Western blotting has been a key technique for determining the relative expression of proteins within complex biological samples since the first publications in 1979. Recent developments in sensitive fluorescent labels, with truly quantifiable linear ranges and greater limits of detection, have allowed biologists to probe tissue specific pathways and processes with higher resolution than ever before. However, the application of quantitative Western blotting (QWB) to a range of healthy tissues and those from degenerative models has highlighted a problem with significant consequences for quantitative protein analysis: how can researchers conduct comparative expression analyses when many of the commonly used reference proteins (e.g. loading controls) are differentially expressed? Here we demonstrate that common controls, including actin and tubulin, are differentially expressed in tissues from a wide range of animal models of neurodegeneration. We highlight the prevalence of such alterations through examination of published “–omics” data, and demonstrate similar responses in sensitive QWB experiments. For example, QWB analysis of spinal cord from a murine model of Spinal Muscular Atrophy using an Odyssey scanner revealed that beta-actin expression was decreased by 19.3±2% compared to healthy littermate controls. Thus, normalising QWB data to β-actin in these circumstances could result in ‘skewing’ of all data by ∼20%. We further demonstrate that differential expression of commonly used loading controls was not restricted to the nervous system, but was also detectable across multiple tissues, including bone, fat and internal organs. Moreover, expression of these “control” proteins was not consistent between different portions of the same tissue, highlighting the importance of careful and consistent tissue sampling for QWB experiments. Finally, having illustrated the problem of selecting appropriate single protein loading controls, we demonstrate that normalisation using total protein analysis on samples run in parallel with stains such as Coomassie blue provides a more robust approach.

The neuromuscular junction (NMJ) plays a fundamental role in transferring information from lower motor neuron to skeletal muscle to generate movement. It is also an experimentally accessible model synapse routinely studied in animal models to explore fundamental aspects of synaptic form and function. Here, we combined morphological techniques, super-resolution imaging, and proteomic profiling to reveal the detailed cellular and molecular architecture of the human NMJ. Human NMJs were significantly smaller, less complex, and more fragmented than mouse NMJs. In contrast to mice, human NMJs were also remarkably stable across the entire adult lifespan, showing no signs of age-related degeneration or remodeling. Super-resolution imaging and proteomic profiling revealed distinctive distribution of active zone proteins and differential expression of core synaptic proteins and molecular pathways at the human NMJ. Taken together, these findings reveal human-specific cellular and molecular features of the NMJ that distinguish them from comparable synapses in other mammalian species.

Degeneration of synapses in Alzheimer's disease (AD) strongly correlates with cognitive decline, and synaptic pathology contributes to disease pathophysiology. We recently discovered that the strongest genetic risk factor for sporadic AD, apolipoprotein E epsilon 4 (APOE4), exacerbates synapse loss and synaptic accumulation of oligomeric amyloid beta in human AD brain. To begin to understand the molecular cascades involved in synapse loss in AD and how this is mediated by APOE, and to generate a resource of knowledge of changes in the synaptic proteome in AD, we conducted a proteomic screen and systematic in-silico analysis of synaptoneurosome preparations from temporal and occipital cortices of human AD and control subjects with known APOE gene status. Our analysis identified over 5,500 proteins in human synaptoneurosomes and highlighted disease, brain region, and APOE-associated changes in multiple molecular pathways including a decreased abundance in AD of proteins important for synaptic and mitochondrial function and an increased abundance of proteins involved in neuroimmune interactions and intracellular signaling.