이 프로토콜은 임상 샘플 및 시험관 내 키나아제 분석에서 Phos-tag 겔 전기영동을 사용하여 표적 단백질의 인산화 변형의 변화를 검출하는 절차를 설명합니다.
방법 논문
이 프로토콜은 임상 샘플 및 시험관 내 키나아제 분석에서 Phos-tag 겔 전기영동을 사용하여 표적 단백질의 인산화 변형의 변화를 검출하는 절차를 설명합니다.
인산화는 단백질 기능을 조절하는 고전적인 번역 후 변형입니다. 단백질에는 일반적으로 여러 잠재적 인산화 부위가 포함되어 있으며, 이는 서로 다른 위치에서 다양한 키나아제에 의해 변형될 수 있습니다. 질병에서 표적 단백질의 인산화 변화를 연구하려면 종종 인산 특이적 항체가 필요합니다. 그러나 상용 옵션은 단일 사이트로 제한되거나 완전히 사용하지 못할 수 있습니다. 여기서, Phos-tag 겔 전기영동을 이용하여 임상 시료에서 표적 단백질의 인산화 변형의 변화를 검출하고, 시험관 내 키나아제 분석을 통해 상세한 인산화 부위를 식별하는 방법을 설명한다. Phos-tag에 결합된 인산화 단백질은 SDS-PAGE 겔 전기영동에서 더 느린 이동 속도를 나타내므로 천천히 이동하는 밴드의 평균 픽셀 강도를 기반으로 질병 조직의 인산화 변화를 반정량적으로 분석할 수 있습니다. Phos-tag SDS-PAGE를 여러 후보 단백질에 대한 범 특이적 항체를 사용하는 면역블로팅과 결합함으로써 연구자들은 인산화 변화가 있는 표적 단백질을 효율적으로 식별할 수 있습니다. 후보 키나아제를 스크리닝한 후, 표적 단백질로 시험 관 내 키나아제 분석을 수행하고, 생성된 인산화 생성물을 정확한 부위 식별을 위해 질량 분석법을 거칩니다. 이 방법은 특정 인산화 단백질 항체가 필요하지 않으므로 조직 샘플을 대규모로 스크리닝하여 질병에서 변경된 인산화 상태를 식별할 수 있습니다. 또한, 확인된 인산화 부위는 질병 조직의 정량 및 국소화 분석을 위한 특정 항체를 개발하는 데 사용될 수 있으며, 이는 기능적 역할에 대한 더 깊은 통찰력을 제공합니다.
인산화는 단백질의 세포내 국소화, 키나아제 활성 및 전사 활성을 조절하기 위한 핵심 번역 후 변형입니다. 인간 게놈에서 500개 이상의 단백질 키나아제 유전자가 발견되었으며, 이는 신호 전달, 유전자 발현 및 단백질-단백질 상호 작용에 관여합니다1. 인산화 및 탈인산화는 다양한 키나아제의 제어 하에 있으며, 이는 세포 접착, 세포 증식 및 세포 분화를 조절하기 위해 빠르게 가역적입니다2. 그러나 비정상적인 단백질 인산화 변형은 종양 형성, 자가면역 질환, 신경변성 및 난임력을 포함한 많은 인간 질병의 원인이 됩니다 3,4,5.
임상 표본의 인산단백질체학 프로파일링은 여러 후보 차등적으로 인산화된 단백질을 산출합니다6. 인간 질병의 주요 인산화 변형을 밝히기 위해서는 특정 표적 단백질의 인산화 상태를 검출하는 쉽고 효율적인 방법이 필요합니다. 서로 다른 부위의 인산화는 단백질의 뚜렷한 기능적 변화를 초래할 수 있습니다. 따라서 특정 아미노산 부위를 표적으로 하는 인산화 특이적 항체를 사용하는 것이 의심할 여지 없이 단백질 인산화의 변화를 검출하는 가장 좋은 방법입니다. 그러나 잘 특성화된 인산 특이적 항체는 많은 단백질에 대해 없습니다. 또한 새로운 잠재적 인산화 부위를 식별하기 위해서는 보다 적합한 접근 방식이 필요합니다. 특정 아미노산 잔기에서의 인산화는 종종 겔 전기영동에서 단백질의 이동 속도를 변경하며, 느리게 이동하는 밴드는 인산화 상태의 변화를 반영할 수 있습니다7. 그러나 이러한 이동성 변화는 일반적으로 미묘하여 구별하기 어렵습니다. Phos-tag는 알칼리성 포스파타제 촉매 도메인을 모델로 하여 설계된 합성 화합물로, 인산화된 Ser/Thr/Tyr 및 His/Asp/Lys 잔기를 포집할 수 있습니다. 따라서, 포스-태그 접합은 인산화 단백질과 비인산화 단백질 사이의 이동 속도 차이를 효과적으로 증폭시키는 동시에 인산화 부위 수의 변화를 구별한다8.
조직 샘플에서 표적 단백질 인산화 변화를 검출하기 위한 이 Phos-tag 기반 방법론은 기존 접근 방식에 비해 뚜렷한 이점을 제공합니다. 결정적으로, 인산 특이적 항체에 대한 요구 사항을 제거하고 대신 검출을 위해 표준 WB 등급 단백질 특이적 항체를 활용합니다. 표적 단백질의 인산화 및 비인산화 형태는 Phos-tag SDS-PAGE 동안 별개의 밴드로 분해되어 비교 밴드 강도 분석을 통해 질병 상태의 인산화 수준 변화를 반정량적으로 평가할 수 있습니다. 이 프로토콜의 워크플로에는 (1) 단백질 샘플의 Phos-tag SDS-PAGE 분리, (2) 인산화된 표적에 대한 면역블롯 스크리닝, (3) phospho-Ser/Thr 항체로 검증된 후보 키나아제를 사용한 시험관 내 키나아제 분석이 포함됩니다. 후속 질량 분석 분석(외부 서비스 플랫폼에서 수행)은 부위 특이적 항체 개발을 가능하게 하는 인산화 부위를 식별합니다. 자세한 방법론은 현재 프로토콜에 포함되어 있지 않습니다. 특히, 이 접근법은 임상 샘플에서 Nur77 인산화 변화를 검출하는 데 성공적으로 적용되었으며, Mst1 키나아제를 Nur77 인산화의 업스트림 조절자로 식별하고 Nur779의 트레오닌 366에서 인산화를 임상적으로 검출하기 위한 부위 특이적 인효소를 개발했습니다. 따라서 이 접근법은 상업적으로 이용 가능한 항체를 사용하여 수많은 표적에 걸쳐 인산화 상태 변화를 대규모로 스크리닝할 수 있기 때문에 여러 후보 단백질을 조사할 때 예비 연구 단계에서 특히 가치가 있음이 입증되었습니다.
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난징 드럼 타워 병원의 임상시험심사위원회는 인체 연구를 승인했다(2013-408081-01). 현재 프로토콜은 자궁내막 조직을 대표 모델로 사용하여 설정되었습니다. 적절한 최적화를 통해 이 방법론은 단백질 추출 및 후속 분석을 위한 종양 조직을 포함하되 이에 국한되지 않는 다른 임상 표본으로 확장될 수 있습니다. 자궁내막 생검은 가임 여성(대조군)과체외 수정-배아 이식을 받는 재발성 배아 착상 실패 여성(질병군)의 중간 분비 단계에서 시행됩니다. 모든 환자는 샘플링 절차 전에 정보에 입각한 동의를 제공했습니다. 사용된 시약과 장비는 재료표에 나와 있습니다.
1. 샘플 준비
2. Phos-tag SDS-PAGE 겔의 겔 제조
3. Phos-tag SDS-PAGE의 전기영동
4. 면역블로팅 및 분석
5. 표적 단백질의 면역침전
6. 인산화된 아미노산을 식별하기 위한 시험관 내 키나아제 분석
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대조군과 질병군의 인간 샘플에 대한 예비 인산단백질체학적 프로파일링은 Nur77을 차등적으로 인산화된 단백질 후보로 확인했습니다. Nur77 단백질 인산화 검출에 있어 Phos-tag SDS-PAGE의 효능을 평가하기 위해 Mn2+-Phos-tag SDS-PAGE 실험을 수행했습니다. 조직 샘플에서 총 단백질을 추출한 후, 30μg의 단백질을 로딩하고 Mn2+-Phos-태그 겔 전기영동으로 분리한 다음 PVDF 멤브레인으로 옮겼습니다. 면역블로팅은 Nur77 1차 항체에 이어 HRP 접합 항토끼 2차 항체를 사용하여 ECL 화학발광에 의해 검출하여 수행되었습니다. 두 개의 뚜렷한 띠가 관찰되었습니다(그림 1A). 더 빠르게 이동하는 밴드(아래)는 인산화되지 않은 Nur77을 나타냅니다. 느리게 이동하는 밴드(위쪽)는 인산화된 Nur77을 나타냅니다. 반정량적 분석은 대조군에 비해 불임 그룹에서 인산화 대 비인산화 Nur77 비율이 유의하...
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임상 조직에서 표적 단백질의 인산화 변화를 검출하기 위한 Phos-tag 기반 접근법은 단백질 인산화 연구에 상당한 이점을 제공합니다. 인산화된 단백질은 Phos-tag 결합으로 인해 감소된 전기영동 이동성을 나타내므로 인산 특이적 항체 없이도 후보 단백질의 인산화 상태를 고처리량 스크리닝할 수 있습니다. 이는 여러 후보 단백질의 초기 대규모 프로파일링에 특히 유용합니다. 변경된 인산화 변형이 있는 단백질은 특정 인산화 부위를 식별하기 위한 후속 시험관 내 키나아제 분석을 위해 우선 순위를 지정할 수 있습니다.
Phos-tag SDS-PAGE의 시료 전처리는 기존 웨스턴 블로팅과 유사하지만 몇 가지 중요한 기술적 고려 사항에 유의해야 합니다. EDTA는 Phos-tag 기능에 필수적인 Mn2+ 또는 Zn2+ 이온을 킬레이트화하므로 시료 처리 중에 EDTA 함유 시약...
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저자는 잠재적인 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 작업은 중국 국가자연과학재단(82271698)과 장쑤성 자연과학재단(BK20231117)의 지원을 받았습니다.
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