蛋白质磷酸化是最常见和最重要的翻译后修饰(PTMs)之一。磷酸化调控机制由激酶、磷酸酶及其底物磷酸结合蛋白组成,蛋白质通过三磷酸腺苷(ATP)水解和激酶的酶活性获得磷酸基团。自1992年E.H.Fischer和E.G.Krebs两位科学家因发现可逆性蛋白质磷酸化而获得诺贝尔奖以来,磷酸化在所有生命过程中的重要作用一直是研究热门。
当我们采用实验动物组织作为样本来研究磷酸化蛋白,时常会遇到这样的问题:动物相同,但是不同批次的实验却会有令人费解的不同结果。这是什么原因呢,今天小优细节君带大家来一探究竟。
图1 磷酸化机制
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这里介绍一篇宝藏文章,作者做了大量WB实验,还有多项对照,证明了死后间隔时间PMI(Post-mortem Interval)对磷酸化蛋白的影响。研究指出,小鼠被处死后,组织中磷酸化蛋白质迅速发生改变。心脏、肝脏、肾脏这几种组织中的大部分磷酸化蛋白在死后20s到10min的时间内迅速去磷酸化。例如Tau在Thr212的磷酸化以及GSK-3β在Ser9的磷酸化在死后40秒就减少了50%,请注意,这是正常的提取组织操作时间,不是长期放置。
图2 PMI对不同蛋白磷酸化的影响
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作者还发现不同的组织处理方法对于磷酸化蛋白表达也是有影响的。图3中control是未灌注的,直接放-80度保存的结果,RT/Cold PBS是分别用常温/预冷PBS进行灌注之后的结果。对比发现,未灌注组的蛋白表达最高,如果一定要进行灌注,使用预冷PBS灌注可以有效减少磷酸化改变。
图3 灌注/不灌注样本检测到的磷酸化蛋白
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结合文章和我们的经验,总结几点减少组织中蛋白质磷酸化改变的方法:
01 预冷PBS短暂保存
以Tau蛋白为例,不同位点的磷酸化蛋白基本都是随PMI时间增加而表达减少, T212位点的磷酸化在2min后已经检测不到了。但是我们在实际取样过程中,尤其是大批量动物实验中,无法立即将组织放入-80度冰箱,这时我们可以将组织放入预冷的PBS中进行短暂保存。对比图4和图5可以发现,在预冷PBS中保存的组织,磷酸化蛋白可以更加稳定,T212在10min仍可检测到明显的条带。当然,时间不能太久,建议10min内要转移到-80度冰箱。
图4 多种p-Tau蛋白受到PMI影响
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图5 冰冷PBS短暂保存后检测p-Tau
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02 麻醉/灌注处理
图3的结果显示未灌注组的蛋白表达最高,所以我们在实验中尽量避免灌注处理,如果一定要灌注,务必使用预冷的PBS进行灌注,灌注时间也要缩短。
在某些动物实验中,我们可能还会用到麻醉处理,麻醉其实也会影响蛋白的磷酸化水平。有研究报道,麻醉处理增加了GSK3的丝氨酸磷酸化,这意味着检测到的不是动物死亡前的真实磷酸化水平。所以,我们应尽可能避免麻醉处理,如果必须要,那就做好对照,并且保持批次间操作一致。
图6 麻醉处理对磷酸化蛋白影响
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03 添加磷酸酶抑制剂和蛋白酶抑制剂
在做磷酸化蛋白时,磷酸酶抑制剂和蛋白酶抑制剂需要同时加入。有很多小伙伴问过这个问题,是不是只加磷酸酶抑制剂就行了。磷酸酶抑制剂是无法有效抑制蛋白酶的,如果总蛋白都降解了,如何去检测磷酸化呢?所以如果只加了其中一种抑制剂,很容易检测不出。如果觉得麻烦,最好是买抑制剂cocktail,效果如下:
图7 蛋白酶/磷酸酶抑制剂作用效果
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04 总蛋白对照
随着PMI时间增加,不仅磷酸化蛋白表达减少,总蛋白也在减少。如果只有磷酸化蛋白的结果,是无法说明问题的。一定要用总蛋白归一化才能准确地反映磷酸化水平变化。
现在很多期刊都已经在投稿要求明确了总蛋白的标准。点此查看更多。
图8 总蛋白和磷酸化蛋白都会随PMI时间改变
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参考文献:
1. Yifan Wang, Yanchong Zhang, Wen Hu et al. Rapid alteration of protein phosphorylation during postmortem: implication in the study of protein phosphorylation. Sci Rep.(2015)5:15709.
2. Ardito F, Giuliani M, Perrone D et al. The crucial role of protein phosphorylation in cell signaling and its use as targeted therapy. Int J Mol Med(2017)40(2):271-280.
3. Li, X., Friedman, A. B. et al. Anesthesia and post-mortem interval profoundly influence the regulatory serine phosphorylation of glycogen synthase kinase-3 in mouse brain. J Neurochem 92, 701–704 (2005).
4. Li, J., Gould, T. D., Yuan, P. et al. Post-mortem interval effects on the phosphorylation of signaling proteins. Neuropsychopharmacol 28, 1017–1025 (2003).