(BBB2002)technical improvement to 2D page of rice organelle membrance proteins
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(BBB2002)technical improvement to 2D page of rice organelle membrance proteins
蛋白提取方法
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Note
TechnicalImprovementto2D-PAGEofRiceOrganelleMembraneProteins
SatoshiMIKAMI,TadashiKISHIMOTO,HidetakaHORI,andToshiakiMITSUI?
LaboratoriesofMolecularLifeScience,GraduateSchoolofScienceandTechnology,NiigataUniversity,Niigata950-2181,Japan
ReceivedDecember3,2001;AcceptedJanuary15,2002
Cytosolicandmembrane-associatedproteinspre-paredfromricecellswereseparatedandcomparedbytwodi?erent2D-PAGEmethods,isoelectricfocusing
SDS-PAGEandnonequilibriumpHgradient(IEF)W
SDS-PAGE.AlthoughIEFelectrophoresis(NEPHGE)W
SDS-PAGEofthecytosolicproteinsshowedsu?cientW
resolution,somemitochondrialandbasicmicrosomalmembrane-associatedproteinswereweaklyorhardlydetectableonthe2Dgel.High-qualityand-quantityseparationoftheorganellemembrane-associatedpro-SDS-PAGE,theteinswasaccomplishedbyNEPHGEW
advantageofthismethodbeingmorecriticalintightlymembrane-boundproteinsthatwereunwashablewith
SDS-NaCl.TheseresultsindicatethatNEPHGEWPAGEisausefultoolfortheproteomicanalysisofricemembrane-associatedproteins.Keywords:
OryzasativaL.;membraneprotein;2D-PAGE;NEPHGE
otherwiseinterferewithisoelectricfocusing.Eachpreparationwasdissolvedandadjustedto1.0mlwithanextractionbu?erconsistingof100mMTris-HCl,10mMEDTA,100mMKCl,and2z(vWv)2-mercaptoethanol(pH7.5).Thesuspensionwasmix-edwithanequalvolumeofwater-saturatedphenolandshakenvigorouslyfor10minatroomtempera-ture.Aftercentrifugationat10,000×gfor10min,thelowerphenolphasewasshakenagainwithanequalvolumeoftheextractionbu?er.The?nalphenolphasewasmixedwith6volumesof0.1Mam-moniumacetateinmethanolandincubatedovernightat?209C.Theprecipitateobtainedbycentrifuga-tionat10,000×gfor10minwaswashedthreetimeswith0.1Mammoniumacetateinmethanolandoncewithacetone,beforebeingdried.Theextractionprocedurewascriticaltoobtainthehigh-qualityand-quantityseparationofricemembrane-associatedproteinsby2D-PAGE.Extractionwithacetoneor
SinceO'Farrell1)introducedtheusefultechniqueofhigh-resolutiontwo-dimensionalpolyacrylamidegelelectrophoresis(2D-PAGE),theprocedureof2D-PAGEhasbeenimprovedbyseveralresearchers2–6)andithasbecomeoneofthemostpowerfultoolsfortheseparationandquanti?cationofproteinsfromacomplexmixture.7–12)However,furthertechnicalim-provementforseparatingorganellemembranepro-teinsby2D-PAGEwasstillnecessary.Inthepresentcommunication,wereportasuitableprocedureby2D-PAGEfortheproteomicanalysisofriceor-ganellemembranes.
Suspension-culturedcellsderivedfromtheembryoofriceseed(OryzasativaL.cv.Nipponkai)werefractionatedbydi?erentialcentrifugationintothemitochondria(10,000×gpellet),microsomes(100,000×gpellet)andcytosol(100,000×gsuper-natant).13)Thesecell-fractionatedpreparationswereextractedwithphenolWchloroformWmethanolaccord-ingtotheprocedureofHurkmanandTanaka14)toremovethenonproteincomponentsthatwould
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蛋白提取方法
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Fig.1.TwoDi?erent2D-PAGEPatternsoftheProteinsExtractedandPreparedDistinctCompartmentsofRiceCells.
Eachproteinsample(200mg)extractedfromthecytosol-(toppanel),mitochondria-(middlepanel),ormicrosome-enrichedfraction
SDS-PAGE(A)andNEPHGEWSDS-PAGE(B).Theseparatedproteinsinthe2Dgelswere(bottompanel)wasseparatedbyIEFWstainedwithCBB.
etheralonewasnotenoughtoachievegoodsepara-
tion(datanotshown).Thedriedprecipitatewas
dissolvedinalysisbu?erconsistingof9Murea,3z
(vWv)nonidetP-40(NP-40),2z(vWv)2-mercap-
toethanol,and2z(vWv)ampholine(pH3.5–10).
Finally,thesamplewascentrifugedat100,000×gfor
10mintoremoveanyinsolublematerials.
2D-PAGEwasperformedbytwodi?erentproce-
SDS-PAGE.Tomake12dures,IEFandNEPHGEW?rst-dimensionalIEForNEPHGEdiscgels(11.5cm
×q3mm),7.2gofurea,2mlofacrylamidestock
(30zacrylamideand1.6zbis-acrylamide),6.24ml
ofH2O,0.75mlof20z(wWv)NP-40,0.75mlof
v)ampholine,30mlof10z(wWv)ammoni-40z(wWumpersulfate(APS),and45mlofN,N,N?,N?-tetramethylethylenediamine(TEMED)weremixedandpouredintoglasstubes.Thecomponentsofam-pholineforIEFandNEPHGEwereinthepHrangeof3.5–10W5–8(1:1)and3.5–10W5–8W7–9(1:1:2),re-spectively.Theelectrodebu?ersandrunningcondi-tionsforIEFandNEPHGE,aswellasthoseofthegelcomponentsaresummarizedinTable1.Eightymlofeachsample(approximately200mgofproteins)wasloadedontoadiscgel.After?rst-dimensionalPAGE,thegelwasplacedinanequilibrationsolu-tionconsistingof0.06MTris-HCl(pH6.8),2.5z(wWv)SDS,5z(wWv)2-mercaptoetanol,and10z(vWv)glycerolfor10minwhilegentlyshakingtwice.
蛋白提取方法
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Fig.2.SeparationPro?leoftheProteinsExtractedfromthe
NaCl-UnwashableFractioninRiceMicrosomesbyNEPHGEW
SDS-PAGE.
Microsomalmembranesweretreatedwith0.3MNaCland
centrifugedat100,000×gfor30min.Theproteins(200mg)in
theNaCl-unwashablefractionwereseparatedbyNEPHGEW
内容需要下载文档才能查看SDS-PAGE.
Thegelwasthenplacedonasecond-dimensional
SDS-slabgelandsealedwith0.5z(wWv)agarosedis-
solvedinanequilibrationsolutionwithout2-mercap-
toethanol.Theseparationgel(10×14cm,1mmin
thickness)contained0.1z(wWw)SDSand19z
(wWw)acrylamide(acrylamideWbisacrylamide,
30:0.135)ina0.375MTris-HClbu?er(pH8.8),
whilethestackinggelcontained0.1zSDSand
5z(wWw)acrylamide(acrylamideWbisacrylamide,
30:0.8)ina0.125MTris-HClbu?er(pH6.8).Elec-
trophoresiswascarriedoutaccordingtotheproce-
dureofLaemmli15)ataconstantcurrentof6–7mA
perplate.Theseparatedproteinsonthe2Dgelswere
visualizedbystainingwithCoomassiebrilliantblue
(CBB)R-250.Theisoelectricpointandmolecular
sizeofeachproteinwereevaluatedbyusingtheBio-
Rad2D-SDS-PAGEstandards.Theproteinspotsin
the2Dgelsweredetectedandcharacterizedbyanim-
aginganalyzerwithPDQuest2Dgelanalysis
software(Bio-Rad,Japan).
Acomparisonoftheseparationpro?lesofthe
proteinsextractedandpreparedfromdi?erentcom-
partmentsofricecellsbetweenIEFandNEPHGEWSDS-PAGEareshowninFig.1.InthecaseofIEFWSDS-PAGE,thecytosolicproteinsshowedgood
separationwithmanyproteinspotsspreadwidelyon
thegel(Fig.1A,toppanel).However,thetotal
CBB-stainedintensityofthemitochondrialand
microsomalmembrane-associatedproteinsonthe2D
gel(Fig.1A,middleandbottompanels)wasweak
comparedwiththatofthecytosolicproteins.The
stainintensitywasnotimprovedbyanychangesin
thegelandrunningconditions(datanotshown).Fig.3.SeparationPro?lesoftheProteinsExtractedfromMicrosomesintheShootandScutellarTissuesofRiceSeedlingsbyNEPHGEWSDS-PAGE.Riceseedsweregerminatedfor4daysinthedarkat309C.Themicrosomalmembraneproteinspreparedfromtheshootandscutellartissuesoftheseedlings(300mgand200mg,respec-tively)wereseparatedbyNEPHGEWSDS-PAGE.SomeproteinsperhapsaggregatedonthetopofgelduringIEF.AsshowninFig.1B(middleandbottompanels),manymoreproteins,particularlythebasicproteins,wereseparatedanddetectedbyNEPHGEWSDS-PAGEthanbyIEFWSDS-PAGE.Theimaginganalysisof2DgelsindicatedthatthetotalnumberandvolumeofproteinspotsdetectedontheNEPHGEWSDSgelswereapproximatelytwofoldthoseontheIEFWSDSgels(datanotshown).Itmustbestressedthattheintensityandnumberofspotsappearingintheacidicandneutralareaswasalsohigher,althoughitisknownthatNEPHGEWSDS-PAGEisusefulfortheseparationofbasicpro-teins.16)Theseparationofricemembrane-associatedproteinsbyNEPHGEWSDS-PAGEwashighly
蛋白提取方法
2D-PAGEofRiceMembraneProteins1173
reproducibleevenwhentheamountofproteins
loadedontothediskgelwasincreasedto350mg
(datanotshown).TheadvantageoftheNEPHGEWSDS-PAGEanalysiswasalsocriticalintightlymem-
brane-boundproteinsthatwereunwashablewith
NaCl(Fig.2).ThereasonwhyNEPHGEWSDS-
PAGEgavesuchgoodseparationofthemembrane-
residentproteinsmightbethatthebasicproteinsrap-
idlyenterthegelandseparatefromtheacidicpro-
teinsintheearlystageofelectrophoresis;therefore,
littleaggregationoftheacidicandbasicproteins
occursintheloadedsample.Incontrast,NEPHGEWSDS-PAGEwasinappropriateforricecytosolicpro-
teins(Fig.1B,toppanel).Microsomalmembrane
proteinspreparedfromtheshootandscutellartissues
ofriceseedlingsgerminatedfor4daysinthedarkat
309CwereseparatedbyNEPHGEWSDS-PAGEas
wellasthoseofsuspension-culturedcells(Fig.3).It
waseasytocompareandanalyzetheresidentpro-
teinsinmicrosomalmembranespreparedfromdi?er-
enttissuesbyNEPHGEWSDS-PAGE.Overallthese
resultsindicatethatNEPHGEWSDS-PAGEisause-
fultoolfortheproteomicanalysisofricemembrane-
associatedproteins.
Acknowledgment
Thisresearchwassupportedbygrant-aid(no.
10640628toT.M)fromtheJapanSocietyforthe
PromotionofScience,andbygrantaidforRice
GenomeProjectPR-1102(toT.M)formMAFF,
Japan.
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