June 1st, 2017
이 프로토콜은 기능적 미토콘드리아 전자 수송 사슬 복합체 (Cx) IV와 그 복합체 (supercomplexes)의 분리를 기술하여 네이티브 전기 영동을 사용하여 어셈블리 및 구조에 대한 정보를 나타냅니다. 네이티브 젤은 면역 블로 팅 (immunoblotting), 겔 (in-gel) 분석법, 전기 분해 (electroelution)로 정제하여 개별 복합체를 추가로 특성 분석 할 수 있습니다.
인겔 분석, 면역 블로팅 및 천연 전기용리와 결합한 비변성 전기영동의 전반적인 목표는 미토콘드리아 상복합체의 조립을 보존하고 분석하는 것입니다. 이 방법은 미토콘드리아 전자 전달 사슬의 단백질 복합체가 생체 에너지 요구와 생리학적 및 병리학적 조건을 포함한 많은 요인에 따라 어떻게 초복합체로 조립되는지에 대한 답을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 적절하게 수행되면 미토콘드리아 초복합체의 생리학적 무결성과 기능이 긴 분리 과정 동안 보존된다는 것입니다.
이 방법은 또한 초복합 조립의 역학을 연구하고 원형질막과 다른 세포 내 막의 단백질 복합체를 분석하는 데 적용할 수 있습니다. 인-겔(in-gel) 분석을 준비할 때, 천연 전기영동에 사용되는 모든 부품은 미토콘드리아 상부복합체의 분해에 기여하기 때문에 세제에 오염되지 않는 것이 절대적으로 중요합니다. 투명한 천연 겔에서 하나 이상의 레인을 잘라 라벨이 부착된 용기로 옮깁니다.
복합체-1 분석을 수행하려면 10ml의 분석 버퍼와 25mg의 니트로 블루 테트라졸륨 및 100μl의 NADH 10mg을 결합합니다. 이것을 절제된 투명한 천연 젤 레인 또는 관심 영역에 추가하십시오. 적어도 3분 동안 로커에서 부드럽게 교반한 후 파란색 띠가 발달하는 것을 따르십시오.
그런 다음 10-20 밀리리터의 아세트산 용액에 겔을 고정하거나 5 밀리 몰의 트리스 pH 7.4로 세척하여 반응을 중지하십시오. 문서화를 위해 사진을 찍습니다. complex-5 assay를 수행하려면 파란색 native 또는 clear native gel에서 gel, lane 또는 관심 영역을 얻습니다.
10-20ml의 분석 완충액에서 부드러운 교반으로 샘플을 2시간 동안 배양하고 실온에서 올리고마이신 1ml당 5마이크로그램을 더하거나 뺍니다. 배양 후 완충액을 14ml의 새 분석 완충액으로 교체하십시오. 그런 다음 1몰 황산마그네슘 190마이크로리터, 질산납 27.28mg, ATP 60mg, 올리고마이신 75마이크로리터를 순서대로 추가합니다.
부드러운 교반으로 배양하고 올리고마이신 처리된 겔의 띠가 비복합체 5 의존성 띠를 제공하므로 흰색 침전물을 관찰합니다. 메탄올 기반 정착액으로 젤을 고정하십시오. 결과를 사진으로 촬영하고 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 단백질 전달 및 면역 블로팅을 수행합니다.
전기 용출 당일에는 사용할 각 유리관의 바닥에 프릿을 놓습니다. 필요한 경우 유리관을 용리 완충액에 넣고 프릿을 튜브 내부에서 바닥으로 밀어 넣습니다. 프릿이 있는 유리관을 Electro-Eluter의 모듈에 밀어 넣습니다.
그로밋을 용리 버퍼로 적시고 유리관을 제자리에 밀어 넣습니다. 유리관의 상단이 그로밋과 균일한지 확인하십시오. 마개로 빈 그로밋을 닫습니다.
다음으로, 실리콘 어댑터 바닥에 젖은 멤브레인 캡을 놓고 어댑터에 용출 버퍼를 채웁니다. 버퍼와 어댑터를 위아래로 천천히 피펫팅하여 투석막 주변의 기포를 제거합니다. 버퍼로 채워진 어댑터를 유리관 바닥으로 밉니다.
그런 다음 유리관 내부의 프릿에 나타나는 모든 거품을 제거합니다. 각 유리관에 용리 완충액을 채웁니다. BN-PAGE의 절제된 밴드를 유리관에 넣습니다.
큰 조각을 더 작은 조각으로 자릅니다. 유리관 내부의 충전 높이가 약 1cm인지 확인합니다. 그런 다음 전체 모듈을 탱크에 넣습니다.
탱크에 약 600ml의 차가운 용리 완충액을 추가합니다. 실리콘 어댑터 캡이 버퍼에 잠겨 있는지 확인합니다. 차가운 방에서 350볼트로 4시간 동안 단백질을 용출하기 전에 탱크 바닥에 교반 막대를 놓습니다.
용리가 완료되면 버퍼 탱크에서 Electro-Eluter 모듈을 제거하고 싱크대나 그릇에 넣습니다. 스토퍼를 사용한 경우 제거하여 상부 버퍼 챔버를 배수하십시오. 각 유리관에서 버퍼를 제거하고 폐기합니다.
실리콘 어댑터가 제자리에 고정되어 있고 프릿 아래의 액체가 방해받거나 흔들리지 않는지 확인하십시오. 그런 다음 유리관 바닥의 멤브레인 캡과 함께 실리콘 어댑터를 조심스럽게 제거합니다. 실리콘 캡의 내용물을 마이크로튜브에 피펫으로 넣습니다.
또 다른 200마이크로리터의 용리 완충액으로 실리콘 캡을 헹구고 마이크로튜브에 추가합니다. 모든 유리관에 대해 이 과정을 반복합니다. 재사용 가능한 멤브레인 캡을 아지드화나트륨 밀리리터당 0.5mg이 함유된 용출 완충액에 넣어 보존하고 냉장 보관합니다.
심장 미토콘드리아의 슈퍼콤플렉스는 여기에서 인젤 분석에 의해 시각화됩니다. 투명한 천연 겔의 레인은 complex-1 및 complex-5에 대한 in-gel 분석에 사용됩니다. 신호의 특이도는 ATP-합성효소에 대한 올리고마이신(oligomycin)과 같은 억제제를 사용하여 평가할 수 있습니다.
In-gel assay는 complex-1 또는 complex-5 활성을 가진 단백질 복합체의 크기에 대한 정보를 제공하지만 그 구성에 대한 정보는 제공하지 않습니다. 파란색 천연 겔은 전기 용출을 위해 절제할 수 있는 단백질 복합체의 띠를 보여줍니다. 전기 용리 후 용리액은 겔 내 분석, 네이티브 또는 변성 전기영동에 의한 용출된 단백질의 은 염색 및 웨스턴 블로팅과 같은 추가 분석에 사용됩니다.
이 기술은 일단 숙달되면 제대로 수행하면 3일 이내에 완료할 수 있습니다. 이 3일에는 미토콘드리아를 분리하고, 밤새 블루 네이티브 맥시 전기영동을 수행하고, 면역 블로팅을 수행합니다. 이 동영상을 시청한 후에는 네이티브 전기영동, 인젤 분석 및 전기용리를 사용하여 미토콘드리아 슈퍼복합체를 분리하고 식별하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
이 절차를 시도하는 동안 미토콘드리아 슈퍼콤플렉스는 취약하다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 샘플의 동결 및 해동은 최소한으로 유지해야 합니다. 천연 전기영동 및 전기 용리는 얼음 위나 차가운 방에서 수행해야 합니다.
이러한 기술의 의미는 각 초복합체의 물리적 구성을 정의하는 것 이상입니다. 초복합체는 원래 형태로 포착되기 때문에 기능적 분석을 수행할 수 있습니다. 개발 후 이 기술은 미토콘드리아 생물학 분야의 연구자들이 미토콘드리아 전자 수송 활동에 대한 이해와 미토콘드리아 질환 환자에 미치는 영향을 재평가할 수 있는 길을 열었습니다.
이 절차에 따라 HPLC, 질량 분광법, 전자 현미경 또는 패치 클램핑과 같은 다른 방법을 수행하여 분리된 단백질 복합체의 분자 구성, 구조 또는 전기생리학적 특성과 같은 추가 질문에 답할 수 있습니다.
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이 프로토콜은 미토콘드리아 전자 수송 사슬 복합체 및 그들의 슈퍼컴플렉스를 분리하기 위한 네이티브 전기영동의 사용을 설명합니다. 이 방법은 복합체의 생리학적 무결성을 보존하여 복합체의 조립 및 구조에 대한 상세한 분석을 가능하게 합니다.
Understanding mitochondrial supercomplex assembly provides mechanistic insights into cellular bioenergetics, supporting target validation in metabolic disease research. This method enables functional analysis of electron transport chain complexes in their native state, improving predictive confidence in preclinical models. It supports hypothesis testing and pathway clarification in early discovery workflows.
This method fits within the discovery continuum from target hypothesis testing to lead identification, enabling mechanistic de-risking before compound screening.