Method Article
وقد أثبتت الطيف الكتلي ليكون أداة قيمة لتحليل البروتين المجمعات الكبيرة. هذا الأسلوب يتيح نظرة ثاقبة لتكوين العمارة ، رياضيات الكيمياء والشاملة متعددة الوحيدات التجمعات. هنا ، وصفنا ، وخطوة بخطوة ، وكيفية إجراء تحليل الطيف الكتلي الهيكلي ، وتوصيف البنى الجزيئات.
الخلايا الحية مراقبة وتنظيم العمليات البيولوجية من خلال العمل المنسق لعدد كبير من البروتينات لتجميع أنفسهم في صفيف الحيوية مجمعات متعددة البروتين ، 1. للحصول على فهم العمليات الميكانيكية الخلوية المختلفة ، لا بد من تحديد بنية البروتين مثل هذه المجمعات ، وتكشف عن كيفية تنظيمها الهيكلي يملي وظيفتها. كثير من جوانب متعددة البروتين المجمعات ، على أية حال ، من الصعب تميز ، نظرا لطبيعتها غير المتجانسة ، والهيكل غير المتماثلة ، وديناميكية. لذا ، ثمة حاجة إلى نهج جديد لدراسة مستويات عال من التنظيم البروتين.
واحدة من أدوات البيولوجيا الهيكلية الناشئة عن تحليل الجزيئات المجمعات هو الطيف الكتلي (MS) 2-5. هذا الأسلوب يعطي معلومات عن تكوين البروتينات المعقدة ، رياضيات الكيمياء الوحيدات ، والبنية الهيكلية. قوة MS مستمد من حساسية عالية ، ونتيجة لذلك ، شرط العينة المنخفضة ، والتي تمكن من فحص البروتين المجمعات التي أعرب عنها في المستويات المحلية. ميزة أخرى هي سرعة التحليل ، والذي يسمح برصد ردود الفعل في الوقت الحقيقي. وعلاوة على ذلك ، يمكن للتقنية قياس الوقت نفسه خصائص السكان منفصلة تتعايش في خليط.
هنا ، نحن تصف بروتوكول مفصلة لتطبيق MS الهيكلي لتحليل البروتين التجمعات الكبيرة. الإجراء يبدأ التحضير من الذهب المطلي الشعيرات الدموية لالتأين electrospray nanoflow (نيسي). ثم واصلت مع إعداد العينات ، والتأكيد على الشروط التي ينبغي أن تكون عازلة متوافق مع نيسي من جهة ، وتمكين للحفاظ على المجمعات سليمة من ناحية أخرى. نفسر ذلك الحين ، خطوة بخطوة ، وكيفية تحسين ظروف تجريبية لقياس كتلة عالية والحصول على الماجستير وجنبا إلى جنب أطياف MS. وأخيرا ، فإننا نرسم معالجة البيانات والتحليلات التي تتبع. بدلا من محاولة كل جانب من جوانب تميز المجالس البروتين ، ويدخل هذا البروتوكول الإجراءات الأساسية MS ، مما يتيح أداء التجارب MS و MS / MS على غير التساهمية المجمعات. عموما ، فإن هدفنا هو تزويد الباحثين غير ملم مع MS مجال الهيكلية ، مع العلم التجريبي من الأدوات الرئيسية.
الجزء 1 : إعداد الذهب المطلي الشعيرات الدموية لالتأين electrospray nanoflow
عادة ما يتم إجراء تحليل غير التساهمية المجمعات عن طريق تأين electrospray nanoflow (نيسي) 6 ، وذلك باستخدام الزجاج أو الكوارتز الشعيرات الدموية التي تم سحبها إلى الحافة الدقيقة (~ 1 ميكرون القطر الداخلي) ، ومغلفة بمواد موصلة (عادة الذهب) . هذه الشعيرات الدموية المتوفرة من مصادر تجارية (الهدف الجديدة أو Proxeon) جاهزة للاستعمال ، إلا أنه يمكن أن يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة لإعدادهم في المنزل :
خطوة | حرارة | سحب | Vell | مرة |
1 | 750 | -- | 15 | 80 |
2 | 700 | -- | 15 | 50 |
3 | 750 | 200 | 20 | 80 |
الجزء 2 : إعداد نموذج
الجزء 3 : معايرة مطياف الكتلة لقياس كتلة عالية
يتم تنفيذ معظم التجارب التي أجريت على بروتين المجمعات متعددة باستخدام electrospray نانو رباعي من مرة والطيران (Q - TOF) الصك. يقترح أن استخدام عامل تصفية الشامل رباعي تعديلها لترددات منخفضة ، لتمكين نقل والتحليل الشامل للأيونات ذات قيم م / ض ارتفاع 7،8. فمنكما أوصت بأن تضاف مداخل الغاز 7،8 أو الأكمام 9 إلى أداة في دليل ايون الأول ، لتمكين السيطرة على ضغط في مرحلة الفراغ الأول. هذا الأخير تمكن الأمثل للانتقال ، وdesolvation من الأيونات كبيرة جدا 7-9. حاليا ، ESI - TOF التجارية والصكوك Q - TOF المتوفرة من العديد من الشركات المصنعة (على سبيل المثال ، ووترز ، SCIEX ، بروكر ، أو اجيلنت) والتي يمكن تعديلها بسهولة نسبيا ، وفعالية من حيث التكلفة ، لتطبيقات MS 7،8 الأصلي. فمن الممكن ، ومع ذلك ، لاستخدام معيار TOF أو تكوينات QToF على صكوك مثل LCT أو QToF1 (مياه) للحصول على الأطياف الشامل للمجمعات تصل إلى 1 نجمة داود الحمراء ، من دون الحاجة إلى إدخال تعديلات الأجهزة 5.
وقد أجريت للبروتوكول المبينة أدناه على صك Synapt (مياه).
الجزء 4 : MS تحليل مجمعات البروتين سليمة
الجزء 5 : جنبا الى جنب مطياف الكتلة : مجمعات البروتين النأي
الجزء 6 : معالجة البيانات وتحليلها
الجزء 7 : النتائج الممثل
الشكل 1. إعداد الذهب المغلفة نانو electrospray الشعيرات الدموية.
ألف إرفاق قطعتين لاصقة على الوجهين لطبق بيتري ، 2 سم عن بعضها البعض. لدعم إعداد الشعيرات الدموية ، وضع قضيب من الزجاج (8 سم × 5 ملم) في وسط واحدة من منصات. باء عصا نهاية حادة من الشعيرات الدموية على استعداد للوح اللصق ، وتتكئ على طرف قضيب الزجاج. جيم بمجرد امتلاء طبق بيتري مع الشعيرات الدموية على استعداد ، ومعطف لهم الذهب حتى يترسب بالتساوي طبقة رقيقة من الذهب على السطح الخارجي من الشعيرات الدموية.
الشكل 2. ارتفاع معايرة الكتلة باستخدام أيونات يوديد السيزيوم.
جعلت من مجموعات كبيرة من منظمة التضامن المسيحي الدولية وmonisotopic أنه مجمع خيار لمعايرة الطيف الكتلي لتحليل شامل عالية. سلسلة من القمم على فترات متساوية تمتد على نطاق واسع ، من ض / م 393 الى ما يزيد عن 10،000. هم assigواتهم نيد منفردة كتل الملح لتكوين عامة (CSI) ن + CS. هي سبب إشارات إضافية بين قمم رئيسية عن الأنواع المزدوج والثلاثي ، اتهم من سلسلة ؛ [(CSI) ن CS2] 2 + و [(CSI) ن CS3] 3 + ، على التوالي. زيادة الضغط في مرحلة فراغ الأولية أمر ضروري للكشف عن مجموعات الشامل عالية. ويتجلى تأثير الضغوط على القمم العالية في لوحات جماعية A. وباء. مع readbacks ضغط 1.2 و 5.3 على التوالي. C. توسيع نطاق الطيف الكتلي معروضة في باء.
الشكل 3. Nanoflow أطياف الشامل electrospray من lectin pentameric.
ألف قياس الطيف الكتلي مجمع متغير lectin (مشتقة من B7 - Lib1 التطور الموجه من قبل 18) إلى نشوء حالة التوزيعات رسوما تتراوح بين 3000 و 5000 م / ض ، ولكن نظرا لعدم كفاية desolvation من الأيونات ، والقمم واسعة. المقارنة بين ألف وباء لوحة إظهار تأثير زيادة الجهد التحيز من 4V (A) ل15V (B) على عرض الذروة. هذه الزيادة المتسارعة في ظروف أسباب تجريد من المياه المتبقية ومكونات العازلة ، مما أسفر عن حل طيف للغاية. قياس كتلة (60240 ± 38 دا) يناظر مجمع pentameric جيم ثم تم اختيار الدولة المسؤول عن بالترادف +15 MS تحليل (مظللة باللون الرمادي في لوحة ب.) D. الزيادة في الطاقة الاصطدام يؤدي الافراج عن مونومر مشحونة ، تمحورت في 1664 م / ض ، ومجمع جردت رباعي القسيمات ، في حدود 5000 -- 8000 م / ز. تم الحصول على جميع الأطياف من عينة تحتوي على 20 ميكرومتر من الحل في خلات الأمونيوم 0.5M.
وينبغي أن تعطى للحصول على الأطياف عالية الجودة الاهتمام للخطوات إعداد العينات ، والتي تتضمن تركيز العينة وتبادل العازلة. وسوف أكثر من عينات العائد المخفف اشارة منخفضة ، في حين عينات عالية التركيز ويمكن لزجة نوعا ما ، وكتلة الإبرة electrospray. وعلاوة على ذلك ، والمضافات حل مثل الأملاح ، والجلسرين والمنظفات الصناعية وايونات المعادن ، والحد من وكلاء (DTT أو β المركابتويثانول) ، وتميل إلى الانضمام إلى السطح الخارجي للبروتينات ، وتتسبب في توسيع نطاق القمم. ولذلك ، من أجل تحقيق حل جيدا قمم ، ينبغي أن تضاف هذه المكونات عند أدنى تركيز ممكن.
معلمة أخرى المفتاح هو موقف nanoflow الشعرية ، نسبة إلى فوهة مطياف الكتلة. قد العثور على "بقعة الحلو" يمكن أن يكون تحديا للمستخدمين عديمي الخبرة ، ومع ذلك ، فإنه يؤثر بشكل كبير على نوعية الأطياف. من المهم أيضا النظر في nanoflow الشعرية قبل الشروع في الرش. حجم القطيرات هي وظيفة من قطر الحافة ، التي ينبغي أن تكون 1μm ~. قطرات صغيرة تؤدي إلى تأين أكثر كفاءة ، وبالتالي سيكون من المفيد. من المهم أيضا للتحقق من عدم وجود فقاعات هواء داخل الشعيرات الدموية التي يمكن ان تمنع تدفق ، والتي لم يتم تجريد طلاء الذهب من خلال اقتناء الشعرية ، وإذا كان الأمر كذلك ، خفض المزيد من الحافة. نضع في اعتبارنا أن كمية زائدة من عينة سيزيد من امكانية تحسين ظروف MS مثل الجهد الشعري ، الفولتية تسريع والضغط والطاقة الاصطدام.
عموما ، لقد تم استخدام الإجراءات التي شرحها في بروتوكول لتحديد التركيب ، رياضيات الكيمياء والهندسة المعمارية من البروتين العديد من المجمعات (انظر استعراض 2،3،4). تحليل المجمعات الكبيرة مثل نجمة داود الحمراء في 19 الريبوسوم وcapsids الفيروس أمر غاية 20-22 ، في تحديد ملزم لالركيزة آلات جزيئية 23-25 ، أو توصيف شبكات التفاعل الوحيدات بمثابة 26،17،16،17،27،28 لكن بضعة أمثلة من قيمة هذا النهج.
المؤلفان بالشكر إلى أعضاء الفريق لاستعراضها شارون حرجة ، ومساهماتها في المخطوطة. ونحن ممتنون للدعم البرامج وموراشا Bikura ، علم إسرائيل مؤسسة (المنحة رقم 378/08 و1823-1807) ، وجوزيف كوهن مينيرفا مركز للبحوث غشاء حيوي ، وبرنامج الأسرة Chais زملاء للعلماء الجديد ، إبراهيم وسونيا Rochlin المؤسسة ؛ تراست الخيرية الأسرة وولفسون ، وهيلين وميلتون ألف مركز للهيكل Kimmelman الجزيئية البيولوجية والجمعية ، وتركة شلومو وBeirzwinsky سابين ؛ Meil دي بوتون Aynsley ، وكارين سيم ، المملكة المتحدة. ونحن ممتنون للتوفيق ودان Yadid ايتمار على إعطائنا عينة lectin البديل.
العينة المطلوبة :
عينة | مطلب | تعليقات |
حجم | 1-2 ميكرولتر | في شعري |
تركيز | 1 - 20μM | في مجمع |
العازلة | Aquanos العازلة المتطايرة مثل خلات الأمونيوم عند pH = 6-8 | عادة 5 ملم 1M |
منظف | أدنى | مجموعات من الجزيئات تنتج المنظفات قمم واسعة والتي لم تحل |
الغليسيرول | الحد الأدنى (حتى 5 ٪) | تلتزم nonspecifically للبروتينات ، وبالتالي لوحظ قمم واسعة |
المذيبات العضوية | تصل إلى 50 ٪ | قد تفسد البروتينات المجمعات |
الأحماض | تصل إلى 4 ٪ | مجمعات البروتين تفسد |
أملاح | أدنى | adducts الملح يؤدي الى قمم واسعة النطاق والتي لم تحل |
DTT | أدنى | 1-2 ميكرومتر يمكن أن تكون موجودة |
عوامل مخلبية | أدنى | أكثر من 250 ميكرومتر يؤدي إلى تشكيل واسعة النطاق ناتج إضافة |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved