このプロトコルは、青いネイティブ ポリアクリルアミドゲル電気泳動によるミトコンドリア呼吸鎖複合体の分析を示します。ここでひと培養細胞に適用する方法を説明します。
方法論記事
このプロトコルは、青いネイティブ ポリアクリルアミドゲル電気泳動によるミトコンドリア呼吸鎖複合体の分析を示します。ここでひと培養細胞に適用する方法を説明します。
ミトコンドリアの呼吸は、ミトコンドリア内での酸化的リン酸化 (OXPHOS) 錯体によって実行されます。内部および環境要因ことができるアセンブリと OXPHOS 錯体の安定性を混乱させます。このプロトコルでは、ひと培養細胞への応用でブルー ネイティブ ポリアクリルアミドゲル電気泳動 (BN ページ) によるミトコンドリア呼吸鎖複合体の解析をについて説明します。ジギトニンを使用して細胞からミトコンドリアを抽出するまず、ラウリル maltoside を使用して、そのまま OXPHOS 錯体は、ミトコンドリア膜から分離されます。OXPHOS 錯体は、勾配ゲル電気泳動負荷電色素、Coomassie 青い、カソードに向かって膜タンパク質の電気泳動度を保証し蛋白質の集合を防ぐことで解決されます。最後に、OXPHOS 錯体は標準のイムノブロットによる検出されます。したがって、BN ページは便利で安価な手法のみ個別 OXPHOS 複雑な亜単位の検討できるように基本的な SDS-PAGE と対照をなしての全体 OXPHOS の複合体のアセンブリを評価に使用することができますです。
ミトコンドリアは、多機能の細胞内小器官のエネルギー産生、細胞代謝、シグナル伝達、アポトーシス、老化など1,2,3の調節に重要な役割を果たしています。ミトコンドリアのエネルギー生産は、ATP 合成と呼吸をカップル酸化的リン酸化関数に依存します。ひと細胞におけるミトコンドリアの酸化的リン酸化システム (OXPHOS) は、5 つの複合体の構成されます。複合体 IV は、ATP を生成する複雑な V で使用されるミトコンドリア膜間腔にプロトンの電気化学的勾配を作成します。各 OXPHOS 複雑なポリコームタンパク、核およびミトコンドリアの遺伝子によって符号化されるサブユニットから成る複雑な第二を除く。突然変異や環境ストレスによる OXPHOS 錯体のコア コンポーネントの任意の欠陥ことができますアセンブリおよび酸化的リン酸化システムの機能を混乱させます。さらに、機能的な OXPHOS 錯体の適切なアセンブリには、アセンブリの要因4,5,6の数が多いが必要です。
ブルー ネイティブ ポリアクリルアミドゲル電気泳動 (BN-PAGE) 無傷タンパク質複合体の解析を有効にする基本的な技術であり OXPHOS の複合体のアセンブリを調査する使用することができます。まず、ミトコンドリア細胞から分離されて、ジギトニン、によって、細胞膜を permeabilizes 中性洗剤であります。その後、ラウリル maltoside を用いた OXPHOS 錯体はミトコンドリア膜から解放されます。勾配ゲル電気泳動法を用いた OXPHOS 複合体は固まりに従って分かれています。Coomassie ブルー G-250 (ない R-250) サンプル バッファーと青い陰極バッファーに追加は洗剤不安定な関連付けが切り離されますが、個々 の呼吸鎖複合体そのまま8を維持されます。、電気泳動中に染料を含む青い陰極バッファーは、染料、PVDF 膜8OXPHOS 錯体の効率的な転送を保証することがなく陰極バッファーに置き換えられます。OXPHOS 複合体を可視化、PVDF 膜順番に選択した 5 OXPHOS 複合体サブユニットに対応する抗体と培養です。
いくつかの変更ここで説明する方法は、培養細胞に適用できます。さらに、このメソッドは、OXPHOS 組織サンプル9から分離されたミトコンドリア複合体の解析に使用できます。BN-PAGE - 各サンプルごとに実行のミトコンドリアの少なくとも 5-10 μ g が必要です。ここで説明した方法を使用して、500,000 培養細胞 HEK293、SH SY5Y などまたは 143B 細胞はミトコンドリアの約 10 μ g をもたらすことができます。ただし、BN 分析のため細胞の十分な量は、特定のセルの種類によって異なります。
ミトコンドリア OXPHOS 蛋白質を研究する最も一般的な方法は SDS のページおよび西部にしみが付くことです。ただし、SDS-PAGE 個々 OXPHOS サブユニットのみを研究して、BN-PAGE-と対照をなして全体 OXPHOS の複合体のアセンブリを評価する使用できません。明確なネイティブ ページは負荷電色素の存在しなくてもネイティブ条件における蛋白質複合体を分離しは、BN ページと比較して著しく低い解像度。ただし、明確なネイティブ ページは BN ページ条件10の下で解離 OXPHOS supercomplexes などのタンパク質複合体の分子集合体不安定なまま保存できるので、BN ページより穏和です。このプロトコルでは勾配ゲルを使用して複合体;しかし、また、非勾配分離使用できます比較的高価なグラデーション メーカーが利用可能な11ではない場合。
重要なは、ここで説明したメソッドを使用する複合体の機能が評価されていませんしながら OXPHOS の複合体のアセンブリを分析します。ミトコンドリア複合体12吸光光度酵素活性アッセイと同様、ゲルの活動分析11続く高解像度 BN-PAGE は、効率的な OXPHOS 複合体の機能解析手法です。ただし、これらのメソッドの両方を行うない OXPHOS の複合体のアセンブリの試金します。
したがって、BN ページ、個々 の OXPHOS の複合体のアセンブリを調査する最適な方法です。たとえば、レーバー遺伝性視神経症 (ルホン) 乳酸アシドーシスと脳卒中様発作 (MELAS) ミトコンドリア脳症など、いくつかのミトコンドリア障害、OXPHOS の 1 つまたは複数のコンポーネントの変更されたアセンブリに関連付けられています。システム5。ここで説明 BN ページのメソッドを使用して、ミトコンドリア病の分子メカニズムを学ぶことができます。
spaNOTE: このプロトコルは Hilander ら13によって関連付けられている文書に基づいています。
1 バッファーおよび解決の準備
注: すべてのバッファーとプロトコルで使用されるソリューションを表 1にまとめます。バッファーの指定されたボリュームは、準備し、10 個のサンプルを実行するための十分です。すべてのバッファーは、+4 ° C で 1 年間保存できます。
2. ミトコンドリア lysates の準備
3. BN ページの勾配ゲルの調製
4. ブルー ネイティブ電気泳
注: OXPHOS の劣化を防ぐために複合体を実行電気泳動 +4 ° C で中古冷蔵バッファーを使用します。
BN] ページを使用すると、ミトコンドリアの OXPHOS の複合体のアセンブリの欠陥を調べることができます。図1 aは、ひと神経芽腫細胞 (SH SY5Y) クロラムフェニ コールは、具体的には mtDNA エンコード OXPHOS サブユニットの翻訳を阻害する呼吸鎖複合体のアセンブリを示します。クロラムフェニ コール劣化 mitochondrially でエンコードされたサブユニットを含む OXPHOS 錯体 (複雑な I, III, IV;図1 a) が専ら核遺伝子によってエンコードされている複雑な II 亢進していた compensatorily 中。複合体 V は、エスディーエスここではなかった。
複数の凍結融解サイクル OXPHOS の複合体を破壊します。図1 bは、凍結融解による OXPHOS 複合体の分解を示しています。複数の凍結融解を受けたサンプル 3 ではミトコンドリアの呼吸鎖複合体はより低いバンドの強度がある、一度だけ凍結された同一のサンプルと比較してシフトされます。図 1 bの西部のしみを耕作してないイメージは、補助図 1に表示されます。
ゲルの品質は、シャープされ、オフのバンドにとって重要です。図1 Cは、よくした重合していないのでゲルからイムノブロットを示しています。膜の除去も OXPHOS 複合体の検出に影響することができます。図 1 D、複雑な私が検出されましたの前に、または除去した後。除去した後は、信号対雑音比はずっと低いです。

図1 です成功と準最適実験から BN ページ immunoblots。 。(A)ミトコンドリア翻訳の阻害剤による錯体の OXPHOS 枯渇。ひと神経芽腫細胞 (SH SY5Y) は 48 時間のクロラムフェニ コール (CAP) と扱われました。CTRL、クロラムフェニ コール治療せず制御の細胞。下のパネルは、イムノブロットの定量化を示しています。コントロールの値は、1 (破線として示されている) と見なされます。データを提示する平均 ± SD、n = 3、* P < コントロール使用する場合に比べて 0.0001 対学生の t テストになっていません。(B)複数の凍結融解による OXPHOS 錯体の中断のサイクルします。サンプル 1-3 は、同じ条件でひと骨肉腫細胞 (143B) から作製した.サンプル数 1 と 2 は凍結され、サンプル数 3 4 凍結融解を受けた中、一度だけ溶けています。(C) BN ページ immunoblots OXPHOS 錯体 HEK293 細胞から分離されました。バンドのスミアはゲルの低品質が原因です。(D) OXPHOS 複合体の検出でストリップの効果。複合体の検出ひと神経芽腫細胞 (SH SY5Y) 前に、と同じ膜の除去後の私。OXPHOS 錯体の抗 NDUFA9 抗体を使用して検出された (複雑な私)、反 SDHA 抗体 (複合体 II)、抗 UQCRC2 抗体 (複合体 III)、反 COX1 抗体 (複雑な IV)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
| バッファーまたはソリューション | 組成 | レシピ |
| ゲルのバッファー x 3 | 1.5 M アミノカプロン酸 | アミノカプロン酸の 3.94 g |
| 150 mM ビス トリス | Bis トリスの 0.63 g | |
| dH2O | DH2O 20 mL を追加します。 | |
| pH 7.0 | 7.0 に pH を合わせなさい | |
| 陰極バッファー | 15 mM ビス トリス | Bis トリスの 3.14 g |
| 50 mM トリシン | トリシン 8.96 g | |
| dH2O | DH2O 1000 mL を追加します。 | |
| pH 7.0 | 7.0 に pH を合わせなさい | |
| 青い陰極バッファー | 0.02 %coomassie 青い G | Serva ブルー G の 0.04 g |
| 15 mM ビス トリス | 200 mL の陰極バッファー | |
| 50 mM トリシン | ||
| dH2O | ||
| pH 7.0 | ||
| 陽極バッファー | 50 mM ビス トリス | 20.93 g |
| dH2O | DH2O 2000 mL を追加します。 | |
| pH 7.0 | 7.0 に pH を合わせなさい | |
| ミトコンドリアのバッファー | 1.75 M アミノカプロン酸 | ゲルのバッファー x 3 の 0.5 mL |
| 75 mM ビス トリス | 2 M アミノカプロン酸 0.5 mL | |
| 2 ミリメートルの EDTA | 500 ミリメートルの EDTA の 4 μ L | |
| dH2O | - | |
| pH 7.0 | - | |
| サンプル バッファー | 750 mM アミノカプロン酸 | 2 M アミノカプロン酸の 0.94 mL |
| 5 %comassie ブルー G | Serva ブルー G の 0.125 g | |
| dH2O | DH2O 2.5 mL を追加します。 | |
| 2 M アミノカプロン酸 | 2 M アミノカプロン酸 | アミノカプロン酸の 2.62 g |
| dH2O | DH2O 10 mL を追加します。 |
表 1。バッファーおよび解決 BN ページに使用します。
| ブルー ネイティブ ゲル | 6% ゲルの分離 | 15% ゲルの分離 | 4% ゲルのスタック |
| ゲルのバッファー x 3 | 3.3 mL | 3.3 mL | 1.64 mL |
| 40% アクリルアミド/ビス 37.5:1 | 1.5 mL | 3.75 mL | 0.5 mL |
| dH2O | 5.14 mL | 0.93 mL | 2.77 mL |
| グリセロール | 0 | 2 mL | 0 |
| アンモニウムの過硫酸塩 10% * | 60 Μ L | 10 Μ L | 60 Μ L |
| TEMED | 4 Μ L | 2 Μ L | 6 Μ L |
| 総容積 | 10 mL | 10 mL | 5 mL |
| * DH2O で常に新鮮な 10% のアンモニウムの過硫酸塩を作る | |||
表 2。BN-PAGE - ゲルのレシピ。
附則図1 ですの耕作してない西部のしみ画像図 1B。 。この図をダウンロードするここをクリックしてください。
サンプル準備、記憶の中にそのまま OXPHOS 錯体を保持し、ゲルの電気泳動プロトコルの最も重要な部分の 1 つです。したがって、ミトコンドリアは +4 ° C で分離する必要があります、サンプルの凍結融解を受けるしないでください。OXPHOS 錯体は、全体の手順中に 1 つの凍結融解サイクルを容認することのみ。複数の凍結融解サイクル OXPHOS 錯体 (図 1 b) を破壊します。制御と比較されるべき実験のサンプルは、誤解を招く結果を与える可能性がありますストレージの条件の違いを避けるために並行して準備されるべき。-80 ° c (このプロトコルの手順 1.4) 洗浄細胞ペレットを凍結し、後ですべてのサンプル用のプロトコルの残りの部分を一緒に運ぶ少なくともゲル電気までをお勧めしますすべてのサンプルとの並行プロトコルのすべての手順を実行できない場合は、trophoresis。電気泳動装置 (タンク、カセット) の清潔さに特別な留意が必要です。SDS ページの同じ装置を使用する場合、BN ページの前に非常によく洗います。任意の残留 SDS 電気泳動中に OXPHOS 錯体の解離があります。
高品質勾配ゲルは、プロトコルの別の重要な部分です。青ネイティブ ページのプレキャスト ゲルが市販です。しかし、それしない商業ゲル使用されるバッファー可能性がありますサンプル バッファーとは異なる組成を持っているので、それらを使用するをお勧めします。ここで使用されるゲル (6-15%) のグラデーションは、個々 の OXPHOS 錯体の分離に最適です。高次 OXPHOS、別名呼吸鎖 supercomplexes14の超分子構造を検出するには、いくつかの最適化は必要な11です。
OXPHOS の可視化については、複合体は、そのプロパティに基づいた順番に、特定の抗体を使用します。たとえば、最初最後弱い信号と最も強い信号を持つ抗体を与える抗体を使用します。ストリッピング検出 (図 1) を弱めるので、これは重要です。SDS ページ15の 2 番目の次元後 BN-PAGE - ゲルを受ける場合は、呼吸鎖複合体の組成を調べることができます。
ここで説明したプロトコルでは、順番に個々 の OXPHOS 複合体に対する抗体を使用して示唆しています。ただし、市販の OXPHOS 抗体カクテルはすべて 5 OXPHOS 錯体を同時に検出する使用できます。それにもかかわらず、不完全に組み立てられた OXPHOS 複合体を検出し、自分のアイデンティティを定義することができるには、個々 の OXPHOS 複合体に対する抗体は順番に使用ください。この手順は手間がかかります。ただし、新しい実験条件とモデルをテストに不可欠なことです。
特定のセルタイプのジギトニン ミトコンドリアの分離に使用濃度を最適化してください。洗剤として、ジギトニン permeabilizes 細胞膜です。ジギトニンの最適濃度は、ミトコンドリアの膜がそのまま細胞膜を効率的に permeabilizes します。ジギトニンのあまりにも低濃度高濃度ミトコンドリア膜を損傷ミトコンドリア収量が減少し、ミトコンドリアの抽出物の高濃度の汚染が発生します。最適なジギトニン ・ タンパク質比 (g) は 0.3 から 1 によって異なります。ペレットや培養上清から抽出した蛋白質の西部のしみの分析は、ジギトニン16の最適濃度をテストする使用できます。
このプロトコルは蛋白質イムノブロット; 上コントロールを読み込むを含みませんしたがって、抽出錯体の蛋白質の集中する必要があります慎重に測定する少なくともトリプリケート等しい荷重を確保するために。さらに、複製の BN のページでサンプルを実行できます。選択的な OXPHOS の複合体のアセンブリが障害者の場合影響を受けない錯体がコントロールを読み込むとして使用できます。
BN-PAGE - 蛋白質の複合体の分子固まりの推定は18に挑戦します。現在のプロトコルは、分子量マーカーを含まないしたがって、OXPHOS の複合体のアセンブリを推定する影響を受けない錯体を含むコントロールのサンプルが常に含まれる分析で。BN ページのコントロールのサンプルは、通常、未処理または野生型細胞です。
ミトコンドリア呼吸鎖複合体の検出のためここで紹介した方法を最適化します。ただし、ミトコンドリア蛋白質19のオリゴメリゼーションに関する評価も適用することができます。さらに、第一の破壊サブユニットのミトコンドリア エンコード含む錯体クロラムフェニ コールとクロラムフェニ コール10の除去後の回復が次で OXPHOS の複合体のアセンブリ率を研究できます。したがって、定常状態レベルと人間のミトコンドリア疾患9,11の分子診断を含むさまざまなアプリケーション OXPHOS のアセンブリを評価する BN ページを使用できます。
利害の対立が宣言されていません。
ヘルシンキ大学図書館は出版の支援に感謝しました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 100 mm セルプレート | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 130182 | |
| 40% アクリルアミド/Bis 37.5:1 | バイオ・ラッド | 161-0148 | |
| アミノカプロン酸 | Σ A2504 | ||
| 過硫酸アンモニウム | Σ A3678 | ||
| 抗 ATP5A | Abcam | 14748 | コンプレックス V サブユニット |
| 抗 MTCOI | Abcam | 14705 | コンプレックス VI サブユニット |
| 抗 NDUFA9 | アブカム | 14713 | コンプレックス I サブユニット |
| アンチ SDHA | アブカム | 14715 | コンプレックス II サブユニット |
| アンチ UQCRC2 | アブカム | 14745 | コンプレックス III サブユニット |
| ビストリス | シグマ | B7535 | |
| ブラッドフォード プロテイン アッセイ キット | バイオラッド | 5000006 | |
| セル スクレーパー | フィッシャー | 11597692 | |
| クーマシーブルーG250(セルバブルーG) | セルバ | 35050 | |
| Digitonin | Sigma | D141 | |
| DMEM | ロンザ | 12-614F / 12 | |
| EDTA | Life Technologies | 15575-038 | |
| FBS | Life Technologies | 10270106 | |
| Fetal wevine | serum Lifeテクノロジー | 10270106 | |
| グリセロール | (Sigma | G5516 | |
| グラジエントメーカー | バイオ・ラウラ | 1654120 | |
| ラウリルマルトシド(n-ドデシル &β;-D-マルトシド) | Sigma | D4641 | |
| L-グルタミン | ライフテクノロジー | 25030024 | |
| L-グルタミン | Gibco | 25030 | |
| N,N,N′,N′-テトラメチルエチレンジアミン (TEMED) | Sigma | T9281 | |
| PBS | Life Technologies | BE17-516F | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | ロンザ | 17-602E | |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Gibco | 15140 | |
| 電源 | GE Healthcare | EPS 301 | |
| プロテアーゼ阻害剤 | Thermo Scientific | 10137963 | |
| Trans-blot turbo mini PVDF | BioRad | 1704156 | |
| Tricine | Sigma | T9784 | |
| Trypsin-EDTA | Gibco | 15400054 | |
| 縦型電気泳動装置 | BioRad | 1658004 |
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