本プロトコルは、ニューロンK-Cl共輸送体KCC2の機能と活性を研究するためのウェスタンブロッティング技術の適用を強調しています。このプロトコルは、ウェスタンブロッティング による キナーゼ調節部位Thr906/1007でのKCC2リン酸化の調査について説明しています。また、KCC2活性を確認するための追加の方法は、このテキストで簡単に強調されています。
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本プロトコルは、ニューロンK-Cl共輸送体KCC2の機能と活性を研究するためのウェスタンブロッティング技術の適用を強調しています。このプロトコルは、ウェスタンブロッティング による キナーゼ調節部位Thr906/1007でのKCC2リン酸化の調査について説明しています。また、KCC2活性を確認するための追加の方法は、このテキストで簡単に強調されています。
塩化カリウム共輸送体2(KCC2)は、ニューロンにのみ見られるカチオン塩化物共輸送体(CCC)の溶質キャリアファミリー12(SLC12)のメンバーであり、Cl- 恒常性の適切な機能とその結果としての機能的なGABA作動性阻害に不可欠です。KCC2の適切な調節の失敗は有害であり、てんかんを含むいくつかの神経疾患の有病率と関連しています。KCC2の調節に関与するメカニズムの理解に関してはかなりの進歩があり、研究者がその機能と活動を研究できるようにする技術の開発に認定されています。直接的(キナーゼ調節部位のリン酸化の評価)または間接的(GABA活性の観察およびモニタリング)調査 のいずれかを介して 。ここでは、キナーゼ調節部位(Thr906およびThr1007)でのKCC2リン酸化をウェスタンブロッティング技術を使用して調べる方法を強調しています。ルビジウムイオンやタリウムイオン取り込みアッセイなど、KCC2活性を直接測定するために使用される他の古典的な方法があります。パッチクランプ電気生理学などのさらなる技術を使用して、GABA活性を測定します。したがって、細胞内塩化物イオン恒常性の評価によって知らされた活性化および/または不活性化KCC2を間接的に反映します。これらの追加のテクニックのいくつかについては、この原稿で簡単に説明します。
塩化カリウム共輸送体2(KCC2)は、ニューロンにのみ見られるカチオン塩化物共輸送体(CCC)の溶質キャリアファミリー12(SLC12)のメンバーであり、Cl-恒常性の適切な機能、およびその結果としての機能的なGABA作動性阻害に不可欠です1,2,3,4。KCC2による4-6 mMの低神経内Cl-濃度([Cl-]i)の維持は、脳および脊髄におけるγ-アミノ酪酸(GABA)/グリシンの過分極およびシナプス阻害を促進する5。KCC2の適切な調節の失敗は、てんかん4を含むいくつかの神経疾患の有病率と関連しています。さらに、KCC2を介したCl-押し出しの減少、および過分極GABAAおよび/またはグリシン受容体媒介電流の障害は、てんかん、神経因性疼痛、および痙縮に関係しています6,7。ニューロンKCC2は、リジンなし(WNK)-STE20/SPS1関連プロリン/アラニンリッチ(SPAK)/酸化ストレス応答性(OSR)キナーゼシグナル伝達複合体1によるC末端細胞内ドメイン内の主要な調節残基のリン酸化を介して負に調節され、未熟ニューロンにおける脱分極GABA活性の維持を促進します2,8,9.WNK-SPAK/OSR1は、スレオニン残基906および1007(Thr906/Thr1007)をリン酸化し、続いてKCC2のmRNA遺伝子発現を下方制御し、その結果、その生理学的機能を低下させます8,10。しかし、さらに重要なことに、WNK-SPAK/OSR1キナーゼ複合体がKCC2発現をリン酸化および阻害することが知られており1,2,4,11,12、およびThr906/Thr1007をリン酸化するキナーゼ複合体シグナル伝達経路の阻害がKCC2 mRNA遺伝子の発現増加と関連していることはすでに事実です13,14,15。.タンパク質リン酸化を介したニューロンKCC2およびNa+-K+-2Cl-共輸送体1(NKCC1)発現の調節は、同時に、逆のパターンで機能することに注意することが重要です1,4,16。
KCC2の調節に関与するメカニズムの理解に関しては、研究者がその機能と活動を研究できるようにする技術の開発に認定された、一貫したかなりの進歩がありました。直接的(キナーゼ調節部位のリン酸化の評価)または間接的(GABA活性の観察およびモニタリング)調査 のいずれかを介して 。ここで紹介するプロトコルは、キナーゼ調節部位Thr906/1007での共輸送体のリン酸化を調べることにより、ニューロンK+-Cl- 共輸送体KCC2の機能と活性を研究するためのウェスタンブロッティング技術の応用を強調しています。
ウェスタンブロットは、組織または細胞のサンプルから目的の特定のタンパク質を検出するために使用される方法です。この方法では、まず電気泳動によってタンパク質をサイズ別に分離します。次に、タンパク質を固体支持体(通常はメンブレン)に電気泳動で転写してから、特異的抗体を使用して標的タンパク質をマーキングします。抗体は、比色法、化学発光法、または蛍光法のいずれかを使用して検出されるさまざまなタグまたは蛍光色素標識抗体に結合されます。これにより、タンパク質の混合物から特定の標的タンパク質を検出することができます。この技術は、KCC1 のリン酸化特異的部位を特徴付けるために使用されており、KCC3 Thr991/Thr1048リン酸化を阻害するキナーゼ阻害剤を同定するために使用されています17。このプロトコルに従うことにより、細胞/組織溶解物から総リン酸化KCC2を特異的に検出することができます。原理的には、本手法によるタンパク質結合抗体の検出は、KCC2のリン酸化部位における協同活性の理解に役立ち、その生理制御に関わる分子機構の解明に大いに役立ちます。全タンパク質発現の定量分析は、KCC2の機能と活性を代表するものです。KCC2活性を直接測定するために使用される他の古典的な方法、例えばルビジウムイオンおよびタリウムイオン取り込みアッセイがある。パッチクランプ電気生理学などのさらなる技術を使用して、GABA活性を測定します。したがって、細胞内塩化物イオン恒常性の評価によって知らされた活性化および/または不活性化KCC2を間接的に反映します。
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注:このプロトコルでは、目的の特定のタンパク質を検出するためのウェスタンブロッティング法について説明しています。
1. 細胞培養とトランスフェクション
2. 細胞ライセートの調製とサンプルのローディング
3. 細胞溶解液からの免疫沈降剤の調製
4. ウェスタンブロットの実行
5. 抗体染色と画像現像
6. イメージングシステムによる画像取得とデータ定量化
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ここでは、図1に示す代表的な結果を、ウェスタンブロッティング技術を用いて、KCC2b(HEK rnKCC2b)18を安定発現するHEK293細胞株におけるWNK-SPAK/OSR1を介したKCC2およびNKCC1のリン酸化に対するスタウロスポリンおよびNEMの影響を調査した。代表的な結果に関する包括的な詳細は、Zhang et al.15で議論されている。NEMと同様に、スタウロスポリンは、KCC2輸送活性を増強し、NKCC1活性を阻害することができる広範なキナーゼ阻害剤である15,20。HEK293細胞をスタウロスポリンおよびNEMで処理すると、SPAK標的部位(Tループキナーゼドメインに位置するThr233およびhsSPAKのSループリン酸化部位Ser373)でのリン酸化が低下しました。したがって、両方の化合物は、前述のSP...
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KCC2を含むニューロンで発現されるCCCのSLC12の活性を測定するために多くの方法が用いられてきた。これらの技術の多くは、これらのトランスポーターの機能的関連性と、さまざまな疾患関連変異におけるそれらの構造機能パターンの分析に関する科学的知識を強化することが証明されています。重要なことに、さまざまな方法21には利点と注意点があります。しかし、上記のプロトコルでは、KCC2の機能と活性の研究に役立つウェスタンブロットを使用して、キナーゼ調節部位であるThr906およびThr1007でのKCC2リン酸化を評価する方法を概説しています。
KCC2の調節は、重要なセリン/スレオニン残基1でのリン酸化および脱リン酸化によって起こります。ウェスタンブロッティングは、Thr906およびThr1007のキナーゼ調節部位におけるKCC2リン酸化を調べるために使用できる効率的な技術です。原則として、KCC2のリン酸化の変化は、目的のイムノブロットサンプル/タンパク質のリン酸化ペプチドに対するリン酸化特異...
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著者は開示するものは何もありません。
この研究は、英国王立協会(助成金番号IEC\NSFC\201094)、および連邦博士号奨学金によってサポートされました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 40% アクリルアミド | Sigma-Aldrich | A2917 | SDS-PAGE |
| 硫酸アンモニウム | Sigma-Aldrich | 248614 | SDS-PAGE用の分離およびスタッキングゲルの製造に使用されます |
| 抗pSPAK | ダンディー大学 | S670B | ウェスタンブロッティング |
| 抗KCC2 | ダンディー大学 | S700C | ウェスタンブロッティング |
| pSer940 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | PA5-95678 | ウェスタンブロッティング |
| pThr1007 | ダンディー大学 | S961C | ウェスタンブロッティング |
| 抗KCC2 pThr906 | ダンディー大学 | S959C | ウェスタンブロッティング抗マウスの一次抗体として使用 |
| Cell Signalling technology | 66002 | ウェスタンブロッティング | |
| 抗NKCC1 | ダンディー大学 | S841B | の一次抗体として使用 |
| pThr203/207/212 | ダンディー大学 | S763B | ウェスタンブロッティング |
| 抗ウサギ | シグナル技術 | C29F4 | ウェスタンブロッティング |
| 抗ヒツジ | abcam | ab6900 | ウェスタンブロッティング抗SPAKの二次抗体として使用 |
| ダンディー大学 | S669D | ウェスタンブロッティング | |
| の一次抗体として使用抗β;-Tubulin III | Sigma-Aldrich | T8578 | ウェスタンブロッティングの一次抗体として使用 |
| ベンザミン | Merck UK | 135828 | 溶解バッファーの成分として使用 |
| β-メルカプトエタノール | Sigma-Aldrich | M3148 | ローディングバッファーおよび溶解バッファーの成分として使用 |
| Bradford Coomasie | Thermo Scientific | 1856209 | ライセートタンパク質の定量に使用 |
| 鋳造装置 | アト | WSE-1165W | SDSページ電気泳動の実行に使用 |
| 遠心分離機 | エッペンドルフ | 5804 | ライセート調製に使用 |
| 遠心分離 | 機 VWR | MicroStar 17R | サンプルの紡糸に使用 |
| ジメチルスルホキシド(DMSO) | Sigma-Aldrich | D2650-100ML | 細胞培養実験に使用 |
| 乾燥スキムミルク | マーベル | N/A | ブロッキングに使用バッファー |
| ダルベッコのモディファイドイーグルズミディアム-高グルコース | Sigma-Aldrich | D6429 | 細胞培養 |
| に使用 ECL試薬 | Perkin Elmer | ORTT755/2655 | ウェスタンブロッティングのイメージ開発に使用 |
| EDTA | フィッシャーサイエンティフィック | D/0700/53 | 溶解バッファーEGTAの成分として使用 |
| Sigma-Aldrich | e4378 | 溶解の成分として使用バッファ | |
| 電気泳動電源 | BioRad | PowerPAC HC | SDSページ電気泳動を実行するための電源を供給するため |
| エタノール | サーモフィ | ッシャーE/0650DF/17 | 滅菌機器と環境の準備に使用 |
| ウシ胎児血清 - 熱不活性化 | メルクライフサイエンスUK | F9665 | 細胞培養に使用 |
| フュームフード | ウォーカー | A7277 | 細胞培養に使用 |
| ゲルブロッティング - Whatman | GE Healthcare | 10426981 | ウェスタンブロッティングでトランスファーサンドイッチを作るために使用 |
| Glycine | Sigma-Aldrich | 15527 | バッファーを作るために使用 |
| GraphPad Prism Software | GraphPad Software, Inc., USA | Version 6.0 | のグラフのプロットとデータの分析に使用 ウェスタンブロッティング |
| HCl | Acros Organics | 10647282 | SDS-PAGE用のセパレーションゲルとスタッキングゲルを作るために使用 |
| ヒーティングブロック | グラント | QBT1 | WBローディングサンプルの加熱に使用 |
| HEK293細胞 | メルク UK | 12022001-1VL | 培養実験用細胞株 |
| ImageJ Software | Wayne Rasband and Contributors;NIH、米国 | ImageJ 1.53e | ウェスタンブロッティング画像からバンド強度の測定に使用 |
| イメージングシステム | BioRad | ChemiDoc MP | ウェスタンブロッティング画像の取得に使用 |
| インキュベーター | LEEC LEEC 精密 190D | 細胞培養に使用 | |
| イソプロパノール | ハネウェル | 24137 | 電気泳動用キャスティングゲルに使用 |
| L-グルタミン溶液 | Sigma-Aldrich | G7513 | 細胞培養に使用 |
| ドデシル硫酸リチウム(LDS) | Novex | NP0008 | ウェスタンブロッティングMEM用ローディングバッファーとして使用 |
| 非必須アミノ酸 | Merck Life Sciences UK | M7145 | 細胞培養に使用 |
| 微量遠心分離機 | Eppendorf | 5418 | ライセート調製に使用 |
| BioRad | iMark | ライセートタンパク質濃度の読み出しに使用 | |
| Microsoft Powerpoint | Microsoft, USA | PowerPoint2016 | ウェスタンブロッティング画像の編集に使用 |
| 分子量マーカー | バイオラッド | 1610373 | ウェスタンブロッティングに使用 |
| N-エチルマレイミド | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 23030 | 細胞培養実験に使用 |
| ニトロセルロースメンブレン | フィッシャーサイエンティフィ | 45004091 | ウェスタンブロッティングに使用 |
| ペニシリン-ストレプトマイシン | ギブコ | 15140122 | 細胞培養に使用 |
| pHメーター | メトラー・トレド | ・セブンコンパクトs210 | 緩衝液のpHのモニターに使用 |
| フェニルメチルスルホニルフッ化物(PMSF) | Sigma-Aldrich | P7626 | 溶解緩衝液の成分として使用 |
| リン酸緩衝液生理食塩水 | Sigma-Aldrich | D8537 | 細胞培養に |
| 使用 PKCδ pThr505 | 細胞シグナル伝達技術 | 9374 | ウェスタンブロッティングの一次抗体として使用 |
| ファロースプロテイン G | ジェネロン | PG50-00-0002 | 免疫沈降に使用 |
| 塩化ナトリウム | Sigma-Aldrich | S7653 | 洗浄バッファーの成分として使用 |
| 塩化ナトリウム | Sigma-Aldrich | S7653 | TBS-Tバッファーの調製に使用 |
| ドデシル硫酸ナトリウム | Sigma-Aldrich | L5750 | SDS-PAGEのセパレーションおよびスタッキングゲルの製造に使用 |
| オルトバナジン酸ナトリウム | Sigma-Aldrich | S6508 | 溶解緩衝液の成分として使用 |
| ピルビン酸ナトリウム | Sigma-Aldrich | S8636 | 細胞培養に使用 |
| ナトリウム-&β;-グリセロリン酸 | メルクUK | G9422 | 溶解緩衝液の成分として使用 |
| スタウロスポリン(Streptomyces sp.) | Scientific Laboratory Supplies, UK | S4400-1MG | 細胞培養実験に使用 |
| ショ糖 | Scientifc Laboratory Supplies | S0389 | 溶解バッファーの成分として使用 |
| TEMED | Sigma-Aldrich | T7024 | SDS-PAGEの分離およびスタッキングゲルの製造に使用 |
| トランスファーチャンバー | BioRad | 1658005EDU | ウェスタンブロッティングでメンブレン上のタンパク質を転写するために使用されます |
| Tris | Sigma-Aldrich | T6066 | SDS-PAGE |
| Triton-X100 | Sigma-Aldrich | T8787 | 溶解バッファーの成分として使用 |
| トリプシン-EDTA溶液 | Merck Life Sciences UK | T4049 | 細胞培養に使用 |
| Tween-20 | Sigma-Aldrich | P3179 | TBS-Tバッファーとして使用 |
| 真空ポンプ | チャールズ・オースティン | ・ダイマックス5 | 細胞培養に使用 |
| ボルテック | ス・サイエンティフィック・インダストリー | ズK-550-GE | サンプル調製に使用 |
| ボルテックスミキサー | Scientific Industries Ltd | Vortex-Genie K-550-GE | 分離した試料の混合に使用 |
| ウォーターバス | グラントインスツルメンツ株式会社(JBアカデミー) | JBA5 | 溶液のインキュベーションに使用 |
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