生长 - 次级腭架。随着时间的推移,腭架在舌头的两侧向下生长,上升到舌头上方的相反位置,并最终在中线融合形成连续的腭,将鼻腔和口腔分开E16.51。
这些在整个颅面发育过程中的形态变化是通过各种信号传导相互作用开始和维持的,其中通常包括激酶的蛋白质磷酸化。例如,细胞膜受体,例如转化生长因子(TGF)-β受体的亚家族,包括骨形态发生蛋白受体(BMPRs)和各种受体酪氨酸激酶(RTK)家族,在颅神经嵴细胞中的配体结合和激活时自磷酸化2,3,4.此外,G蛋白偶联的跨膜受体平滑在颅神经嵴细胞和颅面外胚层中磷酸化,声波刺猬(SHH)配体与Patched1受体结合,导致睫状膜处平滑积聚和SHH途径激活5。这种配体-受体相互作用可以通过颅面环境中的自分泌、旁分泌和/或并列子碱信号传导发生。例如,已知BMP6在软骨细胞分化6期间以自分泌方式发出信号,而成纤维细胞生长因子(FGF)8在咽弓外胚层中表达,并与以旁分泌方式在咽弓间充质中表达的RTK家族的FGF家族成员结合,以启动咽弓的图案化和生长7,8,9,10.此外,当跨膜Delta和/或锯齿状配体与邻近细胞上的跨膜Notch受体结合时,在颅面骨骼发育过程中,通过并列他克林信号传导在软骨细胞和成骨细胞中激活Notch信号传导,随后被切割和磷酸化11。然而,还有其他配体和受体对对颅面发育很重要,它们具有在自身分泌和旁分泌信号传导中起作用的灵活性。例如,在鼠牙形态发生期间,血小板衍生生长因子(PDGF)-AA配体已被证明以自分泌方式发出信号以激活牙釉质器官上皮12中的RTK PDGFRα。相反,在妊娠中期的鼠面部过程中,编码配体PDGF-AA和PDGF-CC的转录本在颅面外胚层中表达,而PDGFRα受体在潜在的颅神经嵴衍生的间充质中表达,导致旁分泌信号传导13,14,15,16,17.无论信号传导机制如何,这些受体磷酸化事件通常导致接合蛋白和/或信号分子的募集,这些分子经常自身被磷酸化以引发细胞内激酶级联反应,例如丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径18,19。
然后,这些级联的末端细胞内效应子可以磷酸化一系列底物,例如转录因子,RNA结合,细胞骨架和细胞外基质蛋白。Runx220,Hand121,Dlx3 / 522,23,24,Gli1-325和Sox926 是颅面发育中磷酸化的转录因子之一。这种翻译后修饰(PTM)可以直接影响对替代PTM的敏感性,二聚化,稳定性,裂解和/或DNA结合亲和力,以及其他活性20,21,25,26。此外,RNA结合蛋白Srsf3在颅面发育的背景下被磷酸化,导致其核易位27。一般而言,RNA结合蛋白的磷酸化已被证明会影响其亚细胞定位,蛋白质 - 蛋白质相互作用,RNA结合和/或序列特异性28。此外,肌动肌肽的磷酸化可导致整个颅面发育过程中的细胞骨架重排29,30,并且细胞外基质蛋白的磷酸化,例如小的整合素结合配体N-连接的糖蛋白,有助于骨骼发育过程中的生物矿化31。通过上述和许多其他例子,很明显,在颅面发育过程中,蛋白质磷酸化具有广泛的意义。添加额外的调节水平,蛋白质磷酸化通过磷酸酶进一步调节,其通过去除磷酸基团来抵消激酶。
受体和效应分子水平上的这些磷酸化事件对于信号通路的传播至关重要,并最终导致细胞核中基因表达的变化,驱动特定的细胞活动,如迁移,增殖,存活和分化,从而导致哺乳动物面部的适当形成。鉴于蛋白质与激酶和磷酸酶相互作用的背景特异性,PTMs的变化及其对细胞活性的影响,在生理相关环境中研究这些参数以完全了解磷酸化事件对颅面发育的贡献至关重要。这里提供了研究蛋白质磷酸化并因此在哺乳动物颅面发育过程中信号通路激活的两种情况的示例:小鼠面部过程,特别是E11.5上颌过程,以及来自E13.5次级腭架的培养小鼠胚胎腭间充质细胞 - 主要32 和永生化33.在E11.5中,上颌突处于与外侧和内侧鼻突1融合的过程中,从而代表了小鼠颅面发育过程中的关键时间点。此外,这里选择了上颌骨过程和来自腭架的细胞,因为后者的结构是前者的衍生物,从而为研究人员提供了在相关背景下 在体内 和 体外 询问蛋白质磷酸化的机会。然而,该协议也适用于替代面部过程和发育时间点。
研究磷酸化蛋白质的一个关键问题是,在蛋白质分离过程中,它们很容易被丰富的环境磷酸酶去磷酸化。为了克服这一障碍,讨论了允许分离磷酸化蛋白质的标准实验室方法的适应性和修改。此外,还提供了对磷酸化蛋白质进行正确分析和定量的最佳实践。这些技术,特别是与药理学抑制剂和/或小鼠遗传模型结合使用,可用于更深入地了解颅面发育过程中活跃的各种信号通路的动力学和作用。
所有涉及动物的程序均由科罗拉多大学安舒茨医学院的机构动物护理和使用委员会(IACUC)批准,并按照机构指南和法规进行。雌性129S4小鼠在1.5-6月龄下饲养在21-23°C的亚热中性温度下用于胚胎收获。该协议的工作流程示意图如图 1所示。有关本方案中使用的所有材料、设备、软件、试剂和动物的详细信息,请参阅材料 表 。
1. 收获E11.5小鼠胚胎
2. 从E11.5小鼠胚胎中解剖上颌过程
3. 从小鼠上颌骨过程中分离全细胞蛋白裂解物
4. 从原代和/或永生化小鼠胚胎腭间充质(MEPM)细胞中分离全细胞蛋白裂解物
注:从E13.5小鼠胚胎和永生MEPM细胞中分离和培养原代MEPM细胞的先前已描述32,33,34。用生长因子刺激细胞(步骤4.1-4.7)可以在细胞裂解之前进行。如果需要未受刺激的细胞,请继续执行下面的步骤4.8。
5. 蛋白质印迹来自小鼠面部过程和/或MEPM细胞的全细胞蛋白裂解物以用于磷酸化蛋白
当试图表征从小鼠面部过程和/或培养的腭间充质细胞中分离的蛋白质的磷酸化时,理想的结果将在蛋白质印迹后显示一个独特的,可重复的条带,该抗体在相应总蛋白带的高度或附近运行(图3).然而,如果发生蛋白质的广泛磷酸化,与总蛋白质条带相比,磷酸蛋白条带可能会有轻微的向上移动。此外,如果一个组织中存在蛋白质的多个亚型,每个亚型都被磷酸化,或者该蛋白质可变地受到额外的PTM的影响,则蛋白质印迹中可能出现具有抗磷酸化蛋白抗体的多个条带。如果没有观察到感兴趣的磷酸化蛋白的信号,尽管检测到感兴趣的总蛋白,该蛋白可能不会在所选上下文中磷酸化,或者方案可能出现了技术问题。在后一种情况下,可以使用抗磷酸丝氨酸/苏氨酸和/或抗磷酸酪氨酸抗体进行全细胞裂解物的蛋白质印迹,以表明方案是否按预期工作。由于蛋白质的磷酸化在颅面组织中含量丰富25,37,因此多个磷酸化蛋白条带的存在将表明方案的成功完成和初始筛选的准确结果。
比较野生型和突变型胚胎组织之间的磷酸化蛋白水平或响应培养细胞的治疗通常是有用的。在前一种情况下,基因型之间磷酸化蛋白水平的差异将显示为具有相似水平的感兴趣磷酸化蛋白的条带强度差异27。在后一种情况下,与使用例如生长因子(图3)治疗时未经治疗的细胞相比,代表性结局将显示磷酸蛋白条带强度增加,并且用激酶抑制剂27,37治疗后条带强度降低。为了量化这些差异,感兴趣的磷酸蛋白的水平将被归一化为目标总蛋白的水平。预计样品之间总蛋白的水平相对相等,这一发现应通过使用一种或多种针对上样和表达控制蛋白(如β-微管蛋白,β-肌动蛋白和/或GAPDH)的单独蛋白质免疫印迹来证实(图3)。对于培养细胞的生长因子治疗,阳性结果可能会显示磷酸化蛋白水平在刺激后相对较短的2-15分钟内增加(图3)。在没有生长因子处理的情况下,应该很少或没有磷酸化,除非有其他因素在起作用导致蛋白质的磷酸化,其实例包括细胞内源性表达生长因子,蛋白质由细胞表达的另一个信号分子磷酸化,和/或在没有生长因子处理的情况下导致蛋白质组成性磷酸化的突变。在解释结果时应考虑这些因素。阴性结果包括磷酸化响应于生长因子治疗的时间过程没有变化,在这种情况下,应评估方案以维持磷酸化蛋白,如上所述。此外,膜剥离过程偶尔会影响并降低总蛋白质水平。在这种情况下,将观察到感兴趣的磷酸化蛋白的量与感兴趣的总蛋白质的相反趋势。这是次优的,因为假设蛋白质的上样和表达相等,预计样品之间的总蛋白质水平相对相等,变化仅发生在磷酸蛋白水平上。

图1:从小鼠面部过程和培养的腭间充质细胞中分离全细胞蛋白裂解物以进行磷酸化蛋白分析的工作流程。 从冰上的E11.5小鼠胚胎中解剖上颌骨过程,和/或从培养的MEPM细胞中以80%-100%汇合度抽吸培养基,随后用冰冷的PBS洗涤两次。使用带有蛋白酶和磷酸酶抑制剂的裂解缓冲液分离全细胞蛋白裂解物,然后使用SDS-PAGE,电转移到PVDF膜,用BSA阻断膜,探测磷酸蛋白,剥离膜,重测总蛋白,并定量条带强度。缩写:LNP = 外侧鼻腔过程;MxP = 上颌骨过程;MdP = 下颌突;PA2 = 第二咽弓;PBS =磷酸盐缓冲盐水;FBS = 胎牛血清;PS = 腭架;MEPM = 小鼠胚胎腭间充质;SDS-PAGE = 十二烷基硫酸钠 - 聚丙烯酰胺凝胶电泳;PVDF = 聚偏二氟乙烯;p-P = 磷酸化蛋白。 请点击此处查看此图的大图。

图2:上颌骨过程的解剖。 (A)E11.5小鼠胚胎的侧视图,具有将MxP与彩色线条指示的面部分开所需的三个切口(标记为1-3)。(B)去除带有黑色虚线的MxP后E11.5小鼠胚胎的侧视图。(C)解剖的MxP.(D
作者没有什么可透露的。
该协议提出了一种从解剖的小鼠胚胎面部过程或培养的小鼠胚胎腭间充质细胞中分离全细胞蛋白裂解物并随后进行蛋白质免疫印迹以评估磷酸化蛋白水平的方法。
129S4只老鼠是西奈山伊坎医学院Philippe Soriano博士的礼物。这项工作得到了美国国立卫生研究院(NIH)/美国国立牙科和颅面研究所(NIDCR)R01 DE027689和K02 DE028572至K.A.F.,F31 DE029976至M.A.R.和F31 DE029364至B.J.C.D.的资金支持。
| 设备 | |||
| Block 用于迷你干浴 | Research Products International Corp | 400783 | |
| ChemiDoc XRS+ 成像系统,带 Image Lab 软件 | Bio-Rad | 1708265 | 化学发光成像仪 |
| CO2 培养箱、气套 | VWR | 10810-902 | |
| 解剖板, 11 x 13 in | Fisher Scientific | 09 002 12 | |
| 电泳槽, 4 凝胶, 用于带小型反式印迹模块的小型预制胶 | Bio-Rad | 1658030 | |
| 杂交炉 | Fisher Scientific | UVP95003001 | |
| 微量离心机 5415 D,带 F45-24-11 转子 (Eppendorf) | Sigma Aldrich | Z604062 | |
| 小型干浴 | 研究产品International Corp | 400780 | |
| 轨道摇床 | VWR | 89032-092 | |
| pH 计 | VWR | 89231-662 | |
| SDS-PAGE | 电源 Bio-Rad | 1645050 | |
| 矩形冰盘,最大 9 L | Fisher Scientific | 07-210-093 | |
| Stemi 508 体视显微镜,带支架 K LAB,LED 环形灯 | 蔡司 | 4350649020000000 | 解剖显微镜 |
| 计时器 | VWR | 62344-641 | |
| 管式左轮手枪 | Fisher Scientific | 11 676 341 | |
| 涡旋混合器 | Fisher Scientific | 02 215 414 | |
| 水浴 | VWR | 89501-472 | |
| 蛋白质印迹盒 | Fisher Scientific | NC9358182 | |
| 材料强> | |||
| 细胞培养皿,6 cm | Fisher Scientific | 12-565-95 | |
| 细胞培养板,12 孔 | Fisher Scientific | 07-200-82 | |
| 细胞提升器 | Fisher Scientific | 08-100-240 | |
| CO2 | Airgas | CD USP50 | |
| 锥形管,聚丙烯,50mL | Fisher Scientific | 05-539-13 | |
| Dumont #5 细镊子 | 精细科学工具 | 11254-20 | |
| 胚胎勺 | 精细科学工具 | 10370-17 | |
| 微量离心管,0.5 mL | VWR | 89000-010 | |
| 微量离心管,1.5 mL | VWR | 20170-038 | |
| 巴斯德移液管,5.75" | FisherScientific | 13-678-6A | |
| 巴斯德吸管,9 英寸 | VWR | 14672-380 | |
| 培养皿,10 cm | Fisher Scientific | 08-757-100D | |
| 培养皿,35 mm | Fisher Scientific | FB0875711YZ | |
| 袋,透明,聚乙烯衬里 | Fisher Scientific | 01-812-25B | |
| PVDF 膜 | Fisher科学 | IPVH00010 | |
| Semken 镊子 | 精细科学工具 | 11008-13 | |
| 小乳胶球,2 毫升 | VWR | 82024-554 | |
| 手术剪刀 | 精细科学工具 | 14002-12 | |
| 注射器过滤器,25 毫米,0.2 &μ;m 孔径 | Fisher Scientific | 09-740-108 | |
| 带鲁尔头的注射器,10 mL | VWR | BD309604 | |
| 移液管 | Fisher Scientific | 13-711-22 | |
| 蛋白质印迹盒打开杆 | Bio-Rad | 4560000 | |
| Whatmann 3MM chr 色谱纸 | Fisher Scientific | 05-714-5 | |
| 试剂强> | |||
| 4-15% 预制蛋白凝胶,10 孔,30 µL | Bio-Rad | 4561083 | |
| &β;-甘油磷酸二钠盐水合物 | Sigma Aldrich | G5422-25G | 储备浓度 1 M |
| &β;-巯基乙醇 | Sigma Aldrich | M3148-100ML | |
| 牛血清白蛋白,组分 V,热休克试验 | Fisher Scientific | BP1600-100 | |
| 溴酚蓝 | Fisher Scientific | AC403140050 | |
| 完全小型蛋白酶抑制剂混合物 | Sigma Aldrich | 11836153001 | 储备液浓度 25x |
| DC 蛋白检测试剂盒 II | Bio-Rad | 500-0112 | |
| DMEM,高葡萄糖 | Gibco | 11965092 | |
| E7,小鼠单克隆 β 微管蛋白一抗,浓缩物 0.1 mL | 发育研究杂交瘤细胞库 | E7 | 1:1,000 |
| ECL 蛋白质印迹底物 | Fisher Scientific | PI32106 | 低皮克范围 |
| ECL 蛋白质印迹底物 | Genesee Scientific | 20-302B | 低飞克范围 |
| 电泳缓冲液,5 L | Bio-Rad | 1610772 | 原液浓度 10x |
| 乙醇,200 标准,1 加仑 | Decon Laboratories, Inc. | 2705HC | EtOH |
| 乙二胺四乙酸,Di Na 盐二醇。(晶体粉末/电泳。 | Fisher Scientific | BP120-500 | EDTA |
| 胎牛血清,特征,美国来源,500 mL | HyClone | SH30071.03 | |
| 甘油(ACS 认证) | Fisher Scientific | G33-4 | |
| HRP 偶联二抗,山羊抗小鼠 IgG | Jackson 免疫研究实验室 | 115-035-146 | 1:20,000 |
| HRP 偶联二抗,山羊抗兔 IgG | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 111-035-003 | 1:20,000 |
| 盐酸溶液,6N(认证) | Fisher Scientific | SA56-500 | HCl |
| Igepal Ca - 630 非离子去污剂 | Fisher Scientific | ICN19859650 | Nonidet P-40 |
| 异丙醇 (HPLC) | Fisher Scientific | A451-1 | |
| L-谷氨酰胺 | Gibco | 25030081 | 储备液浓度 200 mM |
| 甲醇 | Fisher Scientific | A454-4 | |
| p44/42 MAPK (Erk1/2) 一抗 | Cell Signaling Technology | 9102S | 1:1,000;抗 Erk1/2 |
| PDGF-BB 重组配体,大鼠 | Fisher Scientific | 520BB050 | |
| PDGF 受体和 β 一抗 | Cell Signaling Technology | 3169S | 1:1,000 |
| 青霉素-链霉素 | Gibco | 15140122 | 原液浓度 100 U/mL、100 &微量;g/mL |
| 苯基甲磺酰氟,99% | Fisher Scientific | AC215740100 | PMSF;储备液浓度 100 mM |
| 磷酸化 p44/42 MAPK (Erk1/2) 一抗 | Cell Signaling Technology | 9101S | 1:1,000,抗磷酸化 Erk1/2 |
| 磷酸化 PDGF 受体 &α; /PDGF 受体和 β; 一抗 | Cell Signaling Technology | 3170S | 1:1,000 |
| 氯化钾(白色晶体) | Fisher Scientific | BP366-500 | KCl |
| 磷酸二氢钾(白色晶体) | Fisher Scientific | BP362-500 | KH2PO4 |
| SDS 溶液,10% | Bio-Rad | 161-0416 | |
| 氯化钠(结晶/生物,认证) | Fisher Scientific | S671-3 | NaCl |
| 氟化钠(粉末/ACS 认证) | Fisher Scientific | S299-100 | NaF;等分试样,一次性使用;储备液浓度 1 M |
| 原钒酸钠,99% | Fisher Scientific | AC205330500 | Na3VO4; 储备液浓度 100 mM |
| 无水磷酸氢二钠(颗粒或粉末/ACS 认证) | Fisher Scientific | S374-500 | Na2HPO4 |
| 组织培养 PBS | Fisher Scientific | 21-031-CV | |
| 转印缓冲液,5 L | Bio-Rad | 1610771 | 储备液浓度 10x |
| Tris 碱(白色晶体或结晶粉末/分子生物学) | Fisher Scientific | BP152-1 | |
| 胰蛋白酶 | BioWorld | 21560033 | |
| 吐温 20 | Fisher Scientific | BP337-500 | |
| 蛋白质印迹分子量标记 | 物 Bio-Rad | 1610374 | |
| Software | |||
| ImageJ 软件 | 美国国立卫生 | 研究院 | |
| Animals | |||
| 雌性 129S4 小鼠 | 由西奈山伊坎医学院的 Philippe Soriano 博士捐赠 |