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Research Article
Yu-Ting Huang1,2, Dinja van der Hoorn*1,2, Leire M. Ledahawsky*1,2, Anna A. L. Motyl*1,2, Crispin Y. Jordan1, Thomas H. Gillingwater1,2, Ewout J. N. Groen1,2
1Centre for Discovery Brain Sciences,University of Edinburgh, 2Euan MacDonald Centre for Motor Neurone Disease Research,University of Edinburgh
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este método descreve uma abordagem robusta e reprodutível para a comparação dos níveis de proteína nos tecidos diferentes e em diferentes momentos do desenvolvimento, utilizando uma abordagem de mancha ocidental quantitativa padronizada.
Mancha ocidental é uma técnica que é comumente usada para detectar e quantificar a expressão da proteína. Ao longo dos anos, esta técnica tem levado a muitos avanços na pesquisa básica e clínica. No entanto, tal como acontece com muitas técnicas experimentais semelhantes, o resultado das análises de Western blot é facilmente influenciado por escolhas feitas na concepção e execução do experimento. As proteínas específicas das tarefas domésticas tem sido tradicionalmente usadas para normalizar os níveis de proteína para quantificação, no entanto, estes têm um número de limitações e, portanto, têm sido cada vez mais criticadas durante os últimos anos. Aqui, descrevemos um protocolo detalhado que desenvolvemos para permitir-nos realizar comparações complexas de variação de expressão de proteínas em tecidos diferentes, modelos de rato (incluindo modelos de doença) e momentos do desenvolvimento. Usando uma mancha de proteína total fluorescente e introduzindo o uso de um padrão de carregamento interno, é possível superar as limitações existentes no número de amostras que podem ser comparadas dentro de experiências e comparar sistematicamente os níveis de proteína através de um gama de condições experimentais. Esta abordagem expande o uso de técnicas de borrão ocidental tradicional, permitindo assim que os investigadores para melhor explorar a expressão da proteína através de amostras e tecidos diferentes.
Mancha ocidental é uma técnica que é comumente usada para detectar e quantificar a expressão da proteína, inclusive em tecido homogenates ou extratos. Ao longo dos anos, esta técnica tem levado a muitos avanços na pesquisa básica e clínica, onde ele pode ser usado como uma ferramenta de diagnóstico para identificar a presença de doença1,2. Mancha ocidental foi descrita primeiramente em 1979 como um método de transferência de proteínas de géis de poliacrilamida para folhas de nitrocelulose e posteriormente Visualizar proteínas usando anticorpos secundários que foram radioactivamente rotulados ou conjugados com fluoresceína ou peroxidase3. Através do desenvolvimento de kits comercialmente disponíveis e equipamentos, métodos de mancha ocidentais foram cada vez mais padronizados e simplificados ao longo dos anos. Com efeito, a técnica agora é facilmente realizada por cientistas de diferentes origens e níveis de experiência. No entanto, tal como acontece com muitas técnicas experimentais semelhantes, o resultado das análises de Western blot é facilmente influenciado por escolhas feitas na concepção e execução do experimento. É importante, portanto, que a acessibilidade dos métodos padronizados de mancha ocidentais não obscurecer a necessidade de planejamento experimental e design. Considerações experimentais incluem, mas não limitada a, amostra de preparação e manipulação, seleção e validação de anticorpos para a deteção de proteína e eficiência de transferência de gel-para-membrana de particularmente pequenas ou grandes (< 10 ou > 140 kDa) proteínas4,5,6,7,8,9. Qualidade de proteína da amostra original desempenha um papel significativo na determinação do resultado da análise subsequente borrão ocidental. Como a proteína pode ser extraída de uma grande variedade de fontes, incluindo linhas de células, os tecidos de modelos animais e tecidos humanos post-mortem e amostras de consistência na manipulação e processamento é necessário para obter resultados reprodutíveis. Por exemplo, quando é necessário o armazenamento a longo prazo das amostras para a extração da proteína, é importante perceber que, embora a proteína é geralmente estável a-80 ° C, as diferenças na estabilidade da proteína entre proteínas extraídas e tecidos intactos a-80 ° C têm sido relatado em10. Além disso, para obter estimativas reprodutíveis das quantidades de proteína, consistente homogeneização das amostras é crucial. Otimização de buffers de Lise diferentes e métodos de homogeneização (por exemplo, manual homogeneização em comparação com métodos automatizados) pode ser necessária antes de iniciar um experimento em grande escala quantitativo.
Estratégias de normalização para corrigir a variação de carga e quantificação de proteína são essenciais para obter resultados quantitativos, robustos da expressão da proteína. Limpeza de proteínas tais como β-actina, α-tubulina e β-tubulina gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) tem sido tradicionalmente usados para normalizar os níveis de proteína para quantificação. No entanto, normalização para proteínas de limpeza específico para fins de quantificação tem sido cada vez mais criticada sobre o passado poucos anos11,12. Por exemplo, a expressão de proteínas de limpeza pode alterar entre diferentes estádios de desenvolvimento13,14, através de tecidos do mesmo animal4e sob vários doença condições4,15 ,16,17. Portanto, a utilização de proteínas específicas de limpeza limita as possibilidades de fazer comparações mais complexas entre a expressão da proteína de diferentes tecidos, em diferentes momentos e sob diferentes condições experimentais. Uma alternativa às proteínas de limpeza para controle para variação de carga de proteína é o uso de uma mancha de proteína total (TPS) que rotula e visualiza todas as proteínas presentes em uma amostra. TPS permite a normalização do sinal com base na carga de proteína total, ao invés de níveis de uma proteína específica e, portanto, a quantificação do sinal TPS devem ser comparáveis e reprodutíveis, independentemente da condição experimental, tipo de amostra ou Commit do desenvolvimento . Ponceau S, géis mancha-livre, R-350 de Coomassie, Ruby-Sypro, Epicocconone, Amydo Black e Cy5 (revisto em ref. 18) são exemplos de manchas de proteínas totais. Cada um desses métodos tem limitações e vantagens específicas e seleção do método depende do tempo e ferramentas disponíveis, bem como a instalação experimental4,18.
Além de usar um TPS para corrigir a carga dentro da membrana e variabilidade de quantificação, pode ser necessário comparar amostras entre diferentes membranas, particularmente ao realizar a análise de expressão de proteínas em larga escala. No entanto, a variabilidade em fatores como eficiência e total intensidade de coloracao de proteína de ligação de anticorpos pode introduzir mais variabilidade entre amostras de proteínas que são analisadas em separado geles e membranas. Para quantificação robusta nesta situação, portanto, é necessário introduzir um novo passo de normalização para levar em conta a variabilidade between-membrana. Isto pode ser conseguido, incluindo um padrão de carregamento interno em cada uma das membranas que é mantida constante através de experiências analisadas separadamente. Esta norma pode assumir a forma de qualquer proteína lisada que podem ser obtidos em quantidades suficientes para ser usado em todas as membranas incluídas no experimento. Aqui, usamos um lisado de cérebro de rato (obtido de ratos do controle 5 dias de idade), como o cérebro é prontamente homogeneizado e a lisado de proteína obtida contém uma quantidade significativa de proteína em uma concentração elevada. Carregar um padrão interno em triplicado permite amostras em membranas diferentes para ser normalizado e comparado diretamente.
Aqui, descrevemos um protocolo detalhado que desenvolvemos para permitir-nos realizar comparações complexas de variação de expressão de proteínas em tecidos diferentes, modelos de rato (incluindo modelos de doença) e momentos do desenvolvimento19. Combinando um fluorescente TPS com o uso de um padrão de carregamento interno, conseguimos superar as limitações existentes no número de amostras e condições experimentais que podem ser comparadas dentro de uma única experiência. Esta abordagem expande o uso de técnicas de borrão ocidental tradicional, permitindo assim que os investigadores para melhor explorar a expressão da proteína através de amostras e tecidos diferentes.
Tecidos para este procedimento foram obtidos em estudos com animais que foram aprovados pelo Comitê de ética interno da Universidade de Edimburgo e realizaram-se em concordância com os institucionais e regulamentares de UK Home Office sob a autoridade dos relevantes pessoais e as licenças do projeto.
Nota: Este protocolo foi otimizado usando padronizados, disponíveis comercialmente kits e reagentes, a fim de aumentar a reprodutibilidade (ver Tabela de materiais).
1. preparação das amostras
2. electroforese do gel de amostras da proteína
3. transferência de proteínas
Nota: Transferência de proteína neste protocolo é executada usando um sistema mancha semi-seca comercialmente disponível (ver Tabela de materiais) para resultados rápidos e consistentes.
4. total de proteína coloração
Nota: Usando a deteção fluorescente fornece um benefício substancial sobre as abordagens mais tradicionais (por exemplo, deteção de ECL), como a escala linear e a sensibilidade podem ser muito melhor controlada4. Portanto, nos passos 4 e 5, um TPS fluorescente e fluorescentes anticorpos secundários são utilizados (ver Tabela de materiais).
5. bloqueio, incubação do anticorpo e deteção
6. quantificação e análise ocidental do borrão
Nota: Estas recomendações baseiam-se no software Studio imagem livremente disponível. No entanto, análises comparáveis também podem ser feitas usando outros pacotes de software, tais como ImageJ.
7. estatísticas
Nós incluímos exemplos do uso da TPS e um padrão interno para facilitar comparações dos níveis de proteína através de tecidos e pontos de tempo. A Figura 1 mostra os resultados da mancha ocidental na proteína extraída de tecidos obtidos de neonatal (pós-parto dia 5) em comparação com ratos adultos (10 - semanas de idade). TPS e Smn immunoblot são mostrados na figura 1A, C. Quantificação da intensidade de fluorescência da TPS foi alcançada através da medição da intensidade de fluorescência dentro da caixa retangular em cada lane e seus resultados são mostrados nas tabelas na figura 1B e 1D. Observe que as amostras de diferentes tecidos são caracterizadas por diferentes padrões de banda de proteína TPS e, portanto, é necessário usar toda a rua para fins de normalização. Com efeito, quando toda pistas são analisadas, a intensidade da fluorescência permanece relativamente semelhante através de amostras, indicando que TPS para normalização é apropriado para esta finalidade. Um padrão interno, constituído por uma mistura de lisado de cérebro P5 também foi incluído para ilustrar como ele pode ser usado para mais comparações entre diferentes membranas. Além disso, na Figura 2, mostramos como um TPS fluorescente pode ser usado para comparar os níveis de proteína em pontos diferentes de tempo no desenvolvimento. Aqui, nós mostramos o Smn os níveis no cérebro lysates de neonatal (P5), desmame idade (P20) e ratos adultos (10W) (Figura 2A). Embora os níveis de Smn claramente diminuem com a idade, quantificação de TPS permanece constante, conforme ilustrado na Figura 2B.

Figura 1. Borrões ocidentais apresentando TPS e Smn níveis de proteína nos tecidos do mouse em duas idades diferentes. Proteína TPS e Smn para P5 (A) e 10 semanas de idade (C) ratos. (B, D) A intensidade da fluorescência do TPS todo-lane foi calculada e é indicada (em unidades arbitrárias). M: marcador/proteína padrão; kDa: kilodalton; u.a.: unidade arbitrária; P5: pós-Natal dia 5; 10W: 10 semanas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2. Análise da expressão de Smn em tecidos de rato em pontos diferentes do desenvolvimento tempo. (A) cérebro lysates do tecido obtido a partir de P5, P20 e 10 semanas de ratos foi analisada usando TPS (painel superior) e SMN (painel inferior). (B) a intensidade de fluorescência da TPS foi calculada e é indicada em unidades arbitrárias. M: marcador/proteína padrão; kDa: kilodalton; u.a.: unidade arbitrária; P5: pós-Natal dia 5; P20: pós-Natal dia 20; 10W: 10 semanas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Tecido | Peso aprox. * | lavagem de 1xPBS (4 ° C) | Repetir a lavagem | Tampão de homogeneização * * |
| Medula espinhal | 40 mg | 150 mL | 3 x | 100 mL |
| Músculo (GC) | 20 mg | 150 mL | 3 x | 100 mL |
| Cérebro | 240 mg | 400 mL | 4 x | 400 mL |
| Coração | 60 mg | 400 mL | 4 x | 200 mL |
| Fígado | 130 mg | 400 mL | 4 x | 400 mL |
| Rim | 45 mg | 400 mL | 4 x | 200 mL |
| * Estes pesos são valores indicativos para tecidos obtidos de ratos P8. | ||||
| * * Estes volumes são indicações e podem ser ainda mais ajustadas de acordo com o peso do tecido. |
Tabela 1. Visão geral de pesos de tecidos esperado e correspondentes recomendações para lavagens de PBS e volume de tampão de Lise deve ser usado para homogeneização. Os pesos são indicações de tecidos obtidos de pós-Natal dia 8 (P8) ratos. Volumes de tampão PBS e lise podem ser escalados acima e para baixo, de acordo com necessidades experimentais.
Os autores têm sem interesses concorrentes para divulgar.
Este método descreve uma abordagem robusta e reprodutível para a comparação dos níveis de proteína nos tecidos diferentes e em diferentes momentos do desenvolvimento, utilizando uma abordagem de mancha ocidental quantitativa padronizada.
E.J.N.G. é suportado pelo Wellcome Trust (concessão 106098/Z/14/Z). Outro financiamento foi fornecido pela Trust SMA (SMA UK consórcio; T.H.G. & Y-T. H.), Europa SMA (T.H.G, D.v.D.H. e E.J.N.G.), o DTP da Universidade de Edimburgo em medicina de precisão (T.H.G., L.L. & A.M.M.) e centro de Euan MacDonald para investigação de doença do neurônio Motor (T.H.G).
| Pontas de Carregamento de Gel de Ponta Fina | Alpha Laboratories | GL20057SNTL | |
| Halt Protease Inhibitor Cocktail, sem EDTA 100x 5mL | ThermoFisher Scientific | 78437 | |
| Homogeneizador portátil | Coleção VWR | 431-0100 | |
| iBlot 2 Dispositivo de Transferência de Gel | ThermoFisher Scientific | IB21001 | |
| iBlot Transfer Stack, PVDF, tamanho regular | ThermoFisher Scientific | IB401031 | |
| Image Studio Lite | Licor | N/A | Download grátis de https://www.licor.com/bio/products/software/image_studio_lite/ |
| IRDye 800CW anticorpos secundários | Ligor | - | Selecione o anticorpo secundário apropriado que seja específico contra o hospedeiro do anticorpo primário. |
| Kit de Ensaio de Proteína Micro BCA | ThermoFisher Scientific | 23235 | |
| Novex Sharp Padrão de Proteína Pré-corada | ThermoFisher | Scientific LC5800 | |
| NuPAGE 4-12% Géis de Proteína Bis-Tris, 1,0 mm, 15 poços | ThermoFisher Scientific | NP0323BOX | |
| NuPAGE LDS Sample Buffer (4X) | ThermoFisher Scientific | NP0007 | |
| NuPAGE MOPS SDS Running Tampão (20X) | ThermoFisher Scientific | NP0001 | |
| Odyssey Blocking Buffer | Licor | 927-40000 | |
| Anticorpo monoclonal anti-SMN (neurônio motor de sobrevivência) purificado para camundongos | BDTransduction Laboratories | 610646 | É usado extensivamente na literatura SMN/SMA e dá resultados consistentes independentemente do número do lote |
| REVERT Total Protein Stain, 250 mL | Licor | 926-11021 | |
| Solução de lavagem REVERT | Licor | 926-11012 | |
| Tampão de Lise e Extração RIPA | ThermoFisher Scientific | 89900 | |
| XCell Mini-célula SureLock | ThermoFisher Scientific | EI0001 |