ITMI20000552A1 - Markers di massa molecolare per westner blot - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo:
"MARKERS DI MASSA MOLECOLARE PER WESTERN BLOT ’
La presente invenzione riguarda in generale le tecniche di separazione e visualizzazione di proteine mediante elettroforesi e western blot. Più in particolare, viene qui fornito un metodo per ottenere markers di peso molecolare (standard) impiegabili nel western blot.
STATO DELLA TECNICA
Dall’introduzione della tecnica del western blot gli anticorpi radiomarcati sono stati progressivamente sostituiti dagli anticorpi coniugati con enzimi, che risultavano di maggiore maneggevolezza e richiedevano tempi di rivelazione più brevi. Attualmente, i più comuni metodi di rivelazione di proteine in western blot sono basati sull’uso di coniugati con perossidasi (anticorpi, proteina A o G, avidina, streptavidina, e altri), la cui attività enzimatica è rivelata mediante appropriati substrati, quali cromogeni o chemioluminescenti.
Nella comune pratica di laboratorio, i markers di peso molecolare {standard) utilizzati in western blot, dopo trasferimento su membrana e colorazione, vengono segnati con una matita per avere l’esatta migrazione delle bande corrispondenti. Tale accorgimento viene adottato anche quando si utilizzano standard precolorati, dato che al termine della procedura di western blot si può avere un’alterazione dei colori o una decolorazione e conseguente scomparsa o difficoltà di individuazione di alcune bande sulla membrana. Inoltre, quando si usano metodi chemioluminescenti, la migrazione degli standard deve essere ulteriormente segnata sulla pellicola autoradiografica, introducendo un’ulteriore possibilità di imprecisione.
Esistono standard di peso molecolare direttamente rivelabili sulla membrana, ma richiedono condizioni o trattamenti particolari. Per esempio, gli standard coniugati con biotina sono rivelabili solo in sistemi biotina-(strept)avidina. E’ reperibile in commercio (Santa Cruz Biotechnology, U.S.A.) un set di standard che condividono un epitopo comune, rivelabile con un anticorpo specifico miscelato con la soluzione deH’anticorpo secondario. Questo metodo, tuttavia, comporta l’acquisto dello standard e dell’anticorpo secondario presso un unico fornitore. Non sono disponibili standard rivelabili mediante l’attività enzimatica della perossidasi direttamente sulla membrana utilizzata per il western blot.
Sono stati descritti (Dorward D.W., 1993, Anal. Biochem. 209:219; Vargas C. et al., 1993, Anal. Biochem. 209:323) metodi per la rivelazione di proteine che possiedono un gruppo eme dopo SDS-PAGE e trasferimento su filtro di nitrocellulosa, impiegando substrati della perossidasi, sia cromogeni che chemioluminescenti. Inoltre, esistono in commercio (Sigma, U.S.A., catalogo A9392, H2757, H2507, P8906) standard per elettroforesi ottenuti mediante la polimerizzazione di una proteina che genera una serie discreta di omopolimeri.
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE
Si è ora trovato che l’attività perossidasica può essere mantenuta e almeno in parte stabilizzata contro la denaturazione dopo la coniugazione di due o più proteine con attività perossidasica o di proteine aventi attività perossidasica con altre proteine prive di attività perossidasica. Ciò ha consentito la preparazione di standard di massa molecolare che possono essere direttamente rivelati sulla membrana utilizzata per il western blot mediante reazione con un opportuno substrato della perossidasi.
Pertanto, l’invenzione fornisce un metodo per la preparazione di standard di massa molecolare per uso in western blot, che comprende la coniugazione di due o più (poli)peptidi uguali o diversi, di cui almeno uno avente attività perossidasica, mediante un cross-linker, ed, eventualmente, la successiva separazione dei prodotti di coniugazione in modo da coprire l’intervallo di masse molecolari desiderato.
Con il termine coniugazione si intende l’unione di due o più (poli)peptidi per interposizione di un opportuno composto (cross-linker) in grado di legare covalentemente i due (poli)peptidi. Tali cross-linker possono essere scelti dal gruppo comprendente tutti i cross-linker bifunzionali irreversibili. Preferibilmente viene utilizzato il disuccinimidilsuberato (DSS) o il suo analogo idrosolubile disuccinimidilglutarato (DSG).
Con “proteine ad attività perossidasica” vengono preferibilmente indicate le proteine o i (poli)peptidi recanti un gruppo eme. Citocromo c, microperossidasi, lattoperossidasi e perossidasi di rafano sono esempi non limitanti di proteine ad attività perossidasica impiegabili secondo l’invenzione. Come “proteina priva di attività perossidasica” può invece essere utilizzata qualsiasi proteina non-eme di massa molecolare nota che abbia una migrazione costante e riproducibile nelle diverse condizioni adottate per l’elettroforesi, e che sia facilmente e stabilmente coniugabile con il cross-linker sopra specificato. Preferibilmente la proteina non-eme è scelta dal gruppo comprendente lisozima, anidrasi carbonica, ovalbumina e sieroalbumina.
La coniugazione può essere singola, nel senso che vengono unite due proteine uguali o diverse, o multipla, intendendo con ciò la possibilità che più di due proteine vengano variamente unite tra loro per interposizione dell’agente di cross-legame. La molteplicità della coniugazione può essere regolata variando le condizioni di reazione tra il cross-linker e la proteina o la miscela di diverse proteine, in particolare intervenendo sul tempo di reazione o sulla concentrazione dei reagenti. Al termine della reazione, si otterrà una miscela di prodotti con diversa molteplicità di coniugazione. Si è visto che i vari prodotti così ottenuti sono rappresentati in misura inversamente proporzionale alla loro massa molecolare. La miscela di prodotti può essere utilizzata come tale o separata nei suoi diversi componenti. In questo modo è possibile preparare standard che coprono vari intervalli di massa molecolare. Per una definizione più accurata della massa molecolare è possibile calibrare ogni preparazione mediante comparazione in SDS-PAGE e/o western blot o con uno standard commerciale o preparato in laboratorio con proteine di massa molecolare nota. Bisogna comunque tenere presente che la tecnica del western blot non è una tecnica analitica di determinazione della massa molecolare. Pertanto, possono essere impiegati standard la cui massa molecolare sia definita con una certa approssimazione, analogamente a quanto avviene con gli standard commerciali precolorati, in cui la coniugazione con la molecola cromofora porta ad un’alterazione della migrazione elettroforetica.
Gli standard, dopo separazione elettroforetica e trasferimento su membrana per western blot, possono essere rivelati direttamente sulla membrana per reazione con un substrato croniogeno o sulla pellicola autoradiografica quando si usi un substrato chemioluminescente. Quali esempi di substrati cromogeni e chemiluminescenti comunemente utilizzati, possono essere indicati: 4-cloro-l -naftolo e diaminobenzidina (cromogeni); ECL (Amersham), Supersignal (Pierce) e DuoLux (Vector) (chemioluminescenti). E’ preferibile, prima dell’utilizzo degli standard, fare una stima del loro peso molecolare apparente mediante calibrazione con standard commerciali, dal momento che il cross-linking può impedire la completa denaturazione delle proteine nelle condizioni adottate per l’SDS-PAGE, con conseguente imprevedibilità di migrazione. Inoltre, nel caso di prodotti di coniugazione tra diverse proteine, è preferibile che la proteina ad attività perossidasica abbia basso peso molecolare, in modo da aumentare il rapporto di coniugazione (perossidasi/proteina) e consentire una migliore rivelazione degli standard. Sono dunque preferite le microperossidasi, quali la microperossidasi MP-11, un peptide di 11 amminoacidi del citocromo c, o le microperossidasi MP-9 e MP-8, rispettivamente nona- o octapeptidiche, descritte in Plattner et al., 1977, Histochemistry 53:223-242, o in Harbury et al., 1960, J. Biol. Chem., 235:3649-3655, o ancora in Kraehenbuhl et al., 1974, J. Exp. Med., 139:208-223; inoltre possono essere utilizzate la MP-6 e la MP-17, rispettivamente di 6 e 17 amminoacidi (Spee et al, 1996, Eur. J. Biochem. 241:215-220). In generale è utilizzabile qualsiasi peptide, derivato da proteine ad attività perossidasica mediante proteolisi o sintesi, che mantenga l’attività enzimatica.
In generale si è visto che le preparazioni di standard di massa molecolare secondo l’invenzione sono stabili dopo trattamento in SDS-PAGE e western blot, anche se l’attività perossidasica viene meglio mantenuta in condizioni di leggera denaturazione e a una temperatura non eccessivamente alta.
Un ulteriore aspetto dell’invenzione riguarda un kit per la preparazione di standard di massa molecolare che comprende, in contenitori separati, la proteina/peptide ad attività perossidasica, il cross-linker ed, eventualmente, la proteina priva di attività perossidasica, il tampone di incubazione e il tampone di arresto della reazione. Quest’ultimo può essere un tampone di Tris o lisina, il tampone di lisina essendo maggiormente preferito, poiché consente una migliore interazione proteina-membrana.
L’efficacia di impiego di (poli)peptidi aventi attività perossidasica nella marcatura di proteine prive di questa attività consente la loro utilizzazione in sostituzione della marcatura con la più ingombrante molecola della perossidasi. Ad esempio, possono essere coniugati, in particolare con la microperossidasi, gli anticorpi secondari, l’avidina o la streptavidina impiegati comunemente in western blot, E.L.I.S.A, immunocitochimica e immunoistochimica. Il coniugato che ne deriva potrà avere una dimensione sensibilmente ridotta e/o un maggior numero di molecole marcatrici, aumentando in generale la propria efficienza.
Pertanto, secondo un ultimo aspetto, l’invenzione riguarda l’uso di prodotti di coniugazione con (poli)peptidi di taglia ridotta aventi attività perossidasica, preferibilmente citocromo C e microperossidasi, nelle tecniche che richiedono una marcatura enzimatica.
DESCRIZIONE DELLA FIGURA
corsia 1 : (dal basso all’alto) citocromo c monomero, dimero e trimero;
corsia 2: come in corsia 1, dopo separazione e rimescolamento degli oligomeri per dare bande di intensità paragonabile;
corsia 3: lisozima coniugato con microperossidasi (dal basso verso l’alto) monomero, dimero, trimero;
corsia 4: anidrasi carbonica coniugata con microperossidasi; corsia 5: (dal basso verso l’alto) citocromo c monomero, dimero e trimero come in corsia 2; ovalbumina coniugata con citocromo c; sieralbumina bovina coniugata con citocromo-c.
Gli esempi che seguono illustrano l’invenzione in maggior dettaglio.
ESEMPI ESEMPIO 1 : intervallo tra ~ 13 e 40 kDa (oligomeri di citocromo c) Materiale: 20 mg citocromo c
tampone A: 10 mM NaP; pH 7,4, 150 mM NaCl
tampone B: 1M DL-lisina in tampone A
tampone C: 40 mM Tris-Cl pH 7,4, 300 mM NaCl
soluzione D: 20 mM DSS in dimetilsulfossido (preparare estemporaneamente).
1. Disciogliere il citocromo c in 0,18 ML di tampone A.
2. Aggiungere 0,02 mi della soluzione D.
3. Lasciare in agitazione per Ih a temperatura ambiente.
4. Aggiungere 0,02 mi di tampone B.
Se si desidera ottenere un set con bande aventi la stessa intensità, proseguire con i punti successivi, altrimenti saltare direttamente al punto 7. 5. Caricare su colonna Superdex 75 (10 x 300 mm) o una colonna delle stesse caratteristiche, equilibrata e eluita in tampone C al flusso di 0,5 ml/min, raccogliendo separatamente i picchi eluiti.
6. Rimescolare ciascun picco in misura inversamente proporzionale all’area del picco cromatografico.
7. Aliquotare e congelare a temperatura inferiore a -20°C.
ESEMPIO 2: intervallo tra ~ 60 e 130 kDa (coniugati con citocromo c)
Materiale: 1 mg citocromo c
3,3 mg ovalbumina
10 mg sieralbumina bovina
tampone A: 10 mM NaPj pH 7,4, 150 mM NaCl
tampone B: 1M DL-lisina in tampone A
soluzione D: 20 mM DSS in dimetilsulfossido (preparare
estemporaneamente).
1) Disciogliere il citocromo c in 1 mi di tampone A.
2) Disciogliere l’ovalbumina in 0,8 mi di tampone A e aggiungere 0,1 mi della soluzione di cui al punto 1.
3) Disciogliere la sieralbumina bovina in 0,8 mi di tampone A e aggiungere 0,1 mi della soluzione di cui al punto 1.
4) Aggiungere 0,1 mi della soluzione D alle soluzioni preparate ai punti 2 e 3.
5) Lasciare le soluzioni di cui al punto 4 in agitazione per 1 h a temperatura ambiente.
6) Aggiungere 0,1 mi di tampone B.
7) Aliquotare e congelare a temperatura inferiore a -20° C.
ESEMPIO 3: intervallo tra ~ 15 e 45 kDa (coniugati con microperossidasi MP-11)
Materiale: 1 mg microperossidasi MP-1 1
10 mg lisozima
5 mg anidrasi carbonica
tampone A: 10 mM NaP; pH 7,4 , 150 mM NaCl
tampone B: 1M DL-lisina in tampone A
soluzione D: 20 mM DSS in dimetilsulfossido (preparare estemporaneamente) .
1. Disciogliere la microperossidasi in 1 mi di tampone A.
2. Disciogliere il lisozima in 0,8 mi di tampone A e aggiungere 0,1 mi della soluzione di cui al punto 1 .
3. Disciogliere l’anidrasi carbonica in 0,8 mi di tampone A e aggiungere 0,1 mi della soluzione di cui al punto 1.
4. Aggiungere 0,1 mi della soluzione D alle soluzioni preparate ai punti 2 e 3.
5. Lasciare le soluzioni di cui al punto 4 in agitazione per 1 h a temperatura ambiente.
6. Aggiungere 0,1 mi di tampone B.
7. Aliquotare e congelare a temperatura inferiore a - 20°C.
ESEMPIO 4- Western Blot
Campioni in duplicato di citocromo c non coniugato, perossidasi di rafano, lattoperossidasi, e di proteine coniugate (sia con citocromo c che con MP-11) sono stati miscelati con tampone riducente di Laemmli: il primo duplicato è stato scaldato per 5 min a 95°C, il secondo a 40°C, poi i campioni sono stati fatti correre in parallelo con Broad Molecular Weight Markers (Bio-Rad, Hercules, CA, U.S.A.) in 15% mini-SDS-PAGE secondo procedura standard. Dopo la corsa, il gel è stato trasferito su fogli di nitrocellulosa di 0,45 pm in cella “semi-dry”. Le membrane sono state lavate con 20 mM Tris-HC1 pH 7,4, 150 mM NaCl (TBS), bloccate 1 h in 3% (w/v) albumina di siero bovino in TBS (BT), poi incubate in BT contenente 0,05% (v/v) Tween-20 per 2 ore oppure per una notte per simulare le diverse procedure di Western Blot. Dopo lavaggio in TBS contenente 0,25% Tween-20 e ulteriori lavaggi in TBS, l attività perossidasica è stata rivelata.
Il citocromo c è stato inoltre trattato con DSS senza aggiunta di proteine, sottoposto a gel-filtrazione su colonna Superdex 75 (1x30 cm) (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Svezia), equilibrata ed eluita in 40 mM Tris-HCl pH 7,4, 300 mM NaCl, con un flusso di 0,5 ml/min: i picchi eluiti sono stati raccolti separatamente.
Si è visto che i coniugati di citocromo c e MP- 11 conservano attività perossidasica al termine della procedura di western blot , come riassunto in Tabella 1A-B. Si è visto anche che le proteine ad attività perossidasica, non sottoposte a coniugazione, risultavano più sensibili al trattamento ad alta temperatura, che riduceva drasticamente la loro attività enzimatica; infatti, è da ritenersi che il trattamento con il cross-linker stabilizzi la struttura della proteina contro la denaturazione.
TABELLA 1
A. Coniugati di citocromo C
B. coniugati di microperossidosi MP-11
Quando il citocromo c veniva trattato con il cross-linker, si producevano tre oligomeri (Figura, corsie I e 2) che venivano facilmente separati per gel filtrazione. La mobilità elettroforetica suggerisce la loro identificazione come monomeri, dimeri e trimeri (Tabella 2).
La quantità di ciascun coniugato e degli oligomeri di citocromo c è stata regolata in modo da rendere il più possibile omogenea l’intensità di segnale di ciascuna banda. Dalla miscelazione delle tre specie citocromo c, ovalbumina- e sieroalbumina-citocromo c, si è ottenuta una valida serie di marcatori di massa molecolare (Figura, corsia 5). La coniugazione di MP-11 a lisozima generava tre specie di oligomeri di lisozima, tutti coniugati di MP-11 (Tabella 1B e Figura, corsia 3), monomeri, dimeri e trimeri (Tabella 2). La coniugazione di MP-1 1 alla anidrasi carbonica generava una singola banda (corsia 4).
TABELLA 2
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la preparazione di markers di massa molecolare per western blot che comprende la coniugazione di due o più (poli)peptidi uguali o diversi, di cui almeno uno avente attività perossidasica, mediante un cross-linker.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre la separazione dei prodotti di coniugazione in base alle loro masse molecolari.
- 3. Metodo secondo le rivendicazioni 1-2, in cui il (poli)peptide con attività perossidasica è scelto dal gruppo delle proteine/peptidi contenenti un gruppo eme.
- 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detto (poli)peptide con attività perossidasica è scelto tra citocromo c, microperossidasi, lattoperossidasi e perossidasi di rafano.
- 5. Metodo secondo le rivendicazioni 1-2, in cui la proteina non avente attività perossidasica è scelta tra lisozima, anidrasi carbonica, ovalbumina e sieralbumina.
- 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il cross linker è scelto tra quelli bifunzionali irreversibili.
- 7. Markers di massa molecolare per western blot ottenibili con il metodo delie rivendicazioni 1-6.
- 8. Markers di massa molecolare secondo la rivendicazione 7, scelti dal gruppo comprendente: coniugato di citocromo c, coniugato di microperossidasi e lisozima, coniugato di anidrasi carbonica e microperossidasi, coniugato di citocromo c e ovalbumina, coniugato di citocromo c e sieralbumina.
- 9. Kit per la preparazione dei markers di massa molecolare delle rivendicazioni 7 e 8, che comprende, in contenitori separati, il (poli)peptide ad attività perossidasica e il cross-linker, ed eventualmente la proteina priva di attività perossidasica e il tampone di incubazione.
- 10. Uso di un (poli)peptide ad attività perossidasica per la preparazione di un marker di massa molecolare per western blot.
- 11. Uso secondo la rivendicazione 10, dove detto (poli)peptide ad attività perossidasica è scelto tra i (poli)peptidi contenenti un gruppo eme.
- 12. Uso di prodotti di coniugazione di (poli)peptidi di taglia ridotta aventi attività perossidasica nelle tecniche che richiedono una marcatura enzimatica.
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