כאן, אנו מתארים שיטה פרוטאומיקה כמותית באמצעות טכניקה של תיוג איזוטופ יציב על ידי חומצות אמינו תרבית תאים (SILAC) כדי לנתח את ההשפעות של זיהום HIV-1 על proteomes מארח exosomal. פרוטוקול זה יכול בקלות להיות מותאם תאים בתנאי קיצון או זיהום שונים.
מאמר שיטה
כאן, אנו מתארים שיטה פרוטאומיקה כמותית באמצעות טכניקה של תיוג איזוטופ יציב על ידי חומצות אמינו תרבית תאים (SILAC) כדי לנתח את ההשפעות של זיהום HIV-1 על proteomes מארח exosomal. פרוטוקול זה יכול בקלות להיות מותאם תאים בתנאי קיצון או זיהום שונים.
פרוטאומיקה היא ניתוח בקנה מידה גדול של חלבונים. טכניקות פרוטאומיות, כגון ספקטרוסקופיה טנדם של כרומטוגרפיה נוזלית (LC-MS/MS), יכולות לאפיין אלפי חלבונים בכל פעם. טכניקות עוצמתיות אלו מאפשרות לנו לקבל הבנה מערכתית של שינויים תאיים, במיוחד כאשר תאים נתונים לגירויים שונים, כגון זיהומים, מתחים ותנאי בדיקה ספציפיים. אפילו עם ההתפתחויות האחרונות, ניתוח הפרוטאום האקסוזומי גוזל זמן ולעתים קרובות כרוך במתודולוגיות מורכבות. בנוסף, מערך הנתונים הגדול שנוצר זקוק לעתים קרובות לניתוח חזק ויעיל על מנת שהחוקרים יבצעו מחקרים נוספים בהמשך הזרם. כאן, אנו מתארים פרוטוקול מבוסס SILAC לאפיון הפרוטאום האקסוזומי כאשר תאים נגועים ב-HIV-1. השיטה מבוססת על תיוג איזוטופים פשוט, בידוד אקסוזומים מתאים המסומנים באופן דיפרנציאלי וניתוח ספקטרומטריית מסה. לאחר מכן כריית נתונים מפורטת וניתוח ביואינפורמטי של הלהיטים הפרוטאומיים. מערכי הנתונים והמועמדים המתקבלים קלים להבנה ולעתים קרובות מציעים שפע של מידע שימושי לניתוח במורד הזרם. פרוטוקול זה חל על תאים תת-תאיים אחרים ועל מגוון רחב של תנאי בדיקה.
מחל אנושיות רבות, כוללים זיהומים נגיפיים, הקשורים לעתים קרובות עם תהליכים תאיים ייחודיים המתרחשים בתוך ומסביב התאים הנגועים. חלבונים, לעיתים קרובות מתנהג כמו effectors הסלולר האולטימטיבי, לתווך תהליכים אלה. ניתוח של חלבונים יכול לעיתים קרובות לספק מידע רב ערך לגבי הסביבה המקומית של התאים הנגועים ולעזור לנו להבין את המנגנון הבסיסי של בהיווצרות המחלה. בין טכניקות ניתוח חלבון שונות, פרוטאומיקה מחזיקה במיוחד הבטחה גדולה. ככלי רב עוצמה, בקנה מידה גדול, פרוטאומיקה יכול לספק הבנה מערכתית של תהליכים תאיים, במיוחד בתחום של הפונקציה ואת האינטראקציה של חלבונים. ניתוח חלבונים ספציפיים נעשה פשוט יותר באמצעות הפיתוח של טכניקות תיוג, המאפשרות לחוקרים לעקוב אחר הביטוי של מרכיבים תאיים, במיוחד חלבונים, באתר של חקירה. למרות ניתוחים proteomic רבים בוצעו על הסלולרסולם proteome, אפיוני proteomic על תאי subcellular הוכיח להיות במיוחד אינפורמטיבי 1. זה בא לידי ביטוי גם במחקרים של הידבקות ב- HIV-1.
Exosomes, 30-100 שלפוחית קרום ננומטר המופרש על ידי מגוון רחב של סוגי תאים 2, 3, הם מרכיבים קריטיים של תקשורת בין תאית ותחבורה מולקולרית. הם התגלו בעבר למלא תפקידים חשובים בתהליך 4 ניצני HIV-1, 5. על ידי שילוב של ניתוח proteomic עם לנתיחה פונקציונלית, מצאנו כי exosomes שוחרר מבית HIV-1 תאים נגועים מורכב מולקולות רגולטוריות חתימה ונמל חלבון ייחודיות כמותית שונים המשפיעות תכונות הסלולר על תאי שכנים פתוחים, כוללים אפופטוזיס הסלולר ושגשוגם 6. השיטות מתוארות פרוטוקול זה,כלומר SILAC (תיוג איזוטופ יציב על ידי חומצות אמינו תרבית תאים) 7 אפיון proteomic מבוסס של exosomes מתאי נגועים ב- HIV-1. ניתן ליישם גישות דומות כדי להבין טוב יותר תאים subcellular אחרים בזמן בפתוגנזה ידי התאמת הלחץ ניסיוני לתא או חלק מסוים של עניין ולהפוך את השינויים הדרושים כדי ההליכים המתוארים.
בהינתן ההתפתחות האחרונה של שיטות proteomic כמוני, יש הרבה לבחירה בעת בחירת השיטה היעילה ביותר עבור ניסוי מסוים. ביניהם ניתן למנות את iTRAQ מבוסס הכימי (תגי isobaric כימות יחסית ומוחלטת) 8 ואת ללא התווית MRM (ניטור תגובה מרובה) 9 טכניקות. שתי השיטות הם כלים רבי עוצמה הם בחירה טובה עבור הגדרות ספציפיות. עבור מעבדה אופיינית בעיקר בעבודה עם שורות תאים, עם זאת, יש שתי שיטות אלה relatively עלויות גבוהות יותר והם יותר זמן רב בהשוואה לשיטה המבוססת SILAC. SILAC היא טכניקה תיוג מבוסס מטבולית המשלבת צורות איזוטופי nonradioactive של חומצות אמינו מן התקשורת והתרבות לתוך חלבונים תאיים. בדרך כלל, ניסויי SILAC להתחיל עם שתי אוכלוסיות תאים, למשל, נגוע נגוע. כל שכותרתו דיפרנציאלי בסביבת איזוטופים הספציפית שלה עד תיוג מלא מושגת. Exosomes שכותרתו של תאים אלה חשופים אז כדי מיצוי חלבון. לאחר שחולץ, חלבוני exosomal שכותרתו מנותחים באמצעות ספקטרוסקופיית מסות טנדם כרומטוגרפיה הנוזלית 10. לבסוף, את התוצאות ספקטרומטריית מסה וחלבונים שכותרתו משמעותית חשופים סטטיסטי וביואינפורמטיקה מנתח וכן אימות ביוכימיים קפדנית. התחקירים הקודמים שלנו מראים כי נהלי SILAC / exosome מתאימים יותר עבור שורות תאים מאשר תאים ראשוניים, כמו שורות תאים בדרך כלל נמצאותמדינה מתרבה פעילה עבור תיוג איזוטופי יעיל,
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תא תרבות ו- HIV-1 זיהום
הערה: לפני שמתחילים ניסויים, מומלץ לבדוק את הכדאיות של התאים באמצעות Trypan כחול מכתים 11 ושגשוגם שלהם באמצעות assay MTT 12. זה גם קריטי להשתמש בינוני SILAC מוכן חדש. שורות תאים שונות ניתן להשתמש, כל עוד הם נמצאים בשלב שגשוג פעיל, והם רגישים זיהום HIV-1, או תנאי הבדיקה של בחירה. בפרוטוקול זה, השתמש שורת תאי H9 כמו בדוגמא.
2. בידוד Exosome
הערה: באמצעות סדרה של צעדי ultracentrifugation, שברי exosomal מן supernatants התרבות מועשרים 15. בצע את כל השלבים הבאים ב 4 ° C, עם הרוטור ultracentrifuge שיכולים להגיע למהירות של g x 100,000 לפחות.
3. חלבון כרייה הכנה
4. אימות מערביות סופג
הערה: המערבי סופג מומלץ לוודא תוצאות ספקטרומטריית מסה.
5. ניתוח נתונים proteomic
הערה: הערכת איכות נתונים, מקדים נתונים, חישוב וקביעת מועמדי חלבון משמעותיים נעשית בנפרד לכל MS לשכפל. לאחר ניתוחים לעיל הושלמו, הנתונים שנותחו מן המשכפל מושווים ומשולבים 6, 20, 21.
6. אימות ביואינפורמטיקה ואפיון
הערה: מידע גנומי bioinformatic קיים מציע שפע של מידע כמעט על כל חלבון. כריית נתונים וניתוח ביואינפורמטיקה על מידע שיכולים לסייע בהשגת מידה רבה של תובנה הנכס והפונקציות של המועמדים המשמעותיים. proce זהss הוא בדרך כלל יש צורך לתכנן את הניסויים רטוב-מעבדה במורד הזרם הנכון.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 1 א הוא תרשים זרימה המפרט את ההליך תיוג SILAC 21. על מנת לטהר את exosomes, הדגימות חייבות להיות סובבות למטה באמצעות צנטריפוגות. איור 1B מציגה את השלבים של טיהור exosome ידי ultracentrifugation סדר 21. לאחר מטוהרים, את exosomes כפופים ניתוח proteomic ניסיוני כמתואר בהליך.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בשנת ההליכים המתוארים במאמר זה, אנו הוכחנו את היישום של טכניקת SILAC כדי לחקור את ההשפעה של זיהום HIV-1 על proteome המארח exosomal. בתחילה, נגוע ו- HIV-1 תאים נגועים הם איזוטופ שכותרתו דיפרנציאלי. Exosomes שכותרתו דיפרנציאלי אז הם מטוהרים לפני ביצוע מיצוי חלבון. לאחר מכן, ספקטרומטריית מסה כרומטוגרפיה-טנדם נוזלי מועסק לנתח את proteome exosomal. לבסוף, הנתונים ספקטרומטריית מסה כתוצאה וחלבונים מועמד פוטנציאלי חשופים סטטיסטי וביואינפורמטיקה מנתח לפני והניתוחים ביוכימיים במורד הזרם.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים לא הצהירו על ניגוד עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי תוספת ערה לאורך החיים / טאפטס / בראון וכפר, P30AI042853-13S1, NIH P20GM103421, P01AA019072, R01HD072693, ו K24HD080539 כדי BR. עבודה זו נתמכה גם על ידי קרן המחקר פיילוט תוחלת חיים (# 701- 5857), רוד איילנד קרן למחקר רפואי גרנט (# 20,133,969), ו- NIH COBRE URI / קריווי פיילוט מענק מחקר (P20GM104317) כדי ML. אנו מודים ג'יימס Myall ו Vy דאנג לעזרה בהכנת כתב היד דמות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| קו תאים H9 | ATCC | HTB-176 | |
| טריפן כחול | תרמו פישר | 15250061 | |
| ערכת בדיקת MTT | תרמו פישר | V13154 | |
| סרום בקר עוברי בדיאליזה (FBS) | תרמו פישר | ||
| SILAC – RPMI 1640 | Thermo Fisher | 89982 | גרסת DMEM (89983) |
| L-Arginine-HCl, 13C6, 15N4 עבור SILAC | Thermo Fisher | 88434 | |
| L-Lysine-2HCl, 13C6 עבור SILAC | Thermo Fisher | 88431 | |
| HIV-1 NL4-3 | NIH AIDS Reagent Program | 2480 | |
| Alliance HIV-1 p24 ערכת אנטיגן ELISA | PerkinElmer | NEK050001KT | |
| צנטריפוגה סופר מהירה מקוררת | Eppendorf | 22628045 | |
| אולטרה-צנטריפוגה מקוררת | בקמן קולטר | 363118 | אמור להיות מסוגל להגיע ל-100,000 x |
| g 50 מ"ל צינורות צנטריפוגה חרוטיים | תרמו פישר | 14-432-22 | |
| צינורות אולטרה-צנטריפוגה | בקמן קולטר | 326823 | |
| SW 32 Ti רוטור | בקמן קולטר | 369694 | |
| מאגר RIPA | תרמו פישר | 89900 | |
| קוקטיילים מעכבי פרוטאז | תרמו פישר | 78430 | |
| תרמו-מיקסר | Eppendorf | 5384000020 | |
| ערכת בדיקת חלבון BCA | תרמו פישר | 23250 | |
| ספקטרופוטומטר | Biorad | 1702525 | |
| SDS PAGE ג'ל מכשיר | תרמו פישר | EI0001 | |
| Novex 4-20% Tris-Glycine מיני ג'לים | Novex | XV04200PK20 | |
| ג'ל מכתים מגיב | Sigma Aldrich | G1041 | |
| רצף כיתה שונה Trypsin | Promega | V5111 | |
| רכז SpeedVac | תרמו פישר | SPD131DDA | |
| נוגדן לנספח אנושי A5 | Abcam | ab14196 | |
| נוגדן לשרשרת B לקטט דהידרוגנאז אנושי | Abcam | ab53292 | |
| תוכנה גרפים וסטטיסטיקה | Systat | סיגמאעלילה | או פריזמה של GraphPad |
| חבילת תוכנות פרוטאומיקה כמותית | מכון מקס פלאנק לביוכימיה | Maxquant | |
| תוכנה ובסיסי נתונים | ספקים | עיין בטקסט הראשי לפרטים |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה