SILAC Based proteomica Caratterizzazione di Esosomi da HIV-1 le cellule infette
Summary
Qui, descriviamo un metodo di proteomica quantitativa utilizzando la tecnica di etichettatura degli isotopi stabili da aminoacidi nelle cellule in coltura (SILAC) per analizzare gli effetti di HIV-1 su proteomi exosomal host. Questo protocollo può essere facilmente adattato alle cellule in diverse condizioni di stress o infezione.
Abstract
Proteomics is the large-scale analysis of proteins. Proteomic techniques, such as liquid chromatography tandem mass spectroscopy (LC-MS/MS), can characterize thousands of proteins at a time. These powerful techniques allow us to have a systemic understanding of cellular changes, especially when cells are subjected to various stimuli, such as infections, stresses, and specific test conditions. Even with recent developments, analyzing the exosomal proteome is time-consuming and often involves complex methodologies. In addition, the resultant large dataset often needs robust and streamlined analysis in order for researchers to perform further downstream studies. Here, we describe a SILAC-based protocol for characterizing the exosomal proteome when cells are infected with HIV-1. The method is based on simple isotope labeling, isolation of exosomes from differentially labeled cells, and mass spectrometry analysis. This is followed by detailed data mining and bioinformatics analysis of the proteomic hits. The resultant datasets and candidates are easy to understand and often offer a wealth of information that is useful for downstream analysis. This protocol is applicable to other subcellular compartments and a wide range of test conditions.
Introduction
Molte malattie umane, tra cui le infezioni virali, sono spesso associate a processi cellulari distintivi che si svolgono dentro e intorno alle cellule colpite. Le proteine, spesso in qualità di effettori cellulari finale, mediare questi processi. L'analisi delle proteine, spesso in grado di fornire informazioni preziose per l'ambiente locale di cellule colpite e ci aiutano a comprendere il meccanismo alla base della patogenesi della malattia. Tra le varie tecniche di analisi delle proteine, la proteomica tiene particolarmente grande promessa. Come un potente strumento, su larga scala, proteomica possono fornire una comprensione sistemica di processi cellulari, in particolare nella zona della funzione e l'interazione di proteine. Analizzando proteine specifiche è resa più semplice grazie allo sviluppo di tecniche di marcatura, che consentono investigatori per monitorare l'espressione di componenti cellulari, in particolare proteine, nel sito di indagine. Anche se molte analisi proteomica sono stati effettuati a livello cellularescala proteoma, caratterizzazioni proteomica su compartimenti subcellulari hanno dimostrato di essere particolarmente informativo 1. Questo è esemplificato bene negli studi di HIV-1.
Esosomi, 30-100 vescicole di membrana nm secreti da una vasta gamma di tipi di cellule 2, 3, sono componenti critici di comunicazione intercellulare e di trasporto molecolare. Essi sono stati scoperti in precedenza a svolgere ruoli importanti nella HIV-1 in erba processo di 4, 5. Grazie alla combinazione di analisi proteomica con dissezione funzionale, abbiamo scoperto che esosomi rilasciati da HIV-1 le cellule infettate sono composti da un unico e quantitativamente diversi firma proteine e molecole regolatrici del porto che hanno un impatto proprietà cellulari su cellule vicine ricettive, tra cui l'apoptosi cellulare e la proliferazione 6. I metodi sono descritti in questo protocollo,vale a dire SILAC (etichettatura degli isotopi stabili da aminoacidi nelle cellule in coltura) 7 sulla caratterizzazione proteomica di esosomi da HIV-1 le cellule infette. Approcci simili possono essere applicati per comprendere meglio altri compartimenti subcellulari durante patogenesi regolando stress sperimentale al compartimento o frazione di specifico interesse e di apportare modifiche necessarie alle procedure descritte.
Dato il recente sviluppo di metodi di proteomica quantitativa, ci sono molti tra cui scegliere quando si seleziona il metodo più efficiente per un particolare esperimento. Tra questi ci sono il iTRAQ chimico-based (tag isobariche per la quantificazione relativa e assoluta) 8 e il libero etichetta MRM (monitoraggio reazione multipla) 9 tecniche. Entrambi i metodi sono strumenti potenti e sono buone scelte per le impostazioni specifiche. Per un laboratorio tipico lavorando principalmente con linee cellulari, tuttavia, questi due metodi hanno relatively costi più elevati e sono più tempo rispetto al metodo basato SILAC. SILAC è una tecnica di marcatura metabolica based che integra forme isotopiche non radioattivi di aminoacidi dal terreno di coltura in proteine cellulari. In genere, gli esperimenti SILAC cominciano con due popolazioni di cellule, per esempio, infetti e non infetti. Ciascuno è differenzialmente etichettati nel suo ambiente isotopico specifico fino al raggiungimento della etichettatura. I exosomes etichettati di queste cellule vengono poi sottoposti ad estrazione delle proteine. Una volta estratti, le proteine exosomal marcate vengono analizzati utilizzando cromatografia liquida tandem massa spettroscopia 10. Infine, i risultati di spettrometria di massa e proteine significativamente marcate sono sottoposti a statistica e bioinformatica analisi e verifica rigorosa biochimico. I nostri rapporti investigativi precedenti suggeriscono che le procedure SILAC / exosome sono più appropriati per linee cellulari di cellule primarie, come linee cellulari sono di solito in unstato proliferante attivo per l'etichettatura isotopica efficiente,
Protocol
Representative Results
Discussion
Nelle procedure descritte in questo documento, abbiamo dimostrato l'applicazione della tecnica SILAC per studiare l'effetto di HIV-1 sul proteoma exosomal host. Inizialmente, le cellule infette non infettate e HIV-1 sono differenziale marcati con isotopi. I exosomes differenziale etichettati vengono quindi purificati prima di eseguire l'estrazione di proteine. Avanti, cromatografia liquida-spettrometria di massa tandem è impiegato per analizzare il proteoma exosomal. Infine, i dati risultanti spettrometria …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da un supplemento ARRA alla durata della vita / Tufts / Brown CFAR, P30AI042853-13S1, NIH P20GM103421, P01AA019072, R01HD072693, e K24HD080539 a BR. Questo lavoro è stato supportato anche da Fondo Durata pilota di ricerca (# 701- 5857), Rhode Island Medical Research Foundation Grant (# 20.133.969), e NIH COBRE URI / RIH Pilot Research Grant (P20GM104317) per ML. Ringraziamo James Myall e Vy Dang per un aiuto con la preparazione del manoscritto e la figura.
Materials
| H9 cell line | ATCC | HTB-176 | |
| Trypan Blue | Thermo Fisher | 15250061 | |
| MTT assay kit | Thermo Fisher | V13154 | |
| Dialyzed fetal bovine serum (FBS) | Thermo Fisher | 26400044 | |
| SILAC Protein Quantitation Kit – RPMI 1640 | Thermo Fisher | 89982 | DMEM version (89983) |
| L-Arginine-HCl, 13C6, 15N4 for SILAC | Thermo Fisher | 88434 | |
| L-Lysine-2HCl, 13C6 for SILAC | Thermo Fisher | 88431 | |
| HIV-1NL4-3 | NIH AIDS Reagent Program | 2480 | |
| Alliance HIV-1 p24 Antigen ELISA kit | PerkinElmer | NEK050001KT | |
| Refrigerated super-speed centrifuge | Eppendorf | 22628045 | |
| Refrigerated ultracentrifuge | Beckman Coulter | 363118 | Should be able to reach 100,000g |
| 50mL Conical Centrifuge Tubes | Thermo Fisher | 14-432-22 | |
| Ultracentrifuge Tubes | Beckman Coulter | 326823 | |
| SW 32 Ti Rotor | Beckman Coulter | 369694 | |
| RIPA buffer | Thermo Fisher | 89900 | |
| Protease Inhibitor Cocktails | Thermo Fisher | 78430 | |
| ThermoMixer | Eppendorf | 5384000020 | |
| BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher | 23250 | |
| Spectrophotometer | Biorad | 1702525 | |
| SDS PAGE Gel apparatus | Thermo Fisher | EI0001 | |
| Novex 4-20% Tris-Glycine Mini Gels | Novex | XV04200PK20 | |
| Gel staining reagent | Sigma Aldrich | G1041 | |
| Sequencing Grade Modified Trypsin | Promega | V5111 | |
| SpeedVac Concentrator | Thermo Fisher | SPD131DDA | |
| Antibody to human annexin A5 | Abcam | ab14196 | |
| Antibody to human lactate dehydrogenase B chain | Abcam | ab53292 | |
| Graphing and Statistical Software | Systat | SigmaPlot | Or GraphPad Prism |
| Quantitative proteomics software suite | Max Planck Institue of Biochemistry | Maxquant | |
| Software and databases | Various vendors | Refer to main text for details |
References
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