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脊髓小脑性共济失调 2 型相关蛋白(Ataxin 2)是一种 RNA 结合蛋白。在人类中,当 Ataxin 2 携带极长的多聚谷氨酰胺链时,会引发神经退行性病变,并推动肌萎缩侧索硬化症(ALS)的疾病进展。目前在神经退行性疾病(尤其是 ALS)领域的研究表明,TDP-43 会调控 Ataxin 2 的表达,而 Ataxin 2 反过来会改变 TDP-43 在细胞和动物模型中的毒性。这两种蛋白的联合研究是未来治疗探索的重要方向,近期研究结果显示,降低 Ataxin 2 水平可抑制 TDP-43 的聚集。
人 / 小鼠 Ataxin 2 检测基于时间分辨荧光共振能量转移(TR-FRET)双抗夹心免疫分析技术,涉及两种特异性抗体:一种标记有铕离子穴状化合物(Eu³⁺ cryptate,供体),另一种标记有 d2(受体)。两种抗体均可结合 Ataxin 2(野生型及突变型),供体与受体的近距离接触会产生荧光 TR-FRET 信号。信号强度与样本(细胞裂解液或组织裂解液)中 Ataxin 2 的浓度直接成正比。(图示:1assay-principle-ataxin2-64ata2peg-64ata2peh-64ata2pey.svg,Ataxin 2 检测原理相关图示)
该检测可在 96 孔或 384 孔低体积白色检测板中进行,最终反应体积为 20 微升。操作流程如下:将样本(细胞 / 组织裂解液)或标准品直接加入检测板,再使用均相时间分辨荧光(HTRF)试剂检测 Ataxin 2。标记有 HTRF 荧光团的抗体可预先混合,通过单次加样步骤加入,无需洗涤步骤。通过按比例调整各试剂的添加体积,可进一步实现实验的微型化或规模化扩展。(图示:2assay-protocol-how-it-works-ataxin2-64ata2peg-64ata2peh-64ata2pey.svg,Ataxin 2 检测方案相关图示)
(图示:3assay-validation-ataxin2-64ata2peg-64ata2peh-64ata2pey-specifications.svg,Ataxin 2 检测技术参数相关图示)
注:每个样本在 3 个独立实验(3 个不同日期)中进行检测,并计算每个样本的变异系数(% CV);样本为转染野生型 Ataxin 2 的 HEK293 细胞裂解液。
注:实验获得的优异回收率表明该检测具有良好的稀释线性;样本为转染野生型 Ataxin 2 的 HEK293 细胞裂解液,在裂解缓冲液中进行系列稀释。
将 HeLa 细胞以每孔 100,000 个细胞的密度接种到 96 孔板中,在 37°C、5% 二氧化碳条件下培养 24 小时。移除细胞培养基后,加入 50 微升浓度为 1 微摩尔 / 升的星形孢菌素溶液(溶于细胞培养基),在 37°C、5% 二氧化碳条件下继续处理 6 小时。随后移除培养基,加入 50 微升裂解缓冲液,振荡孵育 30 分钟。裂解液可选择是否采用 TDP-43 聚集试剂盒中的解聚方案处理,之后取 16 微升裂解液转移至 384 孔板,每孔加入 4 微升 HTRF Ataxin 2 或 HTRF 总 TDP-43 检测试剂,孵育过夜后记录信号。(图示:4assay-validation-ataxin2-64ata2peg-64ata2peh-64ata2pey-01.svg,星形孢菌素处理相关检测验证图示)结果显示,星形孢菌素处理后,Ataxin 2 和 TDP-43 的聚集均有所增加,这与文献中描述的两种蛋白之间的关系一致。
使用 HAP-1 敲除(KO)细胞系评估检测的选择性,采用 Horizon 公司的两种 Ataxin 2 KO 细胞系(一种缺失 7 个碱基对,另一种缺失 67 个碱基对)进行测试。(图示:5assay-validation-ataxin2-64ata2peg-64ata2peh-64ata2pey-02.svg,KO 细胞系选择性相关检测验证图示)将每种细胞系的 100,000 个细胞接种到 96 孔板中,在 37°C、5% 二氧化碳条件下培养 24 小时。移除培养基后,每孔加入 50 微升裂解缓冲液,振荡 30 分钟,随后将裂解液转移至 384 孔板进行检测。每孔加入 4 微升 HTRF Ataxin 2 检测试剂,孵育过夜后记录 HTRF 信号。结果显示,Ataxin 3-KO 细胞系中可正常检测到 Ataxin 2,而 Ataxin 2-KO 细胞系中 Ataxin 2 的检测信号大幅降低或完全未检测到,表明该检测相对于 Ataxin 3 对 Ataxin 2 具有良好的选择性。
为验证对不同突变体的兼容性,设计了 4 种质粒:一种含野生型 Ataxin 2 蛋白序列,另外 3 种分别含长度递增的多聚谷氨酰胺(polyQ)重复基序(分别为 30、54 和 108 个)。(图示:6assay-validation-ataxin2-64ata2peg-64ata2peh-64ata2pey-mutant-detection.svg,突变体敏感性相关检测验证图示)将 Ataxin 2 HAP1 KO 细胞系(缺失 7 个碱基对)在 T175 培养瓶中培养至融合。将细胞与不同质粒共孵育 6 小时进行转染,随后移除转染培养基并加入细胞培养基继续培养 24 小时。每个培养瓶加入 3 毫升裂解缓冲液裂解细胞,裂解液可选择是否采用解聚方案处理,之后取 16 微升样本转移至 384 孔板,每孔加入 4 微升 HTRF Ataxin 2 检测试剂,孵育过夜后记录 HTRF 信号。结果显示,该检测可识别突变型和野生型 Ataxin 2 蛋白。
选择神经细胞模型:人源 SH-SY5Y 细胞、鼠源 Neuro2A 细胞,同时评估人源 HeLa 细胞。(图示:7assay-validation-ataxin2_64ata2peg-64ata2peh-64ata2pey-versatility.svg,细胞系检测相关图示)将不同细胞系的 200,000 个、100,000 个或 50,000 个细胞接种到 96 孔板中,在 37°C、5% 二氧化碳条件下培养 24 小时。移除培养基后,每孔加入 50 微升裂解缓冲液,振荡 30 分钟,随后将裂解液转移至 384 孔板进行检测。每孔加入 4 微升 HTRF Ataxin 2 检测试剂,孵育过夜后记录 HTRF 信号。
Ataxin 2 与 TDP-43 的 mRNA 结合,会增加 mRNA 的稳定性,进而促进蛋白表达。这种失调会影响 TDP-43 的蛋白稳态,并推动 ALS 的发病。(图示:8pathway-ataxin2-64ata2peg-64ata2peh-64ata2pey.svg,Ataxin 2 信号通路相关图示)TDP-43(TAR DNA 结合蛋白 43)是一种 DNA 和 RNA 结合蛋白,在 RNA 代谢中发挥关键作用。它主要定位于细胞核,可在细胞核与细胞质之间穿梭。在应激或突变等病理条件下,TDP-43 会在细胞质中异常定位,并可能被切割为 C 端片段,导致泛素化和过度磷酸化的毒性聚集物积累,进而形成不溶性包涵体。异常定位的可溶性 TDP-43 会被泛素化,随后通过蛋白酶体降解;而自噬系统会在可能的情况下尝试清除不溶性聚集物。