الکتروفورز دوبعدی روشی به منظور جداسازی پروتئین ها و اسیدنوکلئیک ها

الکتروفورز دوبعدی (Two Dimensional Electrophoresis، ۲DE) يکي از رايج ترين و قدرتمندترين روشهاي جداسازي پروتئينها در تکنیک پروتئوميکس است. الکتروفورز دو بعدی یک نوع ژل الکتروفورز است که از آن به منظور جداسازی و شناسایی پروتئین های مورد نظر در تحقیقات علمی استفاده می گردد. این متود آزمایشگاهی میان تمامی رشته ها مشترک بوده و مورد استفاده دانشمندان در زمینه های مختلف قرار می گیرد. جداسازی پروتئین ها یکی از مراحل اصلی در تحقیقات بالینی و علمی بوده که به روش های متفاوتی بسته به امکانات آزمایشگاهی انجام می گیرد. جداسازی پروتئین ها در تمایز سلول های بنیادی مختلف، بحثی بسیار مهم و تکنیکی می باشد که با استفاده از الکتروفورز دو بعدی محقق می گردد.

سلول های بنیادی

سلول های بنیادی یا همان سلول های پرتوان، سلول های اولیه با توانایی تمایز به سلول های مختلف هستند. این سلول ها در انواع مختلف سلول های بنیادی جنینی، سلول های بنیادی بالغین و سلول های بنیادی خون بند ناف تقسیم بندی می شوند. نخستین تحقیقات در زمینه سلول های بنیادی در سال ۱۹۶۰ و نخستین آزمایش های عملی در سال ۱۹۸۱ انجام گرفت. امروزه سلول های بنیادی یکی از مهم ترین و کارآمدترین اهداف درمانی در سراسر جهان به شمار می آیند. یکی از اهداف و تحقیقات اصلی در زمینه سلول های بنیادی، درمان بیماری های مختلف پوستی می باشد. تمایز سلول های بنیادی به سلول های پوست در درمان بسیاری از عارضه های پوستی مادرزادی و اکتسابی، هدفی بسیار مهم و امیدوار کننده است.

به منظور بررسی تمایز سلول های بنیادی، تعدادی از سلول ها را در یک محیط کشت مناسب با شرایط تغذیه ای، دمایی و استریل کشت داده و آن ها را تکثیر می نمایند، سپس پس از چند روز این سلول ها شروع به تکثیر و تمایز می نمایند. بررسی و جداسازی پروتئین های موثر در تمایز سلول های بنیادی پوست به منظور شناسایی مسیرهای پیام رسان و پروتئن های دخیل در این مسیر و شناسایی ژن های دخیل در این تمایز از اهمیت بسار زیادی برخوردار است که بوسیله الکتروفورز دوبعدی مورد مطالعه قرار می گیرد.

الکتروفورز دوبعدی چیست؟

الکتروفورز دو بعدي (Two Dimensional Electrophoresis، ۲DE) يکي از رايج ترين و قدرتمندترين روشهاي جداسازي پروتئينها بخصوص در تکنیک پروتئوميکس است. الکتروفورز دوبعدی نزدیک به ۳۰ سال پیش با اشراف به تفاوت موجود در دو خصوصيت ذاتي پروتئين ها، يعني بار الکتريکي و وزن مولکولي آن ها اختراع گردید. با اینکه از ابداع این روش مدت زمان زیادی می گذرد، این روش تحقیقی در چند سال اخیر مورد توجه بیشتر قرار گرفته است. علت استقبال و توجه بیش از حد به این روش، امکان تکرار پذيري بالا در نمونه های مورد بررسی و نيز دستيابي به روشهاي تعيين هويت پروتئين ها می باشد.

تاریخچه الکتروفورز دوبعدی

Smithies  و Poulik نخستین افرادی بودند که در سال ۱۹۵۶ نخستین تجارب خود را در شناسایی و جداسازی پروتئین ها توسط الکتروفورز دوبعدی با بکار بردنِ ترکيبي از الکتروفورز بر روي کاغذ و بر روي ژل نشاسته پروتئين های سرم ابداع نموده و به دنیای علم عرضه داشتند. از آن زمان به بعد، این متود جداسازی دستخوش تغییرات و پیشرفت های بسیار زیادی گردید و خیلی سریع به کارگیری پلي آکريل آميد و استفاده از شيب هاي غلظتي پلي آکريل آميد در جداسازي هاي دو بعدي به تحقیقات افزوده شد. استفاده از”IEF” در الکتروفورز دو بعدي اين امر را امکان پذير ساخت که جداسازي بُعد اول بر پايه خصوصيات بار الکتريکي پروتئين ها صورت پذيرد. در سال ۱۹۷۰ الكتروفورز ژل پلي آكريل آميد به همراه سديم دو دسيل سولفات ” توسط “Laemmli” معرفي شد.  ترکيب “IEF”  با “SDS-PAGE” در بُعد دوم منجر به ابداع روشي گشت که پروتئين ها را بر پايه دو عامل متفاوت يعني بار الکتريکي و جرم مولکولي از يکديگر جدا مي ساخت. به منظور استفاده از این روش، در نخستین گام باید نمونه های پروتئینی را آماده نمود.

آماده سازی نمونه ها برای الکتروفورز دوبعدی

قدم اول در آماده سازي نمونه, استخراج پروتئين ها از منبع مورد نظر است. ممکن است استخراج پروتئين ها مستقيما” توسط بافر محلول سازي Solubilization buffer صورت پذيرد. ممکن است اين عمل توسط روش هاي متلاشي ساختن سلول ها Cell disruption و بافت ها انجام شود و سپس پروتئين هاي استخراج شده در بافر محلول سازي کاملا” حل شوند. براي استخراج كامل پروتئين هاي داخل سلولي، سلول بايد کاملا” متلاشي شود.

اساس کار الکتروفورز دوبعدی

الکتروفورز دوبعدی روشی است که در آن نمونه های باردار الکتریکی، تحت تاثیر میدان الکتریکی از یکدیگر جدا می شوند. البته باید توجه داشت در این جداسازی وزن مولکولی، اندازه و شکل مولکول ها نیز عوامل مهمی هستند. از الکتروفورز دوبعدی در جداسازی اسیدنوکلئیک ها نیز استفاده می شود. پس از ران کردن نمونه ها بر روی ژل الکتروفورز و برقراری میدان الکتریکی، مولکول های موجود در نمونه بر اساس فاکتورهای گفته شده شروع به حرکت می نمایند و به شکل باندهای مجزا در ژل قابل مشاهده می شوند.