Summary
בסרטון הזה, אנו יראה לכם כיצד שרשרת הנשימה במיטוכונדריה קומפלקסים של בתאי גזע עובריים אנושיים יכולים להיות נותחו באמצעות מבחני פעילות ג'ל.
Abstract
המיטוכונדריה הם אברונים cytoplasmic שיש להם תפקיד מרכזי במטבוליזם הומאוסטזיס הסלולר, הרגולציה של הרשת התא איתות, ועל מוות תאים מתוכנת. המיטוכונדריה לייצר ATP, להסדיר את המדינה חמזור cytoplasmic ו Ca2 + איזון, catabolize חומצות שומן, לסנתז heme, נוקלאוטידים, הורמונים סטרואידים, חומצות אמינו, לעזור להרכיב ברזל גופרית אשכולות בחלבונים. המיטוכונדריה יש גם תפקיד חיוני בייצור חום. מוטציות בגנום המיטוכונדריאלי הגורם מספר סוגים של ההפרעה האנושית. הצטברות של מוטציות mtDNA בקורלציה עם הזדקנות חשוד יש תפקיד חשוב בהתפתחות סרטן. בשל תפקיד חשוב ביותר שלהם בכל סוגי תאים, הפונקציה של המיטוכונדריה חייב גם להיות קריטי עבור בתאי גזע. ההתקדמות מפתח נעשו הבנתנו הכדאיות גזע תאים, התפשטות, ויכולת הבחנה. אבל את הפעילות התפקודית של בתאי גזע, מעמד מסוים האנרגיה שלהם, עדיין לא נחקרו בפירוט. כמעט דבר אינו ידוע על המאפיינים של המיטוכונדריה בתאי גזע עובריים אנושיים (hESCs) והצאצאים שלהם מבשר מובחן. אחת הדרכים להבין ולהעריך את התפקיד של המיטוכונדריה בתפקוד hESC ואת הפוטנציאל ההתפתחותי היא למדוד ישירות את הפעילות של מתחמי הנשימה במיטוכונדריה. כאן אנו מתארים ברזולוציה גבוהה ברור יליד ג'ל אלקטרופורזה ובעקבות ב להדמיה ג'ל הפעילות כשיטה לניתוח חמשת מתחמי שרשרת הנשימה של hESCs.
Protocol
רזולוציה גבוהה נקה Native ג'ל Electophoresis (hrCNE) עבור קומפלקס מיטוכונדריאלי In-Gel פעילות מבחני
בתאי גזע עובריים אנושיים (hESCs) נשמרו על monolayer של C-שטופלו fibroblasts ˠ מוקרן או mitomycin עכבר עובריים (MEFs), אחר כך עברו על צמיחה Matrigel במשך 5 ימים במדיום MEF ממוזג באמצעות תנאים סטנדרטיים. כדי להסיר זיהום MEFs, hESCs היו מחדש מצופה על Matrigel גדל במדיום MEF ממוזג עבור 3 ימים נוספים. מיקרוסקופיה immunofluorescence עבור סמנים pluripotency אוקטובר-4 ו SSEA-4 שימש כדי לאשר את חוסר בידול hESC.
- לשטוף עם תאים חמים 1x PBS, pH 7.4, ואחריו trypsinization (1ml של 1x טריפסין היטב לכל צלחת 6-באר) במשך 5 דקות.
- הוסף נפח שווה של מעכבי טריפסין טריים (ב 1mg/ml 1x PBS, pH 7.4). קציר תאים צנטריפוגות ב 200 גרם, 5 דקות, בטמפרטורת החדר.
- מחק את התאים pelleted supernatant ו resuspend ב 0.8 - 1.7ml (מבוסס על גודל תא גלולה) של קרח קר חיץ בידוד המיטוכונדריה (83mM סוכרוז; 6.6mM imidazole / HCl, pH 7.0) עם המוכן טרי קוקטייל "מעכבי פרוטאז 1. לדגור על הקרח במשך 10 דקות.
- Dounce תאים עם homogenizer (~ 40-50 משיכות). הכתם aliquot של תאים dounced עם trypan כחול כדי לבדוק השלמות של homogenization באמצעות מיקרוסקופ אור.
- צנטריפוגה ב g 20,000 עבור 10 דקות ב 4 ° C כדי להשיג גולמי המיטוכונדריה גלולה שמכיל גם גרעינים ושברי תאים גדולים יותר. למזוג וזורקים supernatant ולשקול גולמי זירז המיטוכונדריה גלולה. גלולה יכול להיות מאוחסן ב -80 ° C בעקבות הקפאה מיידית של חנקן נוזלי אם זו נקודת עצירה.
הערה: צנטריפוגה דיפרנציאלי או שיפוע מבוססי הליכים יכול לשמש לבידוד איסוף חלק טהור קרום המיטוכונדריה. ראו נ"צ. 4 לקבלת פרטים. גישה חלופית זו תניב את פעילות המיטוכונדריה מורכבים לכל מיליגרם של חלבון המיטוכונדריה במקום פעילות מורכבת לכל מיליגרם של משקל תא או מספר תאים. ריכוז של חלבונים במיטוכונדריה יהיה צורך נקבע לאחר טיהור לעשות את ההשוואה הזאת. כמו כן, חיץ בידוד שונים עשויים להידרש לגישה זו. עבור solubilization של חלק קרום טהור המיטוכונדריה, ראה את ההערה הבאה לשלב 6 למטה. - Solubilize הגולמי המיטוכונדריה גלולה על הקרח ידי vortexing עם חיץ קרים solubilization (NaCl 50mm, 50mm imidazole / HCl pH 7.0, 1mm EDTA, 2mm 6-aminohexanoic חומצה). חומצה 6-aminohexanoic יכול להיות מוחלף עם קוקטייל מעכבי פרוטאז 1x. השתמש 35μl של חיץ solubilization לכל 20mg משקל גלולה. הוסף 20μl של 10% w / v digitonin לכל 20mg משקל גלולה ומערבבים ידי מצליף את הצינורית. דגירה של 50-10 דקות על הקרח. Dodecyl-BD-maltoside או טריטון X-100 ניתן להחליף digitonin כדי solubilize את החלבונים. הבחירה של חומר ניקוי וכמותו עלול להשפיע על היווצרות supercomplexes או צורות multimeric של קומפלקסים המיטוכונדריה. לקבלת מידע נוסף, ראה ref.1.
הערה: כמות של חומר הניקוי הנדרש solubilize שבריר טהור קרום המיטוכונדריה המתאים יחס כביסה / חלבון משקל החל 2-6g / g. יחס אופטימלי solubilize ממברנות המיטוכונדריה היא 2.5G / g dodecyl-BD-maltoside, 3G / g טריטון X-100, ו - 6 גרם / g digitonin. - צנטריפוגה גלולה solubilized ב 100.000 גרם במשך 15 דקות ב 4 ° C. אסוף את supernatant ברור.
- הוסף טעינה חיץ גליצרול הסופי w / v 5% ו 0.01% w / v Ponceau S (שימוש של 50% w / v גליצרול, 0.1% w / v החיץ טעינה S Ponceau פתרון המלאי).
- טען בארות ג'ל עם נפח המכיל 20-40 מג של המיטוכונדריה גולמי גלולה לכל נתיב. השתמש שיפוע acrylamide ג'ל (4 -13%) עם 3.5% לערום ג'ל.
הערה: הכנת ג'ל אלקטרופורזה ותנאים:
להכנת ג'ל, השתמש acrylamide / bis-acrylamide (AA / bisAA) 3 לערבב כדלקמן: 48g של acrylamide ו 1.5g של bisacrylamide (49.5% T, 3% ג T איפה הוא ריכוז מוחלט של AA ו bisAA ו-C הוא אחוז crosslinker (bisAA) כדי מונומר סה"כ).
ג'ל חיץ (3 '): 6-1.5M aminohexanoic חומצה; imidazole 75mm, pH 7.0
| צבע ג'ל: | 4% | 13% | הערמה ג'ל: | 3.5% |
| AA / bisAA לערבב 3 | 2 מ"ל | 6.5 מ"ל | 0.6 מ"ל | |
| ג'ל חיץ 3 " | 8.3 מ"ל | 8.3 מ"ל | 2.7 מ"ל | |
| גליצרול | 5 גרם | |||
| H 2 O | 14.7 מ"ל | 5 מ"ל | 4.7 מ"ל | |
| סך נפח | 25 מ"ל | 25 מ"ל | 8 מ"ל | |
| 10% APS | 139 μl | 125 μl | 67 μl | |
| TEMED | 14 μl | 12.5 μl | 6.7 μl |
חיץ האנודה: 25mm imidazole / HCl, pH 7.0
חיץ קטודה: Tricine 50mm, 7.5mM imidazole / HCl, 0.02% w / v dodecyl-BD-maltoside, 0.05% w / v deoxycholate, pH 7.0
יוצקים ולהפעיל ג'לים בחדר קר (4-7 מעלות צלזיוס). המתח הראשוני נעשה שימוש הוא 100V. כאשר המדגם נכנס ג'ל הערמה, המתח עולה עד 500V עם מוגבלות הנוכחית 15mA (0.15 עבור "14" 14 ס"מ ג'ל). אלקטרופורזה היא נעצרה לאחר 3-4 שעות, כאשר קו חד של צבע אדום Ponceau S גישות הקדמי ג'ל. לחלופין, ג'ל ניתן להפעיל ולינה 70-100V עם מתח קבוע.
- In-ג'ל פעילות מבחני. זמן הדגירה של assay כל תלוי היעילות של solubilization חלבון כמות החומר טעון בכל טוב. תסביכים אני, IV ו-V בדרך כלל תשואה אותות חזקים יותר מתחמי II ו-III.
אני קומפלקס (CI)
דגירה את הפרוסה עם ג'ל CI חיץ (5mm טריס-HCl, pH 7.4, 0.1mg/ml NADH; 2.5mg/ml NBT) בטמפרטורת החדר במשך כמה שעות.
CI חיץ: הוסף לכל 100 מ"ל של 5mm טריס-HCl, pH 7.4:
0.01g NADH
0.25g NBT
תקן את ג'ל מתנול 50% חומצה אצטית 10% דק '15-45. הג'ל קבוע נשמרת חומצה אצטית 10%.
קומפלקס II (כת"ש)
דגירה את הפרוסה עם ג'ל CII חיץ (נתרן 20mm succinate; methasulfate phenazine 0.2mM; 2.5mg/ml NBT, 5mm טריס-HCl pH 7.4) בטמפרטורת החדר במשך כמה שעות.
כת"ש חיץ: הוסף לכל 100 מ"ל של 5mm טריס-HCl, pH 7.4:
200μl נתרן 1M succinate
80μl methasulfate phenazine (PMS 250mm מומס DMSO)
0.25g NBT
תקן את ג'ל כפי שתואר עבור קומפלקס אני
קומפלקס III (CIII)
דגירה את הפרוסה עם ג'ל CIII חיץ (סודיום פוספט 50mm, pH 7.2, 0.05% 3,3 '-diaminobenzidine tetrahydrochloride (DAB)) בטמפרטורת החדר במשך כמה שעות.
CIII חיץ: הוסף לכל 100 מ"ל של pH נתרן פוספט, 50mm 7.2:
50 מ"ג tetrahydrochloride diaminobenzidine
תקן את ג'ל כפי שתואר עבור קומפלקס אני
קומפלקס IV (CIV)
דגירה את הפרוסה עם ג'ל CIV חיץ (סודיום פוספט 50mm, pH 7.2, 0.05% 3,3 '-diaminobenzidine tetrahydrochloride (DAB), לב 50μM סוס ציטוכרום c) בטמפרטורת החדר במשך כמה שעות.
CIV חיץ: הוסף לכל 100 מ"ל של pH נתרן פוספט, 50mm 7.2:
50 מ"ג tetrahydrochloride diaminobenzidine
לב 0.1g סוס ציטוכרום c
תקן את ג'ל כפי שתואר עבור קומפלקס אני
קומפלקס V (CV)
דגירה הפרוסה ג'ל עם קורות חיים חיץ (35mm טריס בסיס, גליצין 270mM, pH 8.3 במהירות של 25 ° C, 14mm MgSO 4, 0.2% w / v Pb (NO 3) 2, 8mm ATP) בטמפרטורת החדר במשך כמה שעות.
קורות חיים למאגר: 100 מ"ל לכל פתרון להוסיף:
| טריס בסיס | 0.424g |
| גליצין | 2.026g |
| MgSO 4 | 0.345g |
| Pb (NO 3) 2 | 0.29g |
אין צורך להתאים את ה-pH (צריך להיות 8.3) - לא להשתמש חומצה או בסיס. סנן ולהוסיף
| ה-ATP | 0.441g |
תקן את ג'ל מתנול 50% למשך 30 דקות ומעבירים למים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בסרטון הזה, שתיארנו החילוץ של קומפלקסים חלבונים מן המיטוכונדריה בתאי גזע עובריים אנושיים, הפרדה שלהם על ידי אלקטרופורזה ברזולוציה גבוהה ברור ג'ל יליד (hrCNE), וכן על ידי ניתוח לאחר מכן ב-ג'ל מבחני פעילות קטליטית. hrCNE פותר המיטוכונדריה חלבון מתחמי ממברנה ברזולוציה דומה לזה של כחול ג'ל אלקטרופורזה יליד עדיפה שכן ג'ל מבחני פעילות. טכניקה זו יכולה להיות מועסק לא רק לכמת המיטוכונדריה מתחמי הנשימה IV אלא גם לנתח את הרכב למקטע של כל חלבון מורכב קרום המיטוכונדריה הן hESCs והן נגזרות הצאצאים שלהם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
האדם מחקרים בתאי גזע עובריים במעבדה Teitell נתמכים כיום על ידי המכון לרפואה בקליפורניה הרגנרציה (CIRM) זרע מענק RS1-00313. אנו מודים לד"ר קרלה קוהלר (UCLA) ואנשי מעבדה קוהלר למתן עצות ותובנות אלה ומחקרים נוספים.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.5M EDTA | Fisher Scientific | BP120-1 | adjust pH to 8.0 with NaOH |
| 1M NaCl | Sigma-Aldrich | S3014-500MG | |
| 1M Sodium succinate | Fisher Scientific | S413-500 | |
| 0.1M Sodium phosphate buffer pH 7.2 | Fisher Scientific | BP332-1 and BP329-1 | Mix 68.4 ml of 1M Na2HPO4 and 31.6 ml of 1M NaH2PO4 to prepare 0.1M sodium phosphate buffer with pH 7.2 at 25 C |
| 1M Tricine, pH 7.0 (adjusted with NaOH) | EMD Millipore | 9010 | store at 4 C |
| 1M imidazole/HCl, pH 7.0 | Sigma-Aldrich | I-2399 | store at 4 C |
| 1M Tris-HCl, pH 7.4 | Fisher Scientific | BP153-1 | |
| 20% (wt/vol) dodecyl-b-D-maltoside (DDM) | Fluka | 44205-500MG | Dissolved in water. Store 1 ml aliquots at –20 C. |
| 10% (wt/vol) digitonin (>50% purity, used without recrystallization) | Fluka | 37008-1G | Dissolved in water. Store 0.1–1 ml aliquots at –20 C. Should be warmed up to 95 C before use. |
| 2M 6-aminohexanoic acid | Fluka | 07260-100G | store at 4 C |
| 10x Ponceau S/glycerol stock solution | Sigma-Aldrich | P-3504 and G6279-1L | 0.1% Ponceau S, 50% glycerol, (wt/vol) in water. |
| 10% w/v sodium deoxycholate | Fluka | 30970-25G | Dissolved in water. Must be protected from light. Adjust pH to 7.0 with HCl, filter and store at room temperature. |
| 250 mM phenazine methasulfate (PMS) | TCI America | P0083 | Dissolved in DMSO and aliquoted. Store at –20 C. |
| Nitro-blue tetrazolium (NBT) | Amresco | 0329-1G | |
| 3,3’-diaminobenzidine tetrahydrochloride (DAB) | TCI America | D0078 | |
| Pb(NO3)2 | Fisher Scientific | L62-100 | |
| MgSO4 | Fisher Scientific | BP213-1 | |
| Tris base | Fisher Scientific | BP152-10 | |
| Glycine | Fisher Scientific | G45-212 | |
| Adenosine 5’-triphosphate disodium salt (ATP) | Sigma-Aldrich | A2383-5G | Grade I, minimum 99% |
| beta-nicotineamide adenine dinucleotide (NADH) reduced form | Sigma-Aldrich | N-8129 | |
| Cytochrome c From horse heart | Sigma-Aldrich | C2506-250MG | |
| Sucrose | Fisher Scientific | BP220-212 | |
| 100x protease inhibitor cocktail | Sigma-Aldrich | P8340 | Store at – 20 C. |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Fisher Scientific | D128-500 | |
| Trypan blue Stain 0.4% | GIBCO, by Life Technologies | 15250-061 | |
| 10x Trypsin (0.5%) | GIBCO, by Life Technologies | 15400-054 | |
| Trypsin Inhibitor | GIBCO, by Life Technologies | 17075-029 |
References
- Wittig, I., Braun, H. -P., Sch˫gger, H. Blue native PAGE. Nature Protocols. 1, 418-428 (2006).
- Wittig, I., Karas, M., Sch˫gger, H. High Resolution Clear Native Electrophoresis for In-gel Functional Assays and Fluorescence Studies of Membrane Protein Complexes. 6. Molecular & Cellular Proteomics. 6, 1215-1225 (2007).
- Wittig, I., Carrozzo, R., Santorelli, F. M., Sch˫gger, H. Functional assays in high-resolution clear native gels to quantify mitochondrial complexes in human biopsies and cell lines. Electrophoresis. 28, 3811-3820 (2007).
- Castle, J. D. Purification of Organelles from Mammalian Cells. Current Protocols in Protein Science. Coligan, J. E., Dunn, B. M., Speicher, D. W., Wingfield, P. T. 4.2, John Wiley & Sons, Inc. New York. 4.2.1-4.2.57 (2007).
