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La Figura 1 resume el flujo de trabajo completo de perfiles proteoma cuantitativa sináptica de las regiones del cerebro del ratón después de conocer la discriminación auditiva. Se inicia con la formación de los animales en una caja de transporte. En el ejemplo mostrado en la Figura 2, los ratones comenzaron a mostrar significativa discriminación tono de FM en la sesión de entrenamiento 4 TH, lo que indica aprendizaje eficiente. Los animales se sacrifican en puntos de tiempo seleccionados para la disección área del cerebro. El enriquecimiento requerido de sinapsis o bien se puede logra mediante la preparación de sinaptosomas o, alternativamente, por la preparación de una fracción enriquecida PSD, ambos descritos en detalle en la figura 3. El método de enriquecimiento de PSD se ha desarrollado para cantidades de tejido bajas, por ejemplo 1 - 2 rebanadas de hipocampo de cerebro de rata 12, 18. Requiere pequeños tubos, manos de mortero de PTFE montaje de estos tubos, y una unidad de perforación de laboratorio para la alimentación de la mano del mortero.
Debido a la composición de la proteína particular de sinaptosomas, se recomienda encarecidamente para realizar la preparación de la muestra de dos maneras diferentes pero complementarios. Los andamios de los PSD son a menudo proteínas de muy alto peso molecular que se producen en alta estequiometría. Dentro de la solución de digestión es la mejor manera de extraer de manera eficiente, pero puede conducir a un sobremuestreo de la mezcla de péptidos generados. El gel-en digerir realiza de la misma muestra en paralelo puede excluir aquellas proteínas de alto peso molecular y favorecer el análisis de proteínas con medio y bajo peso molecular. Para un análisis exhaustivo se recomiendan dos tipos de digestiones proteolíticas.
Las diferentes cantidades de tejidos de las áreas del cerebro investigados requieren un ajuste del material aplicado para una mejor comparación. Dentro de las cuatro áreas del cerebro investigado la corteza auditiva es generalmente el hecho de limitaro. El material de todas las demás áreas del cerebro cuidadosamente debe ajustarse a la cantidad de la corteza auditiva después de la preparación de sinaptosomas o fracciones enriquecidas-PSD (véase 3.1.1.). Los pesos típicos de las áreas del cerebro de ratones recién preparados son los siguientes: corteza auditiva (CA): ~ 50 mg; hipocampo (HIP): ~ 90 mg; estriado (STR): ~ 120 mg y la corteza frontal (FC): ~ 100 mg.
El método de enriquecimiento de PSD se describe en la sección 2.3 permitió la identificación de aproximadamente 1500 diferentes proteínas y aproximadamente 250 diferentes fosfo-péptidos por región del cerebro en el nivel de un solo animal (Tabla 1). El análisis proteómico 24 h después de la primera sesión de entrenamiento reveló que el 7,3% de las proteínas identificadas y el 5,8% de los fosfo-péptidos mostraron significativa (p <0,05) los cambios cuantitativos en su expresión sináptica en comparación con los controles no tratados previamente (Tabla 1). Una tendencia notable por abajo Regulación de andamios sinápticas puede apuntar a un reordenamiento pronunciada de la arquitectura sináptica durante las primeras etapas del aprendizaje FMTD. La gran mayoría de las proteínas reguladas se alteró de manera específica para la región del cerebro, mientras que se encontraron sólo el 22% ser regulada en dos o más áreas del cerebro. Seis ejemplos seleccionados se muestran en la Figura 4.
El metanálisis de los complejos resultados por IPA proporciona evidencia de lo particular la participación / manipulación de las siguientes vías canónicas: "La endocitosis de señalización mediada por clatrina", "la señalización de calcio" "axonal orientación Señalización", "RhoA señalización", "la señalización de Notch "," Remodelación de las uniones adherentes epitelial "," El glutamato receptor de señalización "," GABA receptor de señalización "," La dopamina receptor de señalización "y" Synaptic potenciación a largo plazo ".
(Figura 5). En los procesos biológicos corteza auditiva, incluyendo el transporte de iones, la traducción, el transporte del ARNm, el transporte de proteínas y el aprendizaje fueron notables. El análisis de la fracción de proteína del hipocampo detecta significativamente los procesos enriquecidos relacionados con el transporte de iones, el ciclo celular, la traducción, la fosforilación y desarrollo del sistema nervioso. En el cuerpo estriado, sobrerrepresentados se encontraron procesos biológicos, incluyendo el transporte del ARNm, el transporte de vesículas mediada, axonogenesis, proteolisis, el transporte de proteínas y la endocitosis.

Figura 1: Sistemática Workflow del enfoque metodológico. Esta figura resume esquemáticamente el flujo de trabajo de alta resolución de perfiles cuantitativa de la composición de la proteína sináptica específica área del cerebro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Ejemplo del comportamiento de la rata en el tono de FM Discriminación de tareas. Animales muestran una tasa creciente de accesos (curva azul) y una tasa de disminución de falsas alarmas (curva negro) en el curso de las sesiones de entrenamiento. la discriminación significativa se produce a partir de la cuarta sesión. Las barras de error se proporcionan como SEM. Haga clic aquí para ver una larger versión de esta figura.

Figura 3: Preparación de la sinaptosomas y la fracción enriquecida en PSD. A: preparación de sinaptosomas. B: Preparación de la fracción enriquecida PSD. Ambas figuras explican el flujo de trabajo detallado de preparación de sinaptosomas o fracciones enriquecidas alternativamente-PSD de los tejidos del cerebro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Selección cuantitativa proteómicos resultados. Las abundancias relativas de sinápticas proteínas seleccionadas se comparan entre ratones trained en la tarea FMTD (AV, n = 6) y los ratones de control no tratados previamente (NV, n = 6) 24 horas después de la primera sesión de entrenamiento. Los valores de abundancia se calcularon como la mediana de las áreas de los picos de los tres péptidos más intensos de una proteína. Las proteínas con cambios significativos de abundancia (AV / NV; t-test) se marcan dentro de las parcelas: * p <0,05, ** p <0,01, *** p <0,005. Las barras de error se proporcionan como SD. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: La visualización de las vías biológicas para la corteza frontal por GENECODIS / Gephi. Solamente los términos significativos de la base de datos de ontología de genes (GO) (http://geneontology.org) relacionados con "proceso biológico" con un número mínimo de proteínas de tres se muestran aquí. Los nodos representan los términos de GO, el tamaño del nodo, el ancho de línea y el número de conexiones de un cierto nodo representan el número de proteínas, que comparten este término GO con otros nodos. Debido al método de "Fuerza Atlas" de Gephi, los nodos relacionados está aglomerando estrechamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| región del cerebro | C.A. | FC | CADERA | 000 "face =" "size =" Calibri 3 "> STR | Σ |
| proteínas identificadas | 1435 | 1758 | 1572 | 1507 | 6272 |
| proteínas reguladas (p <0,05) | 59 | 130 | 162 | 108 | face = "Calibri" size = "3"> 459 |
| ↑ AV / NV | 8 | 4 | 76 | 35 | 123 |
| ↓ AV / NV | 51 | 126 | 86 | 73 | 336 |
| phosphomoti identificado fs | 197 | 361 | 273 | 278 | 1109 |
| phosphomotifs regulados (p <0,05) | 8 | 22 | 21 | 14 | sesenta y cinco |
| ↑ AV / NV | 4 | 00000 "face =" "size =" Calibri 3 "> 17 | 5 | 9 | 35 |
| ↓ AV / NV | 4 | 5 | dieciséis | 5 | 30 |
Tabla 1: Resumen del resultado de Proteómica. Esta tabla resume un experimento proteómico representante de ratones entrenados (AV, n = 6) 24 horas después de la primera sesión de entrenamiento en comparación con sus controles no tratados previamente (NV, n = 6). lossuma de 459 proteínas reguladas incluye regulaciones superpuestas. 283 regulaciones diferentes se determinaron como específicas del cerebro. En detalle, las 57 proteínas están reguladas en dos regiones del cerebro, se detectaron 18 reglamentos de proteínas en tres regiones del cerebro y sólo 2 proteínas están reguladas en las cuatro áreas del cerebro investigadas.
| tolerancias de error |
| masa precursora (Fourier masa espectrometría de transformación) | 10 ppm |
| de masas de iones fragmento (trampa de iones lineal) | 0.6 Da |
| Divisiones máximas perdidas por péptido | 3 |
| modificaciones fijos |
| en-gel digerido muestras | Carbamidomethylation de cisteína |
| para las muestras en solución digerido | Methylthiolation de la cisteína |
| variable modificaciones | La oxidación de la metionina |
| Desamidaciones de asparagina y / o glutamina |
| Base de datos | Uniprot / Sprot |
| taxonomía | ratón |
| Ajustes estadísticos de identificación de aceptación |
| de novo promedio de la confianza local (ALC) | > 50% |
| Péptido-falsa tasa de descubrimiento (FDR, basado en est. Decoy-fusión) | <1% |
| Proteína significación (-10logP, basado en T-test modificado) | > 20 |
| péptidos únicos / proteínas | ≥ 1 |
| Ajustes de cuantificación: |
| Los péptidos utilizados para la cuantificación si: |
| Péptido significación (-10logP) | > 30 |
| la identificación de péptidos en | ≥ 50% de las muestras |
| calidad de la señal de péptidos | > 1 |
| superficie media de péptidos | > 1E5 |
| Péptido tolerancia tiempo de retención | <5 min |
| Normalización | por la corriente de iones total (TIC) |
Tabla 2: Ajustes para la identificación de proteínas (paso 4.2.2).