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.2012年8月;12(15-16):2464-76.
doi:10.1002/pmic.201200112。

生物正交非标准氨基酸标记(BONCAT)鉴定海马神经膜蛋白质组的多巴胺能调节

附属公司

生物正交非标准氨基酸标记(BONCAT)鉴定海马神经膜蛋白质组的多巴胺能调节

詹妮弗·J·L·霍达斯等。 蛋白质组学. 2012年8月.

摘要

局部蛋白质合成及其通过多巴胺受体刺激的活性依赖性调节在突触可塑性中发挥着重要作用,使突触能够动态响应其活动模式的变化。我们在这里描述了选择性D1/D5受体激动剂SKF81297治疗后,在完整海马神经膜切片中特异翻译的候选蛋白的代谢标记、富集和基于MS的鉴定。利用非标准氨基酸叠氮高丙氨酸和点击化学,我们鉴定了300多个新合成的树突和轴突特异性蛋白。SKF81297处理样品的候选特异性主要涉及蛋白质合成和突触特异性功能。此外,我们证明应用SKF81297后,蛋白质合成的树突特异性增加。这项研究首次提供了多巴胺能海马神经膜蛋白质组动力学的快照。

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数字

图1
图1
SKF81297刺激使远端树突中新合成的蛋白质增加。(A) 用2 mM AHA在HibA中孵育1小时(对照)并用40μM SKF81297刺激(SKF-处理)的分离海马培养物(DIV 21)的代表性图像。点击反应后,对新合成的蛋白质(标记为TRA)进行MAP2免疫染色,以显示树突(蓝色信号)。在每组图像下方,针对每种情况显示了一个拉直的代表性树枝晶。标尺=10μm。(B) 显示多巴胺激动剂刺激对FUNCAT检测到的新蛋白质合成的影响的总结图。分离的海马培养物用不同浓度(25μM、50μM、75μM)培养)多巴胺受体激动剂SKF81297在HibA中2 mM AHA中1小时。通过将40微米的树突片段作为距细胞体距离的函数进行分类,对数据进行了分析。用75μM SKF 81297处理神经元,导致离细胞体大于40微米的所有树突节段中新合成的蛋白质信号显著增强。*表示p<0.05。
图2
图2
急性海马切片树突节段的显微解剖。A.对Sprague-Dawley大鼠(P24-26)分离的500μm厚急性海马脑片进行显微解剖,以获得富含突触神经膜的CA1组织(轮廓为红色;放射层),并去富集主要细胞体(轮廓为绿色;金字塔层)。鳞片=1 mm.B.描述典型显微解剖切片的尺寸和树枝状方向的卡通。
图3
图3
BONCAT实验的工作流程方案。制备急性海马脑片并切割神经膜切片。在存在或不存在多巴胺受体激动剂的情况下,将小切片在4mM AHA中孵育2.5小时。然后将切片均质化并溶解细胞。进行点击反应(见方法),亲和纯化生物素结合蛋白,用β-巯基乙醇从柱上洗脱,然后胰蛋白酶化。通过LC-MS/MS分析胰蛋白酶化肽,然后使用各种软件包分析蛋白质和蛋白质网络。
图4
图4
三个完整MudPIT实验的维恩图总结。(A) 这两个圆圈代表了在三个实验中发现的891种独特蛋白质。仅在对照组中发现的175个蛋白质以绿色表示,SKF81297刺激组特有的100个蛋白质以洋红色表示,而在两组中都发现的616个蛋白质以灰色表示。(B) 三个实验中的449个候选蛋白,如所有候选蛋白(蓝色圆圈)与数据库SynProt(见正文;橙色圆圈)的重叠区域所示,可以分配给突触定位或关联。(C) 这两个圆圈表示使用海马神经细胞mRNA转录组数据库筛选后的候选区域。D1基因治疗组(品红色圈)仅发现30个蛋白质,对照组仅发现57个蛋白质(绿色圈)。其余224个蛋白质在两组中均发现(灰色重叠区)。
图5
图5
多巴胺能海马亚组的基因本体分析。(A+B)饼图描述了SKF81297处理样品候选物的两种GO类别生物过程(A)和细胞隔室(B)的表示。(C) 虽然车辆创建的候选车辆总数较大,但只能归于一个包含4个子类别的GO类别(蜂窝隔间)。括号中的数字表示GO子类别中候选蛋白质的数量。
图6
图6
由SKF81297处理样品中确定的候选蛋白质表示的蛋白质网络。(A) 参与细胞组装和组织、神经系统发育和功能、细胞间信号传递和相互作用的蛋白质网络,由以下分子组成:ATP酶、钙2+转运,质膜2(ATP2B2);ATP酶,H+转运,溶酶体38kDa,V0亚单位d1(ATP6V0D1);非典型蛋白激酶C;巴松管(BSN);Ca2 ATP酶;钙通道,电压依赖性2/δ亚单位1(CACNA2D1);细胞粘附分子1(CADM1);细胞粘附分子3(CADM3);椎间盘,大同源物1(果蝇)(DLG1);圆盘,大同源物2(果蝇)(DLG2);糖原合成酶激酶3α(GSK3);H(H)+-ATP酶输出;海马钙素(HPCA);钾电压门控通道,振荡相关亚家族,B成员1(KCNAB1);钾电压门控通道,振荡相关亚家族,B成员2(KCNAB2);钾大电导钙激活通道亚家族M,α成员1(KCNMA1);微管相关蛋白1A(MAP1A);微管相关蛋白τ(Mapt);N型钙通道;磷酸果糖激酶,肝脏,(PFKL);蛋白酪氨酸磷酸酶,受体类型,f多肽(PTPRF)相互作用蛋白(脂蛋白),α3,(PPFIA3);Ppp2c;PRKAC;蛋白激酶,cAMP依赖性,调节性,II型,B(PRKAR2B);RAB2A,RAS癌基因家族成员(RAB2A);调节突触膜胞吐1(Rims1);Ras和Rab相互作用物1(RIN1);兔亲和素3A同源物(小鼠)(RPH3A);SERCA;突触体相关蛋白25kDa(SNAP25);syntaxin 1A(脑);突触囊泡糖蛋白2B(SV2B);unc-13同源物A(秀丽线虫)(UNC13A)。(B) 参与蛋白质合成、细胞组装和组织、遗传疾病的蛋白质网络:19S蛋白酶体;26S蛋白酶体;60S核糖体亚基;腺苷同型半胱氨酸酶;血管紧张素II受体1型;ADP核糖基化因子2(Arf2);ADP-核糖基化因子3(ARF3);Arf;Rho/Rac鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF)2(ARHGEF2);Cdc2;CSE1;染色体分离1样(酵母)(CSE1L);DEAD(Asp-Glu-Ala-Asp)盒多肽3,X-连锁(DDX3X);动力蛋白,细胞质1,重链1(DYNC1H1);真核生物翻译延伸因子1γ(EEF1G);真核生物翻译起始因子4A2(EIF4A2);Eif4g;核糖体蛋白L7A假基因(Gm5619/Gm5845);异质核核糖核蛋白D(AU-rich element RNA binding protein 1,37kDa)(HNRNPD);进口蛋白5(IPO5);马普;调解人;RAS癌基因家族成员RAN;核糖体蛋白RPL4;RPL13;RPL15;RPL17;RPL19;RPL24;RPL35;RPL13A;RPL18A;RPS8;RPS25;富含丝氨酸/精氨酸剪接因子1(SRSF1);酪氨酸3-单氧化酶/色氨酸5-单氧化酶激活蛋白,γ多肽(YWHAG)。灰色图标,SKF81297和车辆处理样品中均存在分子;洋红色图标,仅SKF81297处理样品中存在的蛋白质;白色图标,两个样品中都没有识别出分子。
图7
图7
车辆处理样品中确定的候选蛋白质代表的蛋白质网络:19S蛋白酶体;20S蛋白酶体;26S蛋白酶体;肌动蛋白,α1,骨骼肌(ACTA1);ADCY;半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶;类凝集素1(网柄菌属)(COTL1);catenin(钙粘蛋白相关蛋白),B1,88kDa(CTNNB1);细胞色素c;FSH;鸟嘌呤核苷酸结合蛋白(G蛋白),α11(Gq类)(GNA11);鸟嘌呤核苷酸结合蛋白(G蛋白)、q多肽(GNAQ);GTPASE;Ikb;Lh;苦参素3(MATR3);线粒体载体1(MTCH1);蛋白酶体(原生质体,macropain)亚单位,α型1(PSMA1),B型5(PSMB5),ATP酶,3(PSMC3),非ATP酶1(PSMD1);非ATP酶2(PSMD2)、非ATP酶3(PSMD3)和非ATP酶12(PSMD12);PSMD;RAB3-GTP酶激活蛋白亚单位2(非催化)(RAB3GAP2);Rnr;核糖体蛋白S7(RPS7);核糖体蛋白S8(RPS8);synuclein,alpha(淀粉样前体的非A4成分)(SNCA);SRC;Tgf B;泛素;泛素特异性肽酶5(异肽酶T)(USP5);vEGF。灰色图标,分子存在于载体和SKF81297处理样品中;绿色图标,蛋白质仅存在于车辆处理样品中;白色图标,两个样品中都没有识别出分子。
图8
图8
通过Western blot分析验证新合成的候选蛋白质。用aCSF和4 mM AHA+/-SKF81297刺激(40μM)或+/-茴香霉素(40μM)培养2.5小时,从树突状片段中分离出新合成的蛋白质,然后进行Western blot分析。(A) Western blot分析使用抗生物素抗体检测新合成的成功结合AHA的蛋白质。在所示车道中,In=1%输入;SUP=1%上清液;ELU=洗脱液的10%;BDS=10%珠(洗脱后)。在AHA处理过的样品中,大多数新合成的蛋白质都在洗脱液中检测到,珠子上几乎没有留下信号。在包含茴香霉素的实验中,整个印迹中出现的生物素化信号少得多,洗脱液中存在的生物素蛋白数量大大减少。(B) 在生物素化蛋白质洗脱后,对感兴趣的单个蛋白质进行Western blot分析。获得了新合成的MAP2、CAMKIIα、β-actin、Pan-Cadherin和Homer 1的明确证据。MAP2、CAMKIIα、β-actin和原钙粘蛋白是MS鉴定的候选蛋白。FMRP作为阴性对照。

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