利用同位素标记的质谱剖析巯基氧化还原蛋白质

摘要

活性氧水平升高，当细胞遇到压力条件。在这里，我们表明3'-3'二氨基联苯胺染色的例子，以及cysTMT标签和质谱分析的氧化还原蛋白质在野火处理番茄叶片。

摘要

野火光伏番茄应变DC3000不仅会导致细菌性斑点病在马铃薯lycopersicum，但也对甘蓝型油菜品种，以及对拟南芥 ，一种基因听话的寄主植物^1,2。番茄细菌性斑点病过程中积累的活性氧（ROS），在与DC3000接种子叶表明了ROS在调节细胞坏死的作用。过氧化氢 ​​，活性氧的一个组成部分，是假单胞菌番茄植株接种后产生的。可以检测过氧化氢 ​​，使用1组织化学染色3'-3'二氨基联苯胺^{（DAB）4。} DAB染色与过氧化氢 ​​反应生成棕色染色的叶组织^4。 ROS有一个细胞的氧化还原环境，它可以改变某些蛋白质的氧化还原状态的调节作用。半胱氨酸是一种重要的氨基酸，敏感氧化还原的变化。轻度氧化下，可逆的氧化半胱氨酸的巯基氧化还原传感器和信号转导，调节各种生理过程^6,7。串联质谱标记（TMT）的试剂能够同时识别和定量蛋白质在不同的样品采用串联质谱法^8,9复。半胱氨酸反应TMT（cysTMT）试剂可以选择性的标签和相对定量半胱氨酸的肽含有多达6个生物样品。每个的恒压cysTMT标签具有相同标称父的质量和组成的巯基反应组，一个MS-中性间隔臂和一个MS / MS记者^10。样品标签后，蛋白酶消化。使用含有反TMT抗体树脂富集半胱氨酸标记的肽。在MS / MS分析，出现一系列的记者离子（即达126-131），在低质量的区域，提供相对定量的信息。工作流是有效降低样品的复杂性，提高动态范围和研究半胱氨酸修改。在这里，我们提出的Pst DC3000处理番茄的氧化还原蛋白质组分析（格兰德河）离开使用cysTMT技术。这种高通量的方法，有可能被应用到研究其他的氧化还原调节生理过程。

研究方案

1。育苗和准备细菌

1. 幼苗发芽在MetroMix 500混合土中生长室（160μmol光子与光照8小时的光，在22米^-2 S ^-1（布雷顿森林公司）°C和16小时黑暗在20°C的1个星期。相对湿度为70％。用自来水浇灌幼苗，需要保持土壤变得干燥。
2. 两个同样大小的幼苗，然后移植到直径4“盆载的MetroMix 500土壤和成长为一个额外的3个星期，在相同的条件下为1.1。
3. 野火（PST）是最初的T-挑染到王乙中等（KBM）板（每公升20克Proteose蛋白胨_，4 0.1975Ğ硫酸镁，1％甘油，1.5 G K ₂ HPO _4，琼脂18克），并成长为两天在28°C。一个单一的殖民地收集，混合成300μL液体国王乙中等（20克Proteose蛋白胨， _硫酸镁 0.1975Ğ ，甘油10毫升，10毫升（10毫升H _{2 O} K ₂ HPO ₄ 1.5克）100倍的K ₂ HPO ₄股票，并蔓延到王乙中厚板。这是在28°C培养过夜
4. 细菌接种准备从KBM板刮成H _{2 O} 20毫升细菌培养0.03 OD _600（〜10 ⁶ CFU /毫升）准备在1 L接种缓冲液（10 mM的MgCl _2的 +400微升Silwett-70）。接种缓冲减去细菌的控制解决方案的准备。

2。接种番茄PST和H ₂ O _2的组织化学染色

1. 四个星期的老厂，接种到上述接种溶液浸泡30秒。在植物清除塑料袋后立即接种。
2. 3'-3'二氨基联苯胺（DAB）染色^11（1毫克/毫升在H _{2 O的}民建联，pH值3.8（HCL））三Days使用前达到完全溶解。该解决方案是震撼，在室温下混合。
3. 二十四小时治疗后，完全展开的叶片被拆除，放置在DAB染色表皮朝上，真空渗透15分钟。然后把叶在室温染色晚上在黑暗中。
4. 叶片在95％乙醇10分钟，煮沸，然后保持在75％的乙醇。

3。蛋白质的提取

1. 收获后，番茄叶片磨成细粉使用迫击炮和杵与液体氮。
2. 为0.5 g组织，加入1.25毫升的Tris pH值8.8缓冲苯酚和0.5提取液1.25毫升/克（0.1米的Tris-HCl pH值8.8，10 mM的EDTA，0.9 M蔗糖），然后继续磨数多分钟在通风柜。
3. 转让提取橡树岭离心管（赛默飞世尔科技NALGENE公司），并在室温下2小时搅拌。
4. 在5000 XG离心和15°C为10分钟。顶端苯酚相转移到一个新的清洁管。
5. 回到提取等量的水相萃取苯酚缓冲区;在30分钟筛搅拌。离心和提取物转移到一个新的Falcon管。
6. 重复上述步骤，有更多的时间和提取转移到新的橡树岭管。
7. 苯酚提取蛋白质沉淀，加入0.1 M的醋酸铵在100％的甲醇（储存在-20°C）5卷。涡在-20°C孵育过夜。
8. 在20,000 XG，4℃收集的蛋白质沉淀20分钟离心。
9. 洗冷0.1M醋酸铵甲醇和2倍，80％冷丙酮沉淀2倍。加入1.5毫升70％冷乙醇沉淀和暂停。转移到2毫升离心管（美国科学）和14,000 RPM的离心机，4°C间为20分钟。除去乙醇。
10. 在Speed​​Vac浓缩干燥颗粒的短暂溶解的蛋白质EXTR行动缓冲区，如ReadyPrep蛋白抽提试剂盒试剂3（8 M尿素，4％CHAPS，40毫米Tris碱，2M硫脲）（Bio-Rad公司）。 14,000 rpm和20℃离心30分钟，以形成沉淀。收集上清。
11. 测量使用的CB-X蛋白检测，根据制造商的手册（基因型科技）的蛋白质浓度。

4。样品制备和肽的标记与cysTMTs

1. 准备在2-5微克/μL浓度的蛋白质样品。在这里，我们每个质量标签使用100微克的蛋白质，20μL50μL样品。在这个实验中，所有6个标签。
2. 烷基化液中加入等量（100毫米的Tris-盐酸pH7.5的200毫米碘乙酰胺）的蛋白质样品，以阻止自由巯基组。缓冲区应准备新鲜。烷基化在37°C，持续1小时。
3. 加入1毫升80％冷丙酮在-20°C过夜沉淀蛋白质。沉淀蛋白离心14,000转，4°C下20分钟。洗沉淀3次，用80％的涡旋每次丙酮。去除上清，并允许上空气干燥而冰。
4. 在50μL裂解液（Tris碱，50毫米，6 M尿素1毫米EDTA）重悬沉淀。然后加入0.5μL100毫米三（2 - 羧乙基）磷（乙基）在室温下孵育一小时，以减少二硫键。
5. 准备加入20μL乙腈试剂管溶解标签的标签。涡和自旋向下的底部。
6. 洗出额外的TCEP使用1单片机3KD的离心过滤装置（Millipore公司）。加入50μL样品到单片机3KD柱，和50μL裂解缓冲列。 10,000 XG和4°C离心15分钟重复此步骤共三次。删除列和反转成一个干净的管。 1000 XG和4°C离心5分钟
7. 检查pH值。如果需要，1 M盐酸调整pH值至7.0-8.0。
8. 加入5μL的cysTM每个样品（cysTMT的试剂盒提供高达500微克蛋白20μL的标记。此方法使用100微克的蛋白质，因此我们使用标记的五分之一。）ţ试剂。在室温下为2小时，使反应继续进行。
9. 样品结合Laemmli样品缓冲液以1:1的比例（Bio-Rad公司）。

5。拆除非反应标签样品分馏

1. 样品煮沸5分钟和一个预制的12％的聚丙烯酰胺凝胶（Bio-Rad公司）分离。凝胶冲洗过滤H _{2 O} 5分钟一班，3倍和1小时与考马斯蓝染色（Bio-Rad公司）。凝胶的染色过夜与H _{2 O}
2. 收集12个组分，从每个凝胶泳道。组分测定蛋白条带的浓度。分数被切成1毫米件，收集到1.5 mL管。
3. 凝胶块去染色，在H ₂ 50％乙腈和0.1 M碳酸氢铵 O。必须重复此步骤，直到蓝色凝胶块（约3-4次，每次15分钟）中删除。
4. 德染色的凝胶块，干燥，用15分钟，上清液中删除，并使用1 Speed​​Vac离心干燥件100％的乙腈（包括凝胶件）。
5. 溶解胰蛋白酶（Promega公司）碳铵25毫米（作为合并的标记样品）在相同的体积比1:10（胰蛋白）。例如，600微克，体积为500μL蛋白质样品需要60微克的胰蛋白酶溶解在500μL25毫米碳酸氢铵。
6. 加入胰蛋白酶溶液的凝胶块上设置冰补充水分。如果不覆盖件增加50毫米碳酸氢铵缓冲。补液后，在37℃孵育12-16小时。
7. 从孵化样品中取出的液体蛋白提取物。
8. 停止反应，并删除任何剩余的蛋白质消化，甲酸5％，50％乙腈覆盖凝胶件......摇20分钟，在室温TE凝胶件mperature。将上清转移至提取的蛋白质样品管从5.7。重复两次提取过程。 Speed​​Vac离心使用提取肽擦干。

6。样品富集cysT​​MT标记肽

1. 添加反TMT树脂的梯度0.5毫升50％泥浆管。 （梯度从带分馏凝胶浓度确定。如果馏分收集的暗带组成，需要更多的树脂。带弱的组分需要较少的树脂有较少的蛋白质。）
2. 树脂，然后洗净，用1倍柱体积的三倍Tris缓冲液（TBS）（25毫米三，0.15 M氯化钠，pH值7.2）（Thermo Scientific的皮尔斯蛋白质研究产品）。
3. 每个样品中加入200μL1xTBS。样本，然后加入到反TMT树脂（Thermo Scientific的皮尔斯蛋白质研究产品），并在室温下搅拌2小时后，在4°C过夜摇摆
4. 将样品列（RMO科学皮尔斯蛋白质研究产品）。
5. 每列洗净1X 200μL，TBS电视台的三倍。随后是0.05％CHAPS（1X TBS的溶解）洗涤三次。
6. 列，然后1X TBS的4米尿素洗涤三次。两百年的H _{2 O的}微升，然后用洗柱三倍。
7. 每个样品200微升50％洗脱缓冲液（0.4％TFA的50％乙腈）洗脱三次。
8. 样本，然后在真空浓缩干燥。

7。质谱分析

1. 悬浮在3％乙腈12μL的样品与0.1％甲酸和5μL，直接注入到Eksigent NanoLC-1D高压液体层析柱（AB Sciex公司，美国）。
2. 将分离肽1 Proteopep II C18柱75微米的ID×20厘米（美国）新的目标，用4-60％的梯度（答：3％的乙腈，0.1％甲酸，B：97％乙腈，0.1％甲酸酸）在3微升/分钟超过60分钟。
3. 使用了Thermo Scientific的LTQ Orbitrap加大质谱仪检测肽使用前2×3实验单级MS组成的收购与高能量的C陷阱解离（HCD）碎片，其次是3毫秒，3 MS / MS谱图其次/质谱碰撞诱导解离（CID）的蛋白质鉴定。在这种模式下的参数为：隔离宽度：3.0米/ Z;碰撞能量：50％（10％）两个步骤。被选定为双和三重收取肽碎片。动态排斥参数设置为：重复计数= 1;重复时间= 60;排除列表的大小= 500;排除时间= 28。目标值如下：MS = 5 E ⁵的MS / MS（HCD）= 1，E ^5。 FTMS的和300的MS / MS（HCD），离子传输时间设置为500。有两个microscans凯康光谱的需要。

8。数据库搜索和定量

1. 所收购的CID和HCD数据是nalyzed使用Thermo Scientific的蛋白质组学发现者软件1.2（Thermo Scientific的的皮尔斯蛋白研究产品），通过一个分支的工作流程，实施记者离子量化（20 ppm的碎片离子的质量容忍）量化的比例。一个单独的段通过选择的频谱，频谱正规化，谱斑节点处理的MS谱。
2. 数据，然后对SEQUEST搜索引擎搜索。用20 ppm的质量公差。静态修改设置的cysTMT试剂（304.18大）和动态修改，包括磷酸化和蛋氨酸氧化（15.99大）。使用RNA数据（约35万来自哈佛大学的条目^）13日在这两种情况下使用自定义的一个马铃薯lycopersicum的数据库组成。

9。代表结果

控制番茄叶和1 假单胞菌接种叶的一个形象代表如图1所示。观察治疗控制和假单胞菌处理叶片之间的差异。后叶被删除，染色使用民建联，组织化学染色的染色过程中允许迹象表明在叶组织活性氧（ 图2）。图2A是一个没有染色的控制叶的代表。 图2B是代表叶假单胞菌和积极的H _{2 O 2的}生产染色处理。蛋白质组差异的氧化还原调节蛋白的发现数据输出的一个例子是如图3所示。这种蛋白质是已知的氧化还原调节蛋白铁氧1月^14日 ，已被证明是打在防守中的作用，针对假单胞菌丁香光伏番茄 ^15。峰值强度之间的控制和接种样品用于获取相对定量，这表明在ferredox的显着变化1氧化还原调节（P <0.05）。高强度峰表明，这种蛋白质被氧化病原治疗。 图4是有相似的一种蛋白质之间的控制和接种样品氧化还原调控的一种蛋白质，蛋白质组发现数据输出的一个例子。类似强度的峰值，表明二硫键改变治疗未规定的存在。该方法将彻底改变科学家发现氧化还原反应半胱氨酸和二硫化物^10。

图1。接种番茄的形象代表与控制解决方案（A）和假单胞菌 （二）离开。

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图2。一个形象代表民建联接种番茄染色与控制解决方案（A）和假单胞菌 （二）离开。叶使用3'-3'二氨基联苯胺染色。从叶片叶绿素含量在95％的乙醇煮沸。深色染色表示的H _{2 O 2的}存在。只留下接种细菌培养呈深色染色。

图3。蛋白质组发现数据输出铁氧还蛋白-1，不同的氧化还原调节蛋白^14的例子。用于上述各峰的峰强度绝对定量。用于控制和接种样品之间的峰值强度进行相对定量。

图4。蛋白质组发现的一种蛋白质，具有相似的峰值强度之间的控制和接种样品数据输出的一个例子。类似强度的峰值，表明二硫键改变治疗未规定的存在。

讨论

该协议提供的信息以及执行DAB染色标记的cysTMT氧化半胱氨酸量化。有利于在研究生产的活性氧以及蛋白质调控的效果接种野火马铃薯lycopersicum时，这些程序。在这个协议中提出的方法提供了一种方法来研究在叶组织的损害最少的方式，导致活性氧在整个叶样品。标签程序提供了一种利用半胱氨酸标记法检查潜在的氧化还原调节蛋白。审查时应激反应的早期阶段，这是有益的。

如同位素编码亲和标签（ICAT）和cysTMT方法可用于研究生物样品中潜在的氧化还原调节蛋白。 ICAT的允许标签和比较两个样本^12。两种方法标记的半胱氨酸可以用于蛋白quantificATION ^10,12。然而，cysTMT方法允许在实验变异的减少以及复^10。标签的数量，使研究人员，包括复制或多个样品，在他们的实验设计。有更多的样本，提供了一个确定蛋白质较多的潜力。一个的cysTMT技术的主要缺点是，它破坏蛋白质鉴定为cysTMT标记肽（6.5-6.6）的选择性富集步骤的整体素质。在很大程度上取决于半胱氨酸残基在蛋白质序列的多肽蛋白质鉴定。富集质谱蛋白质鉴定前提交的胰蛋白酶样品的一部分，这个问题是可以克服的。

由于实验设计以及标签机制，cysTMT方法利用的性质，某些步骤是至关重​​要的。在执行蛋白质精度pitation和沉淀洗涤（3.9），它是重要保持冰上样品，以减少蛋白质的降解。在cysTMT标签，去除还原剂（4.6）是重要的，因为样品可以进行反向的标签。反向标签是可能的，如果减少试剂样品中仍然。如果样品标签后减少，cysTMT的标签可以被删除。一旦标签被添加到样品，pH值必须检查（4.7）为了有最佳的标记效率。此外，数据分析是依赖于需要的研究员，在使用该协议的最终目标是什么。它也被用来作为每个软件都有不同的算法软件的依赖。

本实验利用作为提高生产番茄活性氧物种的激发子病原体;然而，其他调节氧化还原反应，可测得相应。这个实验设计是适应其他植物和动物系统。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
试剂名称	公司	目录编号
MetroMix 500	布雷顿森林公司	TX-500
3,3' - 二氨基	Sigma-Aldrich公司	D8001
ReadyPrep顺序抽提试剂盒试剂3	BIO-RAD	163-2104
CB-X蛋白检测	格诺科技	786-12X
cysTMT试剂	Thermo Scientific的皮尔斯蛋白质研究产品	90071
Laemmli样品缓冲液	BIO-RAD	161-0737
生物安全Comassie的（的G-250染色）	BIO-RAD	161-0786
单片机3KD柱	Millipore公司	42403
固定化反TMT的树脂	Thermo Scientific的皮尔斯蛋白质研究产品	90076
离心机列	Thermo Scientific的皮尔斯蛋白质研究产品	89896
proteopep二C18柱	新目标	PFC7515-PP2安理会-10
NanoLC-1D高效液相色谱法	AB SCIEX	90389
的LTQ Orbitrap XL	Thermo Scientific的	0020137580
Speed​​Vac离心	labconco	7812013
蛋白质的发现者1.2软件	Thermo Scientific的皮尔斯蛋白质研究产品
胰蛋白酶	Promega公司	V5111
橡树岭离心管	热科学NalgeNE公司	3139-0050
离心管（2毫升）	美国科学	1620年至2700年
12％的Mini-PROTEAN TGX预制凝胶	BIO-RAD	456-1043
返回表格 >生物安全的考马斯StainBottom表格	BIO-RAD	161-0786
TMT的富集试剂盒	Thermo Scientific的皮尔斯蛋白质研究产品	90077