PROCEDURY EXPERYMENTALNE
Procedura doświadczalna (Rys. 2) składa się z czterech części, które opisano poniżej w formie krok po kroku.
Część 1: Subklonowanie i ekspresja C-końca receptorów P2X2.
Wyeksprymowaliśmy pełną długość końca C receptorów P2X2 w bakteriach, aby zidentyfikować białka mózgowe, z którymi one wiążą.
- Koniec C (reszty 353-472) receptora P2X2 (Rys. 1) został namnożony metodą PCR, sklonowany do wektora pGEX 4NT1 (GE Life Sciences) i zweryfikowany poprzez sekwencjonowanie.
- Rekombinowany plazmid przetransformowano do szczepu E. coli (BL21) w celu ekspresji białek rekombinowanych.
- Zamrożone w glicerolu zapasy bakterii (E. coli BL21) zawierających plazmid P2X2 CT-GST zostały pobrane za pomocą sterylnej końcówki pipety i zaszczepione w 5 ml pożywki Luria-Bertani (LB) z odpowiednim markerem selekcyjnym (50 µg/ml ampicyliny), a następnie inkubowane przez noc w inkubatorze orbitalnym w temperaturze 37°C.
- Kultury wyhodowane przez noc zaszczepiono do 250 ml pożywki LB z odpowiednim antybiotykiem (50 μg/ml ampicyliny) i inkubowano w inkubatorze orbitalnym przy 250 rpm przez 2-3 h w 37°C, aż gęstość optyczna przy 600 nm osiągnęła wartość ~ 0.6-0.7.
- Kulturę indukowano 1 mM IPTG i inkubowano dalej w 37°C przez 3 h w celu ekspresji białka.
- Kulturę wirowano następnie przy 5000 g przez 15 min w 4°C (1 ml kultury zachowano do analizy poziomu ekspresji i oznakowano jako „indukowana”). Nadnadkład odlano, a osad resuspendowano w 20 ml buforu Saline Tris-EDTA (STE) (10 mM Tris-HCl, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA pH 8.0).
- Suspensję wirowano przy 5000 g przez 15 min w probówce typu Falcon 50 ml. Nadnadkład odlano, a półsuchy osad zamrożono w -70°C przez noc.
- Osad z -70°C resuspendowano w 40 ml lodowatego buforu do lizy (2% (w/v) sarkosylu, 15 mg lizozymu, 150 mM NaCl, 50 mM Tris pH7.5, 5 mM DTT oraz tabletka kompleksowego inhibitora proteaz), a suspensję inkubowano na lodzie przez 30 min. Podczas tej inkubacji 3 ml kulek Glutathione–Sepharose 4B przemyto 20 ml buforu fosforanowo-solnego (PBS) oraz 20 ml T-PBS (0.1% (v/v) Triton X-100 w PBS), a następnie ponownie PBS. Kulki resuspendowano w 1 ml PBS.
- Suspensję bakteryjną zamrażano i rozmrażano 3 razy w ciekłym azotcie, a następnie sonikowano (1 s włącz/wyłącz, 30 mikronów przez 3 min na lodzie) i inkubowano dalej przez 30 min na lodzie z dodatkiem 4% (v/v) Triton X-100, 10 mM MgSO4 i 2 mM ATP.
- Lizat wirowano przy 20000 g przez 15 min w 4°C i odrzucono osad (próbkę z osadu oraz 1 ml nadnadkładu zachowano do elektroforezy SDS-PAGE w celu oceny ilości białek w cytosolu i błonach). Nadnadkład inkubowano z kulkami przez 1 h (lub przez noc) w 4°C.
- Kulki wirowano przy 500 g przez 5 min i odlano nadnadkład (próbkę zachowano jako frakcję nie związaną). Kulki przemyto pięciokrotnie buforem T-PBS (popłuczyny zachowano jako kontrole płukania).
- Kulki resuspendowano następnie w PBS, aby uzyskać zawiesinę 50% (w/v), i przechowywano w lodówce w 4°C do czasu użycia. Stężenie białka oszacowano metodą Bradforda (zgodnie z instrukcjami producenta).
Część 2: Przygotowanie lizatów całego mózgu
wiadomo, że receptory P2X2 są w dużym stopniu ekspresowane w mózgu8. W niniejszych analizach dążyliśmy do zidentyfikowania białek oddziałujących z receptorami P2X2 z lizatów całego mózgu szczura (Ryc. 3).
- Pobrano mózg dorosłego szczura (zwierzęta zostały uśpione zgodnie z protokołem zatwierdzonym przez UCLA IAACUC oraz zgodnie z wytycznymi NIH Guide for the Care and Use of Laboratory Animals) i niezwłocznie przepłukano lodowatym PBS (3X).
- Aby zlizować komórki, do pobranego mózgu dodano 10 ml (~5-krotność masy mokrej pobranego mózgu) lodowatego buforu do lizy zawierającego 150 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, pH 7.4, 10 mM EDTA, 1 mM EGTA, 1 mM NaF, 1 mM Na3VO4, 1 mM PMSF, 5 μg/ml leupeptyny, 1% (v/v) NP-40 oraz tabletkę z koktajlem inhibitorów proteaz.
- Tkankę mózgową homogenizowano na lodzie za pomocą szklanego homogenizatora Dounce'a do uzyskania mieszaniny o jednorodnej konsystencji.
- Lizat komórkowy wirowano przy 2000 g przez 5 minut w celu usunięcia nielizowanych komórek. Zebrano supernatant i ponownie wirowano go przy 29000 g przez 60 minut, aby usunąć nienaruszone organella i agregaty błonowe.
- Niezwłocznie po wirowaniu supernatant przeniesiono do czystej probówki. Stężenie białka w całkowitym lizaie mózgu zmierzono za pomocą metody Bradforda (zazwyczaj ~15 mg/ml).
- Lizat podzielono na alikwoty i przechowywano w temperaturze -70°C.
Część 3: Izolacja białek związanych z końcem C receptora P2X2
W celu zidentyfikowania partnerów wiążących P2X2 CT-GST z lizatów całego mózgu przeprowadzono test pull-down, wykorzystując CT-GST unieruchomiony na kuleczkach sepharose 4B z glutationem jako przynętę. Jako kontrolę zastosowano same kuleczki z wiążącym się GST.
- Lizat mózgu poddano wstępnemu oczyszczaniu za pomocą kulek GST przez 1 h w 4°C. Osad odrzucono, a supernatant wykorzystano do dalszych analiz.
- Równe ilości GST oraz P2X2 CT-GST (10 μg) związanych z kulkami sepharose 4 B z glutationem inkubowano przez noc z 100 µg wstępnie oczyszczonych, solubilizowanych białek z lizatu całego mózgu szczura, w buforze do lizy, przy stałym obracaniu w 4°C.
- Kulek wirowano przy 1000 g przez 5 min, a następnie odrzucono supernatant.
- Kulek przemyto raz buforem do lizy i gotowano w zmodyfikowanym buforze Laemmliego [4% (w/v) SDS, 10% (v/v) 2-merkaptoetanolu, 2% (v/v) glicerolu, 0,004% (w/v) błękitu bromofenolowego i 0,125 M TrisCl pH 6,8] przez 5 min.
- Próbki wirowano przy 5000 g przez 5 min, a supernatant rozdzielono za pomocą 10% SDS-PAGE (Ryc. 4). Żele barwiono barwnikiem do białek SYPRO® Ruby (zgodnie z instrukcją producenta) i wizualizowano w świetle ultrafioletowym. Białka powiązane z P2X2 CT porównano z białkami odzyskanymi przy użyciu GST-null jako przynęty. Wykonano cztery powtórzenia biologiczne (tj. cztery mózgi i cztery niezależne próby pull-down).
Część 4: Identyfikacja białek.
Białka rozdzielone za pomocą elektroforezy żelowej wycięto z żelu i zidentyfikowano metodą spektrometrii mas12. Uwaga: brak kurzu w całym procesie jest kluczowy dla ograniczenia zanieczyszczenia keratyną. Osoba przeprowadzająca eksperyment powinna przez cały czas nosić maseczkę ochronną, siatkę na włosy oraz rękawiczki i nigdy nie powinna dotykać interesującego obszaru żelu bez użycia rękawiczek.
- Wszystkie widoczne prążki białkowe odzyskane z pull-downu P2X2 wycięto czystym ostrzem żyletki i posiekano (Rys. 4). Odpowiadające im obszary żelu w ścieżce pull-downu GST-null również wycięto w ten sam sposób, niezależnie od barwienia prążków (wycięto i zidentyfikowano również prążki specyficzne dla przynęci GST-null), aby upewnić się, że nie pominięto białek znajdujących się poniżej progu czułości barwienia.
- Fragmenty żelu inkubowano z 200 μl 50 mM wodorowęglanu amonu w 50% (v/v) acetonitrylu (ACN), a probówki mieszano na wortexu przez 15 min w RT. Krok płukania ten powtórzono.
- Fragmenty żelu odwodniono, dodając 200 μl acetonitrylu (fragmenty żelu powinny się skurczyć i stać się nieprzezroczyste).
- Acetonitryl usunięto, a fragmenty żelu wysuszono w speedvacu przez ok. 10 min.
- Fragmenty żelu inkubowano następnie z 30 μl świeżo przygotowanego roztworu 10 mM DTT/10 mM Tris (2-karboksyetylo)fosfinianu sodu (TCEP) w objętości wystarczającej do zanurzenia fragmentów. Inkubację prowadzono przez 30 min w kąpieli wodnej o temperaturze 56°C.
- Następnie roztwór DTT zastąpiono 100 μl 500 mM roztworu wodorowęglanu amonu w 50% acetonitrylu, a plastry żelu przemyto wodorowęglanem amonu.
- Roztwór płuczący odessano i dodano 200 μl acetonitrylu w celu odwodnienia żeli.
- Następnie usunięto acetonitryl i dodano 100 μl świeżo przygotowanego 100 mM roztworu jodoacetamidu w celu alkilacji wolnych grup sulfhydrylowych. Ten etap trwał 25 min w temperaturze pokojowej w ciemności.
- Roztwór jodoacetamidu usunięto, a fragmenty żelu przemyto 200 μl 50 mM wodorowęglanu amonu w 50% acetonitrylu (pH 8,0) przez 2 min podczas mieszania na wortexu. Krok płukania ten powtórzono.
- Po usunięciu roztworu płuczącego fragmenty żelu inkubowano z 200 μl acetonitrylu, który następnie usunięto w speedvacu przez ok. 10 min.
- Na tym etapie fragmenty żelu są gotowe do trawienia trypsyną. Fragmenty żelu inkubowano w 30 μl roztworze trypsyny (stężenie robocze 20 ng/μL) i pozostawiono na lodzie przez 10 min, aby żele dobrze spęczniały. Nadmiar trypsyny usunięto, a rehydratyzowane cząstki żelu pokryto 30 μl 50 mM wodorowęglanu amonu, aby pozostały zanurzone przez cały proces trawienia, który trwał od 12 do 16 godzin w temperaturze 37°C.
- Dodano 5 μl 5% (v/v) kwasu mrówkowego, aby zdezaktywować trypsynę i przerwać trawienie.
- Probówki mieszano na wortexu przez ok. 15 min i krótko wirowano, aby ciecz zebrała się na dnie probówki, którą następnie przeniesiono do czystej i opisanej fiolki o pojemności 0,5 ml.
- Następnie do fragmentów żelu dodano 30 μl 0,1% (v/v) kwasu mrówkowego w 50% acetonitrylu, tak aby były ledwo zakryte, a następnie dwukrotnie mieszano na wortexu przez 10–15 min, oddzielając te cykle krótkim wirowaniem. Ten krok powtórzono raz, wymieniając mieszaninę kwasu mrówkowego i acetonitrylu pomiędzy etapami.
- Końcową ciecz usunięto, a cały roztwór ekstrakcyjny połączono w jednej fiolce. Objętość zredukowano do ok. 30 uL w speedvacu. Próbka była teraz gotowa do nano-chromatografii cieczowej w fazie odwróconej i identyfikacji białek za pomocą spektrometrii mas. W tym konkretnym przykładzie etap ten przeprowadzono na tandemowym spektrometrze mas Orbi-trap firmy ThermoFisher (wybranym ze względu na wysoką dokładność masy, szybki cykl pracy w detekcji białek i ogólnie solidne cechy eksploatacyjne), choć inne modele i instrumenty różnych producentów mogłyby zostać łatwo zastosowane w opisanej do tego momentu procedurze.
- Poniżej krótko przedstawiono szczegóły i kryteria analiz spektrometrycznych. Wszystkie peptydy rozdzielono za pomocą nano-LC w fazie odwróconej (Eksigent) i nałożono na kolumnę C18 w fazie odwróconej przy szybkości przepływu 3 μl/min. Faza ruchoma A stanowiła 0,1% kwasu mrówkowego i 2% ACN w wodzie; faza ruchoma B stanowiła 0,1% kwasu mrówkowego i 20% wody w ACN. Peptydy eluoowano z kolumny przy szybkości przepływu 220 nl/min, stosując gradient liniowy od 5% B do 50% B w ciągu 90 min, następnie do 95% B w ciągu 5 min, a na koniec utrzymując stałe 95% B przez 5 min. Widma pozyskano w trybie zależnym od danych (data-dependent), wykorzystując Orbi-trap do skanów MS i LTQ do skanów MS/MS. Peptydy zidentyfikowano poprzez przeszukiwanie widm w bazie danych szczura IPI v.3.53 przy użyciu algorytmu SEQUEST zintegrowanego z pakietem oprogramowania Bioworks. Każdy peptyd spełniał następujące kryteria: XCorr ≥2 (+1), ≥3 (+2), ≥4 (+3) oraz DeltaCN>0,1. Wszystkie widma wykorzystane do identyfikacji białek sprawdzono ręcznie; nie zaakceptowano białek, dla których zidentyfikowano mniej niż dwa peptydy. Do dalszych analiz wzięto pod uwagę tylko białka obecne po każdym z czterech pull-downów P2X2 i nieobecne podczas pull-downów GST-null.

Rycina 1. Schematyczna reprezentacja podjednostki receptora P2X2. A. Ilustracja przedstawia topologię podjednostki receptora P2X2. Domena cytozolowa składa się z końców N i C. Końcowa część C receptora P2X2 (kolor czerwony) została wykorzystana jako przynęta w teście pull down. B. Sekwencja aminokwasowa końcowej części C receptora P2X2 wykorzystana w niniejszym badaniu.

Rysunek 2. Schemat blokowy i oś czasu protokołu zastosowanego do ekspresji, oczyszczania, pull-down oraz identyfikacji białek. Przedstawiono zarys protokołu wraz z osią czasu. Lizat mózgu dorosłego szczura przygotowano na świeżo bezpośrednio przed przeprowadzeniem testów pull-down.

Rysunek 3. Schematyczny przedstawienie binarnej analizy proteomicznej sieci końcowego odcinka C receptora P2X2 w mózgu szczura. Do analiz pull-down wykorzystano końcowy odcinek C receptorów P2X2 połączony z białkiem GST, który był związany z kuleczkami GST. Przygotowano lizat mózgu, a następnie białka inkubowano z unieruchomionymi białkami rekombinowanymi. Frakcję niezwiązaną przemyto buforem do lizy. Białka zidentyfikowano za pomocą spektrometrii mas.

Rysunek 4. Identyfikacja partnerów wiążących się z końcem C receptorów P2X2. Żel barwiony Sypro wykazujący spektrum domniemanych białek oddziałujących z końcem C receptorów połączonych z GST (niebieska ramka). Przedstawiono również ścieżki kontrolne dla samego GST (żółta ramka) oraz samych kulek sefarozy z glutationem. Strzałki wskazują przykłady unikalnych prążków, które wycięto w celu dalszej analizy metodą spektrometrii mas.