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Method Article
Angesichts Speichel Probenahme für zukünftige klinische Anwendung wurde ein Lollipop-ähnliche Ultrafiltration (LLUF) Sonde hergestellt, um in die menschliche Mundhöhle passen. Direkte Analyse von unverdauten Speichel mit nanoLC-LTQ Massenspektrometrie zeigten die Fähigkeit von LLUF Sonden, um große Proteine und hohe Abundanz Proteine zu entfernen, und machen Low-reiche Peptide mehr nachweisbar.
Obwohl menschlichen Speichel Proteom-und Peptidoms worden 1-2 offenbart haben sie majorly von tryptischen Verdaus von Speichel-Proteine identifiziert. Identifizierung von indigenen Peptidoms von menschlichem Speichel ohne vorherige Spaltung mit exogenen Enzyme wird aber notwendig, da nativen Peptide im menschlichen Speichel mögliche Werte stellen für die Diagnose von Krankheiten, die Vorhersage Fortschreiten der Erkrankung sowie die Überwachung therapeutische Wirksamkeit. Entsprechende Probenahme ist ein wichtiger Schritt für die Verbesserung der Identifikation der menschlichen Speichel indigenen Peptidoms. Traditionelle Methoden der Probenahme menschlichen Speichel mit Zentrifugation, um Verschmutzungen zu entfernen 4.3 kann zu zeitaufwendig anwendbar zu sein für den klinischen Einsatz. Darüber hinaus kann Müllbeseitigung durch Zentrifugation nicht in der Lage, die meisten der infizierten Krankheitserregern reinigen und entfernen Sie die hohe Abundanz Proteine, die oft behindern die Identifikation von geringer Menge Peptidoms.
Herkömmliche Ansätze Proteomik, dass priLinie nutzen zweidimensionale Gelelektrophorese (2-DE Gelen) in Konjugation mit in-Gel-Verdau, imstande sind, viele Proteine Speichel 5-6. Allerdings ist dieser Ansatz im Allgemeinen nicht ausreichend empfindlich gegenüber niedrigen Häufigkeit Peptide / Proteine zu detektieren. Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) basierten Proteomik ist eine Alternative, die Proteine ohne vorherige 2-DE Trennung identifizieren können. Obwohl dieser Ansatz bietet eine höhere Empfindlichkeit, muss es in der Regel vor Proben-Fraktionierung 7 und vor dem Verdau mit Trypsin, was es schwierig für den klinischen Gebrauch macht.
Um das Hindernis in der Massenspektrometrie durch Probenvorbereitung zu umgehen, haben wir eine Technik, die als Kapillare Ultrafiltration (CUF) Sonden 8-11 entwickelt. Daten aus unserem Labor gezeigt, dass die Sonden, die CUF Erfassung Proteine in vivo aus verschiedenen Mikroumgebungen bei Tieren in einem dynamischen und minimal invasiven Weise 8 -11. Keine Zentrifugation ist notwendig, da ein Unterdruck durch einfaches Herausziehen Spritze während der Probenahme erstellt wird. Die CUF-Sonden mit LC-MS kombiniert erfolgreich identifizierten tryptischen-verdaute Proteine 11.08. In dieser Studie wurden aufgerüstet wir die Ultrafiltration Sampling-Technik, indem sie einen Lutscher-wie Ultrafiltration (LLUF) Sonde, die sich leicht in die menschliche Mundhöhle kann passen. Die direkte Analyse mittels LC-MS ohne Trypsin-Verdau zeigte, dass menschliche Speichel enthält viele indigenously Peptidfragmente aus verschiedenen Proteinen abgeleitet sind. Probenahme mit Speichel LLUF Sonden vermieden Zentrifugation aber effektiv entfernt viele größere und hohe Abundanz Proteine. Unsere massenspektrometrischen Ergebnisse dargestellt, dass viele geringer Menge nachweisbar Peptide nach Herausfiltern von größeren Proteinen mit LLUF Sonden wurde. Erkennung von Peptiden geringer Menge Speichel war unabhängig von mehrstufigen Stichprobe Trennung mit Chromatographie. Für die klinische Anwendung, verfügen die Sonden LLUFd mit LC-MS könnte möglicherweise in der Zukunft genutzt werden, um den Krankheitsverlauf aus Speichel zu überwachen.
1. Erstellung von LLUF Probes
2. Speichelsammelsystem
3. NanoLC-LTQ MS-Analyse
4. Datenanalyse und Protein-Datenbank Suche
5. Entfernung von Bakterien in der Mundhöhle mit LLUF Probes
6. Repräsentative Ergebnisse
1. Herstellung von Sonden und LLUF Probenahme Speichel in einer nachgeahmten Mundmilieu
Wenn Probenahme Speichel als das Saugen einen Lutscher durchgeführt werden können, wird das Verfahren vermeiden den Abbau von aufgespießt Speichel in Auffangvorrichtungen 13-14. Wichtig ist, dass es auch möglich geworden, Patienten dynamisch und lokal zu überwachen von Mundhöhle. Darüber hinaus, wenn Probenvorbereitung mit Speichel vereinfacht werden könnten, würde Kliniker leicht faciltern die Vorgehensweise, um ihre Entscheidung auf der nächsten klinischen Betrieb zu beschleunigen. Massenspektrometrie ist eine der am empfindlichsten zu detektieren und sogar Sequenz Proteine in einem sehr kurzen Zeitraum. Allerdings haben komplizierte Verfahren für die Probenvorbereitung behindert mit dieser Technik in der Klinik. Weiterhin ist es bekannt, dass höhere Mengen vorhandenen Proteine oder Proteine mit hohem Molekulargewicht in klinischen Proben (z. B. Amylase im Speichel) Maske geringen Mengen vorhandenen Proteine für die massenspektrometrische Analyse 15-16. Um die Hürden zu überwinden oben erwähnt, haben wir ein Lollipop-ähnliche Gerät mit dem Namen Ultrafiltration LLUF Sonden (Abbildung 1). Ein negativ geladenes Polyethersulfon-Membran mit einem MWCO von 30 kDa (1A, a) wurde auf einer Polypropylen-Schaufel (1A, b) verklebt ist. Es wurde vor dem LLUF Sonde mit der Absicht Herausfiltern größere Proteine im Speichel angeordnet ist. Um die menschliche Mundhöhle (Abbildung 1A, g nachahmen) Wurde ein Schwamm (Abbildung 1A, e) in den Speichel in der Kulturschale (Abbildung 1A, f) getränkt. Nach dem vollständigen Zurückziehen der Spritze (1A, d), filtriert begonnen Speichel Bewegen entlang eines verbundenen Rohr (1A, c) und wurde gesammelt.
2. Identifizierung von indigenen Speichel Peptidoms mit nanoLC-MS LTQ
Vergleichen LC-Chromatogramme, fanden wir verschiedene Chromatogramme von Speichel vor und nach LLUF Abtasten (2), was anzeigt, dass es verschiedene Protein-Zusammensetzungen im Speichel nach LLUF Probenahme. Um die Protein-Zusammensetzungen zu bestimmen, verwendeten wir NanoLC-LTQ Massenspektrometrie, die bekanntermaßen in der Lage, schnell Sequenz Peptide von einem Vielfachen Proteingemisch wird. Noch wichtiger ist, an die Probenvorbereitung für klinische Zwecke zu vereinfachen, wurde ganze Speichel ohne chemische oder enzymatische Verdauung für nanoLC-LTQ MS-Analyse angewandt. Unerwarteterweise, 131 Peptide wirunverdaut im Speichel (Supplemental Tabelle 1) identifiziert erneut. Diese Peptide sind Fragmente von verschiedenen Prolin reiche Proteine, Actin, alpha-Amylase, Alpha-1-Globin, beta-Globin, histain 1, Keratin 1, Muzin 7, polymeren Immunglobulin-Rezeptor, satherin, und S100A9 abgeleitet. Sechsundzwanzig einzigartige Peptide wurden im Speichel nach dem Filtern mit LLUF Sonden (Supplemental Tabelle 2) identifiziert. Diese Peptide sind Bruchstücke hauptsächlich aus verschiedenen Prolin-reiche Proteine abgeleitet. Peptide aus Proteinen, wie dem polymeren Immunglobulin-Rezeptor (83,24 kDa) und alpha-Amylase abgeleitet nicht erkannt werden konnten, was die Fähigkeit LLUF Sonden zur Entfernung von größeren und vorkommenden Proteine. Eine MS / MS-Spektrum der PFIAIHAEAESKL Peptid, das eine interne Peptid alpha-Amylase in 3A dargestellt. Am verblüffendsten ist, nach dem Entfernen größerer Proteine, wurden 18 von 26 sequenzierten Peptide in der LLUF-Sonde abgetastet Speichel (Tabelle nachweisbar1). Diese 18 Peptide wurden von Prolin-reiche Proteine oder hypothetischen Proteinen, die mit einem Prolin (P) beendet abgeleitet -. Glutamin (Q) (-VE),-SR,-SP oder PP-C-Terminus 3B gezeigt, eine MS / MS Spektrum der PQGPPQQGGHPRPP Peptid, das in der LLUF-Sonde abgetastet Speichel nachgewiesen wurde. Das Peptid konnte von Prolin-reiche Protein HaeIII Unterfamilie 1 und 2 (Tabelle 1) abgeleitet werden.
Abbildung 1. Zusammensetzungen LLUF Sonden und Probenahme von Speichel von ganzen imitieren menschlichen Mundhöhle Panel A:. (A) eine semipermeable Polyethersulfon mit einer Molekulargewichtsschwelle von 30 kDa, (b) ein Polypropylen Paddel, (c) eine Teflon-fluoriertem Ethylen-Propylen-Rohr; (d) eine 20 ml Spritze Panel B:. ein Schwamm (e) (a nachgeahmten Zunge) wurde in einer Kulturschale (f) mit menschlichem Speichel zu schaffen getränkteine künstliche menschliche Mundhöhle (g). Der entstehende Unterdruck durch die vollständige Entnahme einer Spritze erstellt treibt die gesammelte Flüssigkeit entlang einer Röhre verbunden (Pfeil) und hin zu einem Raum geschaffen (Pfeilspitze) in der Spritze zu bewegen. Bar: 2,0 cm.
Abbildung 2. Differentielle LC / MS / MS-Chromatogramme von Speichel vor und nach der Probenahme LLUF. Proteine (1,0 ug / ul) in menschlichen Speichel ganzen wurden ohne oder mit einer Sonde LLUF gefiltert. Proteine ohne tryptischen Verdau wurden direkt an NanoLC-LTQ MS, konjugiert mit einem Eksigent Nano-LC-System wurde wie in Material und Methoden beschrieben ist. Die Basis-Peak Chromatogramme (mit 44-mim Retentionszeiten) von Speichel vor (A) und nach (B) LLUF Probenahme wurden dargestellt.
Abbildung 3. UVEKtion von Speichel Peptidoms mit nanoLC-LTQ MS-Sequenzierung. Speichel-Proteine vor (A) und nach (b) Probenahme mit LLUF Sonden wurden durch Nano-LC-MS LTQ wie im experimentellen Verfahren beschrieben, analysiert. Speichel Peptidoms aus natürlichen menschlichen Speichel ohne tryptischen Verdau abgeleitet wurden Zusätzliche Tabellen 1 und 2 gezeigt. Ein Peptid (PFIAIHAEAESKL) aus alpha-Amylase aus ausschließlich in einer Speichelprobe ohne Erhebung mit LLUF Sonden (A) erfasst wird, zeigt, dass die Fähigkeit LLUF Sonden bei der Entfernung von großen Proteinen. Viele Peptide mit PQ-,-SR,-SP oder PP-C-Terminus waren nur in Proben nach der Ultrafiltration LLUF Sonden. Ein (PQGPPQQGGHPRPP) von Peptiden aus verschiedenen prolinreichen Proteinen abgeleitet wurden (B) gezeigt. MS / MS-Spektren mit charakteristischen "y" und "b"-Serie Ionen bestätigte die Identität der beiden Peptide.
Abbildung 4. Entfernung von Bakterien in der Mundhöhle mit Hilfe während LLUF Sonden. Eine Sonde wurde LLUF ausgebildet, wie in Materialien und Methoden beschrieben. Die Sonde wurde in den menschlichen Speichel innerhalb eines imitierten oralen Milieu (1) angeordnet ist. Die Spritze am Ende LLUF Sonde wurde entfernt, um einen negativen Druck, der Ultrafiltration für Speichel Probenahme fuhren erstellen. Bei der Probenahme, querte die Speichel selektiv durch die Polyethersulfonmembran und akkumuliert in einer Spritze. Ganze Speichel vor der Abtastung mit einem LLUF Sonde diente als Kontrolle. Speichel (10 ul) vor und nach der Probenahme LLUF Sonde wurde auf Agarplatten für Nachweis von Bakterien verbreiten Panel A:. Speichel mit (+ LLUF) und ohne (+ LLUF) LLUF Probennahme wurde Seite an Seite auf einer Antibiotika-freien verbreiten LB-Agar-Platte bei 37 ° C für einen Tag Panel B:. Speichel mit und ohne LLUF Probennahme wurde auf einer Antibiotika-freie Brucella-Bouillon-Agar-Platte verteiltunter anaeroben Bedingungen mit Gas-Pak (BD Biosciences, San Jose, CA) bei 37 ° C für einen Tag. Bakterien nicht auf Agarplatten mit LLUF-Sonde abgetastet Speichel verbreiten wachsen, was die Fähigkeit der LLCF Sonden bei der Beseitigung von aeroben sowie anaeroben Bakterien in der Mundhöhle. Bar: 1,0 cm.
Peptidsequenz / Gemessene peptide mass | Zugangsnummer | Name | |
1 | AGNPQGPSPQGGNKPQ GPPPPPGKPQ 2485,3 | gi | 41349484 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform 2-Vorläufer |
gi | 41349482 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform ein Vorläufer | ||
gi | 60301553 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 2 | ||
2 | GGHQQGPPPPPPGKPQ 1576,9 | gi | 4826944 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 2 |
gi | 9945310 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 1 | ||
3 | GPPPAGGNPQQPQAPPA GKPQGPPPPPQGGRPP 3126,2 | gi | 37537692 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 4-Precursor |
4 | GPPPPGGNPQQPLPPPAGKPQ 2028,3 | gi | 113423660 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein |
5 | GPPPPGKPQGPPPQGDKSRSP 2077,8 | gi | 113423262 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein Isoform 5 |
gi | 41349482 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform ein Vorläufer | ||
gi | 60301553 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 2 | ||
gi | 113423663 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein | ||
gi | 41349484 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform 2-Vorläufer | ||
gi | 41349486 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform 3 Vorläufer | ||
6 | GPPPPPPGKPQGPPPQ GGRPQGPPQGQSPQ 2918,5 | gi | 9945310 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 1 |
7 | GPPPQEGNKPQRPPPPGRPQ 2131,3 | gi | 113423660 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein |
8 | GPPPQGGNKPQGPPPPGKPQ 2030 | gi | 113423663 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein |
gi | 41349482 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform ein Vorläufer | ||
gi | 113423262 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein Isoform 5 | ||
gi | 60301553 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 2 | ||
9 | GPPPQGGRPQGPPQGQSPQ 1866,6 | gi | 4826944 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 2 |
10 | GPPQQGGHPPPPQGRPQ 1713,8 | gi | 9945310 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 1 |
gi | 4826944 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 2 | ||
11 | GPPQQGGHQQGPPPPPPGKPQ 2083,1 | gi | 9945310 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 1 |
gi | 4826944 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 2 | ||
12 | GRPQGPPQQGGHQQGP PPPPPGKPQ 2512,6 | gi | 4826944 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 2 |
gi | 9945310 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 1 | ||
13 | NKPQGPPPPGKPQGPP PQGGSKSRSSR 2720,2 | gi | 113423262 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein Isoform 5 |
gi | 113423663 | Vorhergesagt: hyhypothetischen Protein | ||
14 | PQGPPQQGGHPRPP 1450,1 | gi | 9945310 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 1 |
gi | 4826944 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 2 | ||
15 | QGRPQGPPQQGGHPRPP 1791,1 | gi | 4826944 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 2 |
gi | 9945310 | Prolinreichen Proteins HaeIII Unterfamilie 1 | ||
16 | SPPGKPQGPPPQ 1186,9 | gi | 113423262 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein Isoform 5 |
gi | 41349482 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform ein Vorläufer | ||
gi | 60301553 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 2 | ||
gi | 113423663 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein | ||
gi | 41349484 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform 2-Vorläufer | ||
gi | 41349486 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform 3 Vorläufer | ||
17 | SPPGKPQGPPPQGGNQ PQGPPPPPGKPQ 2720,3 | gi | 113423663 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein |
gi | 41349482 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 1 Isoform ein Vorläufer | ||
gi | 113423262 | Vorhergesagt: hypothetisches Protein Isoform 5 | ||
gi | 60301553 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 2 | ||
18 | SPPGKPQGPPQQEGNKPQ 1870,9 | gi | 37537692 | Prolinreichen Proteins BstNI Unterfamilie 4-Precursor |
Tabelle 1. Die Peptide wurden ausschließlich nachweisbar LLUF-gesammelten Proben.
Ergänzende Tabelle 1. Klicken Sie hier zur Ansicht ergänzende Tabelle 1 .
Ergänzende Tabelle 2. Klicken Sie hier zur Ansicht ergänzende Tabelle 2 .
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Wir haben festgestellt, dass viele Peptidfragmente in menschlichen unverdaute Speichel abgegeben. Diese Peptidfragmente sind Derivate aus verschiedenen Formen von Prolin-reiche Proteine, Actin, alpha-Amylase, Alpha-1-Globin, beta-Globin, histain 1, Keratin 1, Muzin 7, polymeren Immunglobulin-Rezeptor, satherin, S100A9. Es könnte viele Faktoren, die die Produktion von Peptiden mit ungeklärter Spaltstellen sein. Zum Beispiel können einige Peptidfragmente natürlich vorhanden sein in menschlichem Gesamtblut Speichel. Vi...
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Keine Interessenskonflikte erklärt.
Diese Arbeit wurde vom National Institutes of Health Grants (R01-AI067395-01, R21-R022754-01 und R21-I58002-01) unterstützt. Wir danken C. Niemeyer für die kritische Durchsicht des Manuskripts.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name des Reagenzes | Firma | Katalog-Nummer | Kommentare |
Polyethersulfonmembranen | Pall Corporation | 30 kDa MWCO | |
Teflon fluorierten Ethylen-Propylen-Rohr | Upchurch Scientific | ||
Blaudextran | Sigma | ||
Nano-LC-System | Eksigent | ||
C18-Trap-Säule | Agilent | 5065-9913 | |
LTQ linearen Ionenfallen-Massenspektrometer | Thermo Fisher | ||
Sorcerer 2 | Sage-N ReseaRCH | ||
Acetonitril-0.1% Ameisensäure | JT Baker | 9832-03 | LC / MS-Klasse |
Wasser-0,1% Ameisensäure | JT Baker | 9834-03 | LC / MS-Klasse |
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