De beschreven vergelijkende, kwantitatieve proteomics aanpak is gericht op het verkrijgen van inzicht in de samenstelling van multiprotein complexen onder verschillende omstandigheden en wordt aangetoond door het vergelijken van genetisch verschillende stammen. Voor kwantitatieve analyse gelijke volumes van verschillende fracties van een sucrose dichtheidsgradiënt gemengd en geanalyseerd met massaspectrometrie.
De geïntroduceerde protocol voorziet in een instrument voor de analyse van multiprotein complexen in de thylakoidmembraan, door de onthulling van inzichten in complexe samenstelling onder verschillende omstandigheden. In dit protocol de benadering wordt aangetoond door de samenstelling van het eiwitcomplex belast cyclische elektronenstroom (CEF) in Chlamydomonas reinhardtii, geïsoleerd uit genetisch verschillende stammen. De werkwijze omvat het isoleren van thylakoïdmembranen, gevolgd door fasescheiding in multiprotein complexen sucrose dichtheidsgradiënt centrifugatie, SDS-PAGE, immunodetectie en vergelijkende, kwantitatieve massaspectrometrie (MS) op basis van differentiële metabolisch merken (14 N / 15 N) van de geanalyseerde stammen. Reinigingsmiddel oplosbaar thylakoidmembranen worden geladen op sucrose dichtheidsgradiënten op gelijke concentratie chlorofyl. Na ultracentrifugeren worden de gradiënten gescheiden in fracties, die worden geanalyseerd door massa-spectrometry op basis van gelijk volume. Deze aanpak maakt het onderzoek naar de samenstelling binnen de gradiënt fracties en bovendien om de migratie gedrag van verschillende eiwitten te analyseren, in het bijzonder gericht op ANR1, CAS, en PGRL1. Bovendien is deze werkwijze blijkt uit de resultaten bevestigen met immunoblotting alsmede door ondersteuning van de bevindingen uit eerdere studies (identificatie en PSI-afhankelijke migratie van proteïnen die eerder beschreven deel van de CEF-supercomplex zoals PGRL1, FNR, en CYT f). Met name deze aanpak is toepasbaar op een breed scala aan vragen waarop dit protocol kan worden vastgesteld en bijvoorbeeld gebruikt voor vergelijkende analyses van multi-eiwitcomplex samenstelling geïsoleerd uit verschillende milieu-omstandigheden te pakken.
Fotosynthetische processen thylakoidmembranen planten en algen kan functioneren in een lineaire en cyclische modus. Tijdens lineaire elektronenstroom (LEF) fotosysteem I (PSI), fotosysteem II (PSII) en cytochroom b 6 / f uiteindelijk elektronen overdragen van water NADP + 1, leidt tot de generatie van NADPH en ATP 2. Daarentegen cyclische elektronenstroom (CEF), bekend onder verschillende milieuomstandigheden achtige toestand 2 en 3 anaërobe omstandigheden 4, bepaalt het re-reductie van geoxideerd SIP door het injecteren van elektronen terug in de elektronen transportketen wordt geïnduceerd. Dit proces kan zowel in de stroma van het cytochroom b 6 / f complex 1 of de plastoquinone zwembad 5 genereert en ATP, maar geen NADPH 2.
Het doel van het huidige protocol is een massaspectrometrie (MS) gebaseerd m aantonenMETHODE voor de vergelijkende, kwantitatieve analyse van multiprotein complexen thylakoidmembranen van Chlamydomonas reinhardtii inzicht in de samenstelling van deze complexen krijgen onder verschillende omstandigheden (zoals geïllustreerd door vergelijking van genetisch verschillende stammen). Deze benadering werd toegepast in een publicatie van Terashima et al.. In 2012 met een Ca2 +-afhankelijke regulering van CEF in C. reinhardtii gemedieerd door een multi-eiwitcomplex waaronder de eiwitten CAS, ANR1 en PGRL1 6. De procedure wordt toegelicht door relatief analyse van de samenstelling van de CEF-supercomplex twee genetisch verschillende stammen, waardoor maken van etikettering een van de twee stammen met zware stikstof (15 N). In het kort, het protocol omvat de voorbereiding van thylakoïdmembranen, gevolgd door detergens en fractionering van fotosynthetische complexen in een sucrosegradiënt dichtheid. Na fractionering van de gradiënt, geselecteerd fracties van twee stammen worden gemengd op basis van gelijke omvang, door SDS-PAGE gevolgd door in-gel-digestie en daaropvolgende kwantitatieve MS analyse.
Zoals hierboven vermeld, wordt CEF geïnduceerd onder verschillende omgevingsomstandigheden en een publicatie uit 2010 toont de isolatie van een functionele CEF-supercomplex van staat 2 vergrendelde cellen van C. reinhardtii 7, die werd uitgevoerd door het scheiden van opgeloste thylakoidmembranen op een sucrose dichtheidsgradiënt ultracentrifugatie bij. Verschillend van Iwai et al.. 7, de gepresenteerde protocol beschrijft de isolatie van de CEF-supercomplex van anaërobe gegroeid C. reinhardtii culturen door het volgen van een alternatieve procedure. Dit omvat veranderingen in de thylakoid isolatieprotocol en verschillen betreffende de solubilisatiestap en de scheiding van eiwitcomplexen door ultracentrifugatie. In het huidige protocol, thylakoïdmembranenworden geïsoleerd door toepassing van de procedure gepubliceerd door Chua en Bennoun 8, terwijl de buffers gebruikt thylakoid voorbereiding door Iwai et al.. bevatte 25 mM Mes, 0,33 M sucrose, 5 mM MgCl2, 1,5 mM NaCl (pH 6,5) zoals beschreven 9. De solubilisatie werd uitgevoerd met 0.7-0.8% detergens (n-tridecyl-β-D-maltoside) gedurende 30 min op ijs bij Iwai en medewerkers, terwijl het oplosbaar hier beschreven methode is gebaseerd op het gebruik van 0,9% detergens (n -Dodecyl-β-D-maltoside (β-DM)) en is uitgevoerd voor slechts 20 minuten op ijs. Beide groepen die 0,8 mg chlorofyl per ml voor de solubilisatie van de respectievelijke wasmiddel. Voor de scheiding van fotosynthetische complexen van opgeloste thylakoidmembranen Iwai et al.. Toegepast sucrose concentraties van 0,1-1,3 M, terwijl de auteurs van dit protocol gebruikte concentraties variërend 0,4-1,3 M. Het laatste verschil is de centrifugeersnelheid, wat lager is dan aan de earlier publicatie.
Oplossen van thylakoidmembranen met ionogene detergentia gevolgd door sucrose dichtheidsgradiënt fractionering reeds toegepast in talloze studies variërend van 1980 tot heden 7, 9-14 en tevens de toepassing van metabolisch merken van eiwitten is een wijdverspreide methode op het proteomics. De beschreven aanpak geldt de 15 N metabolisch merken van een van de twee vergeleken stammen door kweken in de aanwezigheid van zware stikstof als enige stikstofbron in de vorm van 15 N NH4Cl, die is opgenomen in alle aminozuren leidt tot een massale verschuiven afhankelijk van de aminozuursequentie van het peptide. Bij het analyseren van een mengsel van 14 N en 15 N binnen een MS draaien, kan deze massa verschuiving worden gebruikt om het monster herkomst te bepalen voor elk peptide en peptide relatieve abundanties kan worden berekend die relatieve abundanties van de overeening eiwit 15.
Talrijke kwantitatieve proteomics studies op C. reinhardtii beschikbaar die een bepaalde hoeveelheid eiwit vergelijken veranderingen in het proteoom tussen experimentele omstandigheden (bijvoorbeeld veranderingen in het proteoom door nutriënten, 16-19 of lichte belasting 20,21) geanalyseerd. Vergeleken bij deze studies de momenteel weergegeven benadering gelijke volumes van monsters worden gecombineerd en geanalyseerd. Deze opstelling laat het migratiegedrag van proteïnen in de gradiënt en bovendien de samenstelling van verschillende complexen met betrekking tot de onderzochte stammen te analyseren.
Deze werkwijze wordt toegelicht door hoofdzakelijk concentreren op drie eiwitten: De eerste kandidaat is de chloroplast gelokaliseerde eiwitten calcium sensor CAS, dat werd aangetoond dat het betrokken foto-acclimatisatie in C. reinhardtii 22. Calcium wordt beschouwd als een belangrijk signaaling ion voor trajecten die worden geactiveerd door verschillende biotische en abiotische stress uiteindelijk leidt tot veranderingen in genexpressie en celfysiologie 23 en er werd voorgesteld dat chloroplasten kunnen bijdragen tot cellulaire Ca 2 +-signalen via de CAS eiwit 22,24,25. Het tweede eiwit is ANR1 (anaërobe reactie 1 6), een eiwit dat werd opgenomen onder anoxische groeiomstandigheden wordt geïnduceerd in C. reinhardtii 26. Met name CAS en ANR1 werden geïdentificeerd als subeenheden van de CEF-supercomplex en bovendien met behulp van omgekeerde genetische technieken werd aangetoond dat beide eiwitten functioneel bijdragen aan CEF in vivo 6, steun voor de rol functionele subeenheden van het eiwitcomplex. Het derde eiwit is het eiwit thylakoid PGR5-Like 1 (PGRL1), dat werd aangetoond dat het betrokken in CEF Chlamydomonas 4,27 en 5,28 in Arabidopsis en ook identified in het werk van Iwai et al.. 7
Wildtype (WT) versus (vs) een ΔPSI 29 stam vertoont een deletie van de PSAB gen codeert voor een essentiële fotosysteem I subeenheid, die ook deel uitmaakt van het: Deze benadering wordt door tonen de resultaten van twee experimenten worden gepresenteerd CEF-supercomplex en WT versus een pgrl1 knock-out stam 4. Voor elk van deze experimenten is de kwantitatieve samenstelling van de CEF-supercomplex tussen 15 N en een 14 N-gemerkte stam vergeleken.
Verschillende kwantitatieve proteomics studies met behulp van stabiele isotopen zijn gepubliceerd in de laatste jaren. In deze experimenten gewoonlijk twee verschillende monsters worden vergeleken, waarvan een monster wordt gelabeld met een stabiele isotoop. Daarna eiwitten of peptiden uit beide monsters worden gecombineerd in gelijke ratio en verder samen verwerkt 48. Dergelijke studies vaak van plan om bepaalde geïsoleerde cellulaire compartimenten (bv chloroplasten, mitochondriën, of thylakoidme…
The authors have nothing to disclose.
MH erkent steun van de "Deutsche Forschungsgemeinschaft" (DFG). Auteur bijdragen: MH opgezet onderzoek, KT, JS en MT uitgevoerde onderzoek en de gegevens geanalyseerd, KT en MH schreef de krant.
Chemicals | |||
Acetic acid | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A0662 | |
Acetone | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A2300 | |
Acetonitrile Optigrade für LC-MS | Diagonal website: https://www.diagonal.de/ |
9340 | harmful, work with gloves see protocol text for further precautions |
Ammonium chloride 15N | Cambridge Isotope Laboratories website: http://www.isotope.com/cil/index.cfm |
39466-62-1 | |
Ammonium chloride 14N | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A0988 | |
Ammonium hydrogenphosphate | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A3583 | |
Ammonium sulfate | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A3598 | |
Coomassie brilliant blue R-250 | Fisher Scientific website: http://www.de.fishersci.com/index.php/deindex |
10041653 | |
n-Dodecyl-β-D-maltoside | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A0819 | |
EDTA | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A2937 | |
Formic acid | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A3858 | |
Hepes | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A3724 | |
Magnesium chloride | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A4425 | |
Methanol | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A2954 | |
Phosphorous acid | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A0989 | |
Di-Potassium hydrogenphosphate | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A1042 | |
Potassium di-hydrogenphosphate | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A1043 | |
Sodium hydroxide | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A1551 | |
Sucrose | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A1125 | |
Tricine | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A3954 | |
Tris | AppliChem webiste: http://www.applichem.com/home/ |
A2264 | |
Trypsin (sequencing grade modified) and Trypsin buffer | Promega website: http://www.promega.de/ |
V5111 | |
Equipment | |||
Neboulizer (BioNeb cell disruptor) | Glas-Col website: http://www.glascol.com/product/subproduct/id/75 |
||
Centrifuge tubes (14 x 89 mm) for preparation of takahashi style gradients |
Beckman Coulter website: http://www.beckmancoulter.de/ |
331372 | |
Centrifuge tubes 25 x 89 mm for preparation of thylakoid isolation gradients |
Beckman Coulter website: http://www.beckmancoulter.de/ |
344058 | |
Coulter Avanti Centrifuge J-20 XP | Beckman Coulter website: http://www.beckmancoulter.de/ |
||
Fuchs-Rosenthal cell couting chamber | Diagonal website: https://www.diagonal.de/ |
449/72 | |
Homogenizer (Potter) 50 ml | Fisherbrand website: http://www.de.fishersci.com/index.php/defisherbrand |
10618242 | |
Pistil for homogenizer | Fisherbrand website: http://www.de.fishersci.com/index.php/defisherbrand |
105252220 | |
Ultracentrifuge (Optima XPN-80 Ultracentrifuge) | Beckman Coulter website: http://www.beckmancoulter.de/ |
||
Other | |||
Antibodies | Agrisera website: http://www.agrisera.com/en/index.html |