Name: fast enzymatic processing of proteins for ms detection with a flow-through microreactor
Uploaded: 2016-04-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 49 s
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This work was supported by NSF/DBI-1255991 grant to IML.

1. Herstellung der Kapillarreaktor <ol><li> Schneiden die 100 &amp; mgr; m Innendurchmesser (ID) x 360 um Außendurchmesser (OD) Kapillare auf eine Länge von 7-8 cm, und die 20 &amp; mgr; m ID x 90 um OD Kapillare 3-5 cm mit der Glaskapillare Spalter; unter dem Mikroskop zu überprüfen, dass beide Kapillarenden eine saubere, gerade geschnitten haben, ohne vorstehende Grate. </li><li> Legen Sie die 20 &amp; mgr; m ID x 90 &amp; mgr; m OD Kapillare in ein Ende der 100 &amp; mgr; m ID x 360 &amp; mgr; m OD Kapillare, auf einer Länge von ca. 6 mm; im Bedarfsfall zu beachten, diese Operation unter dem Mikroskop. </li><li> Tragen Sie eine kleine Tröpfchen Kleber E6000 um die Kreuzung der 90 &amp; mgr; m OD / 100 &amp; mgr; m ID Kapillaren mit dem Ende eines Q-Tip, und lassen Sie den Leim Heilung O / N bei RT. </li><li> Schneiden die eingelegte 20 um ID x 90 um OD Kapillare auf eine Länge von ~ 10-15 mm; dies wird der Elektrospray-Ionisations-Emitter sein. </li><li> Vorgeschnittene die 1/32 &quot;OD PEEK, 1/16&quot; OD PEEK und 1/16 &quot;OD PTFE Wanneing in Stücke von 4-5 cm in der Länge; diese werden die Hülsen in der Kapillar-Gewerkschaften verwendet werden, um eine leckfreie Verbindung bereitstellt. </li><li> Schließen Sie das andere Ende der 100 &amp; mgr; m ID x 360 &amp; mgr; m OD Kapillare zu einer PEEK Vereinigung; verwenden, um eine 1/32 &quot;PEEK Hülse für eine leckagefreie Verbindung bereitstellt. </li><li> Insert / ziehen ein Stück ~ 5 cm lange 1/16 &quot;PTFE-Schlauch in das entgegengesetzte Ende der Union. </li><li> Wiegen ca. 4 mg C18 (5 um) Teilchen in einer vorgereinigten / getrocknete 2 ml Glasphiole; 0,5 ml Isopropanol, schließen Sie die Aufschlämmung in dem Ultraschallgerät Bad das Fläschchen und zu verteilen. </li><li> Ziehen Sie mit einer 250 &amp; mgr; l-Spritze etwa 200 &amp; mgr; l Brei, legen Sie die Spritzennadel in den 1/16 &quot;PTFE-Schlauch der PEEK-Vereinigung, und verzichten Sie langsam den Schlamm in den 100 &amp; mgr; m ID x 360 &amp; mgr; m OD Kapillare, beobachten unter dem Mikroskop als die Kapillare füllt sich mit Teilchen bis zu einer Länge von 2-3 mm Verpackung erreicht wird, dies wird der Mikroreaktor (Abbildung 1) werden , um die 20 μ.m ID Kapillare behält die Partikel im Mikroreaktor durch eine Keystone - Effekt. 15 </li><li> Spülen Sie das Mikroreaktor mit ~ 50 &amp; mgr; l Lösung von H 2 O / CH 3 CN 50:50 v / v, und dann mit ~ 50 &amp; mgr; l Lösung von H 2 O / CH 3 CN 98: 2 v / v. </li></ol> 2. Herstellung von Beispiellösungen Hinweis: Operationen, die aus organischen Lösungsmitteln und Säuren und Herstellung der Lösung beinhalten Handhabung sind in einem Abzug durchgeführt werden. Schutzbrille, Handschuhe und Schutzkleidung. <ol><li> Spülen mit CH 3 OH und trocknen einige Glasfläschchen (4 ml) und Polypropylenröhrchen (15 ml). </li><li> Herstellung von 10 ml einer Lösung von H 2 O / CH 3 CN (98: 2 v / v) in einem 15 ml Polypropylenröhrchen durch Mischen von 9,8 ml H 2 O mit 200 &amp; mgr; l CH 3 CN; mischen durch Beschallung. </li><li> Herstellung von 10 ml einer Lösung von H 2 O / CH 3 CN (50:50 v / v) in einem 15 ml Polypropylenröhrchen durch Mischen von 5 ml H 2 &lt;/ sub&gt; O mit 5 ml CH 3 CN; mischen durch Beschallung. </li><li> Herstellung von 4 ml einer angesäuerten wässerigen Lösung (TFA 0,01% v / v) durch Zugabe von 4 &amp; mgr; l TFA (10%) auf 4 ml H 2 O / CH 3 CN (98: 2 v / v) in einem 4 ml - Glasfläschchen; mischen durch Beschallung. </li><li> Herstellung von 4 ml einer angesäuerten organischen Lösung (TFA 0,01% v / v) durch Zugabe von 4 &amp; mgr; l TFA (10%) auf 4 ml H 2 O / CH 3 CN (50:50 v / v) in ein 4 - ml - Glasgefß; mischen durch Beschallung. </li><li> Man wiegt 16 mg NH 4 HCO 3 mit einer analytischen Mikrowaage in einem 4-ml-Glasampulle; 4 ml des H 2 O / CH 3 CN (98: 2 v / v) Lösung und zu dispergieren durch Beschallung; dies führt zu einer 50 mM Lösung von NH 4 HCO 3 (pH ~ 7,8) in wässrigem Puffer. </li><li> Wiegen 5 mg eines Standard - Proteins (beispielsweise Rinderserumalbumin, Hämoglobin - α / β, Cytochrom C, Carboanhydrase, α-2-HS-Glycoprotein, etc.) mit einem analytischen Mikrowaage in einem 4 - ml - Glasampulle; 4 ml DI water und zerstreuen durch Beschallung; Dies führt in der Regel in einem hohen &amp; mgr; M-Ebene Konzentration Lösung. </li><li> Bereiten Sie 1 ml Proteinlösung (1-2 uM) durch die hohe uM-Level - Konzentration Lösung mit einem geeigneten Volumen von NH 4 HCO 3 (50 mM) wässrigen Puffer verdünnt; mischen durch Beschallung. </li><li> Bereiten Sie die Trypsin - Lösung (5 uM) durch Auflösen von 20 &amp; mgr; g - Sequenzierung-Grade - Trypsin in 170 &amp; mgr; l NH 4 HCO 3 (50 mM) wässrigen Puffer; zerstreuen durch Beschallung. </li></ol> 3. Versuchsaufbau Anmerkung: Die LTQ-MS-System mit einer modifizierten ESI-Quelle ausgestattet ist, der ein Haus gebaut XYZ-Stufe enthält, die verschiedenen Probeneingabe Ansätze des Massenspektrometers ermöglicht Schnittstelle. <ol><li> Trennen Sie das Kapillarreaktor aus der PEEK-Anschluss und eine Verbindung mit dem PEEK-T-Stück. </li><li> Legen Sie eine ~ 2 cm lange Pt-Draht in der Seiten Arm des PEEK-T; verwenden, um eine 1/32 &quot;PEEK Hülse für die Bereitstellung einerleckagefreie Verbindung und für die Pt-Draht isolierend. </li><li> Verbinden einer 50 um x 360 um ID OD (~ 0,5 m lang) Probenübertragungs Kapillare zu dem entgegengesetzten Ende des PEEK Tee; verwenden, um eine 1/32 &quot;PEEK Hülse für eine leckagefreie Verbindung bereitstellt. </li><li> Sichern Sie die PEEK-T-Stück auf der XYZ-Bühne und positionieren Sie den ESI Emitter ~ 2 mm entfernt von dem Massenspektrometer Einlasskapillare. </li><li> Schließen Sie den Pt-Draht an die ESI-Stromversorgungsquelle des Massenspektrometers. </li><li> Schließen Sie das andere Ende der Proben Transferkapillare auf die Edelstahl-Vereinigung; verwenden, um eine 1/16 &quot;PEEK Hülse für eine leckagefreie Verbindung bereitstellt. </li><li> Schließen Sie einen 4-5 cm langen 1/16 &quot;PTFE - Schlauch mit dem gegenüberliegenden Ende des Edelstahl Union und legen Sie die 250 &amp; mgr; l Spritzennadel in dem PTFE - Schlauch, biegen Sie an der Pumpe und stellen Sie die Durchflussrate auf den gewünschten Wert (zB 2 &amp; mgr; l / min). </li><li> Eingangs Tandem-MS-Datenerfassungsparameter in das Softwarepaket, das die MS-Gerät ein steuertals eine Methode Datei bereit Setup-d speichern Sie die Analyse für die Durchführung; für das LTQ-MS-System verwenden, um die abhängigen Analyseparameter folgende Daten: dynamische Ausschluss für 180 Sekunden mit Ausschluss Masse Breite ± 1,5 m / z freigegeben; ein MS um eine Zoom gefolgt Scan und MS 2 Scans auf den Top - 5 - intensivsten Peaks, Zoom Scanbreite von ± 5 m / z; stoßinduzierte Dissoziation (CID) auf Isolationsbreite eingestellt Parameter 3 m / z, normalisierten Kollisionsenergie von 35%, die Aktivierung Q 0,25 und Aktivierungszeit 30 ms. </li></ol> 4. Mikrofluidik-Setup <ol><li> Bereiten einer mikrofluidischen Vorrichtung aus Glas oder polymeren Substraten; 16-18 die Anordnung der Vorrichtung ist in Figur 2A, die aus einem Mikroreaktor (1) (0,13 mm Breite x 2 mm Länge x 50 um tief) , die mit einem Einlass (2 ), Auslass (3) und einer Seitenöffnung (4); die Verbindungskanäle für fluidische Manipulationen sind ~110 &amp; mgr; m breit und ca. 50 &amp; mgr; m tief; eine mehrkanalige Struktur (5), bestehend aus ~ 1,5-2 &amp; mgr; m tief x 10 um breit x 100 um lang platziert Mikrokanäle 25 &amp; mgr; m voneinander entfernt, als ein Filter wirken , werden die Partikel in den Mikroreaktor zum Halten. </li><li> Aktivieren Fluidabgabe Verbindungen zu dem Chip durch spezialisierte Verbinder mit den Einlassöffnungen Kleben oder durch ein polymeres Stand Konzeption , die Armaturen für Flüssigkeitsabgabe (2B) aufnimmt. 16 </li><li> Bereiten einer Aufschlämmung von Teilchen C18 (5 um), wie in Schritt 1.8; die Aufschlämmung auf den Mikroreaktor mit einer Spritze zu liefern unter Verwendung von 1/16 &quot;PTFE - Schlauch mit dem Chip - Seitenanschluß (4) verbunden, dichten den Port nach Partikelbeladung mit Epoxidkleber und Heilung für 1 h in einem Ofen bei 90 ºC 16. </li><li> Legen Sie eine Kapillare (20 &amp; mgr; m ID x 90 &amp; mgr; m Außendurchmesser x 10 mm Länge) in der Austrittsöffnung, Dichtung mit E6000 Leim und lassen Heilung O / N; dies wird der ESI Emitter werden ( <strong&gt; 6). </li><li> Schließen Sie eine 50 &amp; mgr; m ID x 360 &amp; mgr; m OD (~ 0,5 m lang) Probentransfer Kapillare mit dem Chip Einlassöffnung (2); das entgegengesetzte Ende der Kapillare verbinden, wie beschrieben in einen 250 &amp; mgr; l-Spritze und der Spritzenpumpe, in 3,6-3,7. </li><li> Legen Sie eine leichte PEEK T - Anschluss auf der Probenübertragungsleitung kurz vor dem Einlassöffnung (2) und legen Sie eine Pt - Draht auf der Seite-Arm des T, wie in 3.2 beschrieben; dies wird die ESI-Elektrode sein. </li><li> Sichern Sie die Mikrofluidik-Vorrichtung auf der XYZ-Bühne mit dem ESI-Emitter positioniert ~ 2 mm entfernt von dem Massenspektrometer Einlasskapillare; die MS für die Analyse vorzubereiten, wie in 3.8 beschrieben. </li></ol> 5. Probe Beladen, proteolytischen Abbau und Elution für MS-Analyse Anmerkung: Alle Lösung / sample Transferschritte werden mit Hilfe einer Spritzenpumpe durchgeführt, und sollte für einige weitere Minuten ermöglichen abzuschließen, für die Toten-Volum zu kompensierenes mit den Übertragungsleitungen verbunden sind und von dem Mikroreaktor; die notwendige Zeit hängt von den Strömungsgeschwindigkeiten abhängig beteiligt. <ol><li> Spülen Sie das Mikroreaktor und bereiten sie für die Analyse durch eine wässrige Lösung von NH 4 HCO 3 Infundieren (50 mM) in H 2 O / CH 3 CN (98: 2 v / v) bei 2 &amp; mgr; l / min für 5 min; verwenden, um eine 250 &amp; mgr; l-Spritze. </li><li> Laden Sie die Proteinprobe (1 &amp; mgr; M) auf dem Mikroreaktor durch Infundieren der Probenlösung bei 2 ul / min für 5 min; verwenden, um eine 250 &amp; mgr; l-Spritze. </li><li> die Trypsin-Lösung (5 &amp; mgr; M) über das adsorbierte Protein auf der Mikroreaktor bei 2 ul / min für 1-3 min ziehen lassen. </li><li> Quenche die proteolytische Verdauung durch den Mikroreaktor mit einer angesäuerten wässrigen Lösung von TFA Spülen (0,01% v / v) in H 2 O / CH 3 CN (98: 2 v / v) bei 2 &amp; mgr; l / min für 5 min; verwenden, um eine 250 &amp; mgr; l-Spritze. </li><li> Starten Sie das Protein unter Elution aus dem Mikroreaktor verdauen durch eine angesäuerte organische Lösung von TFA Infusion (0,01%v / v) in H 2 O / CH 3 CN (50:50 v / v) bei 300 nl / min. </li><li> Schalten Sie den MS-Daten-Erfassungsprozesses und der ESI-Spannung (~ 2000 V); erwerben MS-Daten die Datenerfassungsparameter zur Verfügung gestellt in Schritt 3.8 verwendet wird; Die Elution der tryptischen Peptide beobachten. </li></ol> 6. Datenverarbeitung <ol><li> Verarbeiten Sie die Tandem-MS-Daten mit einer Suchmaschine kompatibel mit dem rohen MS-Datenformat. <ol><li> Verarbeiten Sie die LTQ-MS Raw-Dateien einen Organismus spezifischen minimal redundanten Proteindatenbank verwendet wird; laden die Rohdaten in der Suchmaschine, stellen Sie die Eltern und Fragmentionenmassentoleranzen zu 2 und 1 Da jeweils nur voll tryptischen Fragmente verwenden, um mit bis zu zwei für die Suche verpasst cleavages; nicht für posttranslationale Modifikationen ermöglichen; stellen Sie die oberen und mittleren Vertrauen False Discovery Rate (FDR) bis 1% und 3%, bzw., und erlauben keine posttranslationalen Modifikationen. </li></ol></li><li> Filtern Sie die Daten nur hoch Vertrauen zu wählenPeptid entspricht den Proteinen in der Datenbank; bewerten die Protein- und Peptid-Level-Ergebnisse. </li></ol>

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The authors declare no competing financial interests.

Der Mikroreaktor in dieser Arbeit beschriebenen bietet eine einfach zu implementierende Versuchsaufbau zur Durchführung einer enzymatischen Verdauung der Proteine ​​MS-Analyse und Identifizierung in weniger als 30 min zu ermöglichen. Die klaren Vorteile dieses Systems im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen, sind Einfachheit, Geschwindigkeit, niedrige Reagenzienverbrauch und niedrige Kosten. Insbesondere gibt es keine Notwendigkeit für teure immobilisiertem Trypsin Perlen und Patronen. Die Herstellung der Kapill...

Die Identifizierung und Charakterisierung der gereinigten Proteine ​​wird unter Verwendung von MS-Techniken häufig erreicht. Das Protein wird mit einem Enzym verdaut und die Peptide werden weiter durch MS analysiert, indem eine einfache Infusionsversuchsaufbau verwendet. Proteolytische Verdauung ist zur Erzeugung von kleinen Peptidfragmente notwendig, die in der nützlichen Massenbereich von den meisten MS-Analysatoren fallen, und das kann leicht durch geringe Energiestoßinduzierte Dissoziation fragmentiert werden, um Aminosäuresequenzinformation zu erzeugen. Für isolierte Proteine ​​oder Proteingemische einfache, gibt es keine weitere Notwendigkeit für die chromatographische Trennung von Peptiden vor der MS-Detektion. Eine Mischung aus 25-50 Peptide können leicht durch Infundieren der Probe mit einer Spritzenpumpe in den MS-Ionenquelle direkt analysiert werden. Das Massenspektrometer kann die Analyse durchzuführen und die Sequenz eines Proteins innerhalb einer kurzen Zeitrahmen zu bestätigen. Bei modernen Datenerfassungsverfahren kann dieses Verfahren durchgeführt werden wnnerhalb ein paar Minuten oder sogar Sekunden. Der begrenzende Faktor des gesamten Prozesses in Vollendung auf einer kurzen Zeitskala ist die proteolytischen Verdauungsschritt. Normalerweise ist dies ein paar Stunden (oder O / N) durchgeführt über, in Lösung, bei 37 ° C, unter Verwendung von Substrat: Enzym-Verhältnisse von (50-100): 1. Um die enzymatische Digestionszeit auf Minuten oder Sekunden, immobilisierte Enzym Mikroreaktoren, in Form von Mikrofluidik - Reaktoren oder handelsüblichen Kartuschen zu verringern, sind beschrieben worden. 1-6 Typischerweise wird das Enzym durch kovalente, nicht-kovalente / physikalische Adsorption, Komplex immobilisiert 3,6 die verbesserte Effizienz des enzymatischen Verfahrens durch die große Oberfläche-zu-Volumen und Enzym-zu-Substrat - Verhältnisse Bildung oder Verkapselung, aktiviert zu werden. Weitere Vorteile von immobilisierten Reaktoren sind ua Autolyse und Störungen durch das Enzym in MS-Analyse reduziert, Enzymstabilität und Wiederverwertbarkeit verbessert. Eine Vielzahl von Ansätzen unter Verwendung von Glas- oder Polymer mikrofabrizierten Vorrichtungen beschrieben worden sind,Enzyme immobilisiert auf magnetischen Kügelchen durch Antikörper-Antigen - Wechselwirkungen unter Verwendung 7,8 in Gold - Nanopartikel Netzwerke eingeschlossen, 9 in Titandioxid-Aluminiumoxid - Sol-Gele 10 und nanozeolites verkapselt, 11 oder gefangen durch Ni-NTA oder His-Tag - Komplexbildung. 6 Alternativ ebenso wurden 12 Darüber hinaus hat gezeigt , verbesserte proteolytischen Spaltung wurde, offenen Rohr Kapillaren mit immobilisierten Enzymen entwickelt., unter Verwendung von gesteuerten Mikrowellenbestrahlung 13 oder druckunterstützten oder Druckzyklisierung Technologie (PCT) zur Verringerung der Reaktionszeiten auf 30-120 min. 14 Trotz der vielen Vorteile von immobilisierten Enzymreaktoren, die die Kosten der kommerziellen Patronen hoch ist, die Verfügbarkeit von Mikrofluidik-Vorrichtungen für die Routineanwendung ist begrenzt, und die Verwendung von Mikrowellen- oder PCT Technologien führt Notwendigkeit zusätzlicher Instrumentierung. Das Ziel dieser Arbeit war es, ein Verfahren zu entwickeln, die circumvezur Durchführung einer enzymatischen Spaltung von Proteinen in der Vorbereitung für MS-Analyse innerhalb von Minuten ngen diese Nachteile, und das kann leicht in jedem Labor durchgeführt werden Forscher mit einem einfachen und effektiven Ansatz zu stärken. Der Ansatz beruht auf der Verwendung von hydrophoben, C18-Teilchen, die in einer Kapillare oder mikrofluidische Vorrichtung vorbelastet sind, und die Adsorption des Protein (e) von Interesse auf den Teilchen durch enzymatischen Verdau während der Infusion des Enzyms über den gefolgten gepackte Bett und nahm Protein (e). In diesem Ansatz wird das Substrat durch nicht-kovalente Wechselwirkungen immobilisiert sind, und das Enzym wird über das immobilisierte Protein infundiert. Die proteolytische Verdauung Effizienz wird durch die große Partikeloberfläche Bereichen erhöht, die das Protein für die enzymatische Verarbeitung, reduzierte Abstände und Diffusionszeiten zu und von der Oberfläche der Teilchen, verbesserte Massenübertragung, keine kovalente Bindung belichten, die die Aktivität des Enzyms beeinflussen können, die Fähigkeit, schnell evaluate Kombinationen verschiedener Enzyme, Entsorgbarkeit und Multiplexen, wenn das Verfahren in einem mikrofluidischen Format ausgeführt. Dieser Ansatz wird unter Verwendung einer Mischung von Standardproteinen und Trypsin-das am häufigsten verwendete Enzym für proteolytischen Verdau vor der ESI-MS-Detektion nachgewiesen. Das Massenspektrometer zur Detektion in dieser Studie verwendet wurde, war eine lineare Quadrupol-Falle (LTQ) -Instrument.

<table><tbody><tr><td>Ion trap ESI-MS</td><td>Thermo Electron</td><td>LTQ</td><td>The LTQ mass spectrometer is used for acquiring tandem MS data</td></tr><tr><td>XYZ stage</td><td>Newport</td><td>Multiple parts</td><td>The home-built XYZ stage is used to adapt the commercial LTQ nano-ESI source to receive input from various sample delivery systems</td></tr><tr><td>Stereo microscope</td><td>Edmund optics</td><td>G81-278</td><td>The microscope is used to observe the microreactor packing process</td></tr><tr><td>Analytical balance/Metler</td><td>VWR</td><td>46600-204</td><td>The balance is used to weigh the protein samples</td></tr><tr><td>Ultrasonic bath/Branson</td><td>VWR</td><td>33995-540</td><td>The sonic bath is used for mixing/homogenizing the samples and dispersing the C18 particle slurry</td></tr><tr><td>Syringe pump 22</td><td>Harvard Apparatus</td><td>552222</td><td>The micropump is used for loading, rinsing and eluting the sample and the enzyme on and from the packed capillary microreactor</td></tr><tr><td>Milli-Q ultrapure water system</td><td>EMD Millipore</td><td>ZD5311595&amp;nbsp;</td><td>The MilliQ water system is used to prepare purified DI water</td></tr><tr><td>Pipettor/Eppendorf (1,000&amp;nbsp;&amp;micro;l)</td><td>VWR</td><td>53513-410</td><td>The pipettor is used to measure small volumes of sample solutions</td></tr><tr><td>Pipettor/Eppendorf (100&amp;nbsp;&amp;micro;l)</td><td>VWR</td><td>53513-406</td><td>The pipettor is used to measure small volumes of sample solutions</td></tr><tr><td>Pipettor/Eppendorf (10&amp;nbsp;&amp;micro;l)</td><td>VWR</td><td>53513-402</td><td>The pipettor is used to measure small volumes of sample solutions</td></tr><tr><td>Fused silica capillary (100 &amp;micro;m ID x 360 &amp;micro;m OD)</td><td>Polymicro Technologies</td><td>TSP100375</td><td>This capillary is used for the fabrication of the microreactor</td></tr><tr><td>Fused silica capillary (20&amp;nbsp;&amp;micro;m ID x 100 &amp;micro;m OD)</td><td>Polymicro Technologies</td><td>TSP020090</td><td>This capillary is used for the fabrication of the ESI emitter</td></tr><tr><td>Fused silica capillary (50&amp;nbsp;&amp;micro;m ID x 360 &amp;micro;m OD)</td><td>Polymicro Technologies</td><td>TSP050375</td><td>This capillary is used to transfer the samples and the eluent from the syringe pump to the capillary microreactor</td></tr><tr><td>Glass capillary cleaver</td><td>Supelco</td><td>23740-U</td><td>This is a tool for cutting fused silica capillaries at the desired length</td></tr><tr><td>Glue</td><td>Eclectic Products</td><td>E6000 Craft</td><td>This glue is used for securing the ESI emitter into the capillary microreactor or the microfluidic chip</td></tr><tr><td>Epoxy glue</td><td>Epo-Tek</td><td>353NDT</td><td>This glue is used to seal the microfluidic inlet hole through which the C18 particles are loaded</td></tr><tr><td>Reversed phase C18 particles (5&amp;nbsp;&amp;micro;m)</td><td>Agilent Technologies</td><td>Zorbax 300SB-C18</td><td>These are C18 particles on which the proteins are adsorbed; the particles were extracted from a 4&amp;nbsp;mm x 20 cm C18 LC column from Agilent</td></tr><tr><td>Syringe/glass (250 &amp;micro;l)</td><td>Hamilton</td><td>81130-1725RN</td><td>The glass syringes are used to load the C18 particle slurry in the capillary microreactor and to deliver the sample and eluents to the microreactor</td></tr><tr><td>Internal reducing PEEK Union (1/16&amp;rdquo; to 1/32&amp;rdquo;)</td><td>Valco</td><td>ZRU1.5FPK</td><td>This union is used to connect the 250 &amp;micro;l syringe to the microreactor for loading the 5 &amp;micro;m particle slurry</td></tr><tr><td>Stainless steel union (1/16&amp;rdquo;)</td><td>Valco</td><td>ZU1XC</td><td>The stainless steel union is used to connect the glass syringe needle to the infusion capillary</td></tr><tr><td>Microvolume PEEK Tee connector (1/32&amp;rdquo;)</td><td>Valco</td><td>MT.5XCPK</td><td>The Peek tee is used to connect the sample transfer capillary to the capillary microreactor; on its side arm, it enables the insertion of the Pt wire</td></tr><tr><td>Tee connector (light weight)</td><td>Valco</td><td>C-NTXFPK</td><td>This Tee connector is used to apply ESI voltage to the microfluidic chip through the sample transfer line</td></tr><tr><td>Pt wire (0.404 mm)</td><td>VWR</td><td>66260-126</td><td>The Pt wire provides electrical connection for ESI generation and is connected to the mass spectrometer ESI power supply</td></tr><tr><td>PTFE tubing (1/16&amp;rdquo; OD)</td><td>Valco</td><td>TTF115-10FT</td><td>The Teflon tubing is used to enable an air-tight connection between the syringe needle and the stainless steel union&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>PEEK tubing (0.015&amp;rdquo; ID x 1/16&amp;rdquo; OD)</td><td>Upchurch Scientific</td><td>1565</td><td>The Peek tubing is used as a sleeve to enable an air-tight connection between the stainless steel union and the 50&amp;nbsp;&amp;micro;m ID transfer capillary</td></tr><tr><td>PEEK tubing (0.015&amp;rdquo; ID x 1/32&amp;rdquo; OD)</td><td>Valco</td><td>TPK.515-25</td><td>The Peek tubing is used as a sleeve to enable a leak-free connection between the fused silica capillaries and the Peek Tee</td></tr><tr><td>Clean-cut polymer tubing cutter</td><td>Valco</td><td>JR-797</td><td>This cutter is used to pre-cut the 1/16&amp;rdquo; and 1/32&amp;rsquo; Peek polymer tubing that is used as sleeve for leak-free connections in pieces of ~4-5 cm in length</td></tr><tr><td>Amber vial (2 ml)</td><td>Agilent&amp;nbsp;</td><td>HP-5183-2069</td><td>The vials are used to prepare sample solutions and the C18 particle slurry&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Amber vial (4 ml)</td><td>VWR</td><td>66011-948</td><td>The vials are used to prepare sample solutions</td></tr><tr><td>Polypropylene tube (15&amp;nbsp;ml)</td><td>Fisher</td><td>12-565-286D</td><td>The vials are used to prepare buffer solutions</td></tr><tr><td>Cylinder (100 ml)</td><td>VWR</td><td>24710-463</td><td>The cylinder is used to measure volumes of solvent</td></tr><tr><td>Cylinder (10 ml)</td><td>VWR</td><td>24710-441</td><td>The cylinder is used to measure volumes of solvent</td></tr><tr><td>Pipette tips (1,000 &amp;micro;l)</td><td>VWR</td><td>83007-386</td><td>The pipette tips are used to measure small volumes of sample solutions</td></tr><tr><td>Pipette tips (100 &amp;micro;l)</td><td>VWR</td><td>53503-781</td><td>The pipette tips are used to measure small volumes of sample solutions</td></tr><tr><td>Pipette tips (10 &amp;micro;l)</td><td>VWR</td><td>53511-681</td><td>The pipette tips are used to measure small volumes of sample solutions</td></tr><tr><td>Glass substrates</td><td>Nanofilm</td><td>B270 white crown, 3&amp;rdquo; x 3&amp;rdquo;</td><td>These are glass substrates for microchip fabrication</td></tr><tr><td>Male nut fitting (1/16&amp;rdquo;)</td><td>Upchurch</td><td>P203X</td><td>This fitting is used for connecting transfer capillaries to the microfluidic chip</td></tr><tr><td>Nanoport assembly</td><td>Upchurch</td><td>N-122H</td><td>This fitting is used for connecting transfer capillaries to the microfluidic chip</td></tr><tr><td>Protein standards</td><td>Sigma</td><td>Multiple #</td><td></td></tr><tr><td>Acetonitrile, HPLC grade</td><td>Fisher</td><td>A955</td><td></td></tr><tr><td>Methanol, HPLC grade</td><td>Fisher</td><td>A452</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol, HPLC grade</td><td>Sigma</td><td>650447</td><td></td></tr><tr><td>Trifluoroacetic acid</td><td>Sigma</td><td>302031</td><td></td></tr><tr><td>Ammonium bicarbonate</td><td>Aldrich</td><td>A6141</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin, sequencing grade</td><td>Promega</td><td>V5111</td><td></td></tr></tbody></table>

fast enzymatic processing of proteins for ms detection with a flow-through microreactor

Die überwiegende Mehrheit der Massenspektrometrie (MS) -Basis Proteinanalyseverfahren beinhalten ein enzymatisches Verdauungsschritt der Detektion vor, typischerweise mit Trypsin. Dieser Schritt ist für die Erzeugung von niedermolekularen Peptide erforderlich, in der Regel mit MW &lt;3000-4000 Da, die innerhalb des effektiven Scan-Bereich der Massenspektrometrie Instrumentierung fallen. Herkömmliche Protokolle beinhalten O / N enzymatische Verdauung bei 37 ºC. Jüngste Fortschritte haben zu der Entwicklung einer Vielzahl von Strategien geführt, in der Regel die Verwendung eines Mikroreaktor mit immobilisierten Enzymen oder aus einer Reihe von komplementären physikalischen Prozessen beteiligt, die die Zeit , die für proteolytischen Verdau zu einigen Minuten (beispielsweise Mikrowellen- oder Hoch reduzieren Druck). In dieser Arbeit beschreiben wir eine einfache und kostengünstige Lösung, die in einem Labor für die Erreichung schnelle enzymatische Verdauung eines Proteins umgesetzt werden können. Das Protein (oder Proteingemisch) adsorbiert an C18-gebundene Umkehrphasen-Hochleistungormance Flüssigchromatographie (HPLC) Siliciumdioxidteilchen in einer Kapillarsäule vorgespannt, und Trypsin in wässrigem Puffer wird für eine kurze Zeit über die Teilchen infundiert. Zu ermöglichen Online-MS-Detektion, die tryptischen Peptide werden mit einem Lösungsmittelsystem mit einem erhöhten Gehalt an organischen Stoffen direkt in der MS-Ionenquelle eluiert. Dieser Ansatz vermeidet die Verwendung von hochpreisigen immobilisiertem Enzympartikel und erforderlich macht keine Hilfe für den Prozess abzuschließen. Protein Verdauung und vollständige Probenanalyse kann in weniger als ~ 3 min und ca. 30 min bzw. erreicht werden.

Ein repräsentatives Ergebnis eines proteolytischen Verdauungsprozess gleichzeitig durchgeführt auf einer Mischung von Proteinen, mit den oben beschriebenen Mikroreaktoren (Figuren 1 oder 2) ist in Tabelle 1 zur Verfügung gestellt. Die Tabelle , die die einzigartigen Peptidsequenzen umfasst, die ein bestimmtes Protein zu identifizieren, wobei der Quer Korrelation Score (Xcorr) (dh eine Punktzahl, die für die entsprechenden Tandem - Massenspek...

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Fast Enzymatic Processing of Proteins for MS Detection with a Flow-through Microreactor

Schnelle enzymatische Prozessierung von Proteinen für MS-Detektion mit einem Durchfluss-Mikroreaktor

A quick protocol for proteolytic digestion with an in-house built flow-through tryptic microreactor coupled to an electrospray ionization (ESI) mass spectrometer is presented. The fabrication of the microreactor, the experimental setup and the data acquisition process are described.

The vast majority of mass spectrometry (MS)-based protein analysis methods involve an enzymatic digestion step prior to detection, typically with trypsin. ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.9K Aufrufe.  Virginia Tech. A quick protocol for proteolytic digestion with an in-house built flow-through tryptic microreactor coupled to an electrospray ionization (ESI) mass spectrometer is presented. The fabrication of the microreactor, the experimental setup and the data acquisition process are described.

Serie: Fast Enzymatic Processing of Proteins for MS Detection with a Flow-through Microreactor

Time-resolved ElectroSpray Ionization Hydrogen-deuterium Exchange Mass Spectrometry for Studying Protein Structure and Dynamics

Intrinsically disordered proteins (IDPs) have long been a challenge to structural biologists due to their lack of stable secondary structure elements. Hydrogen-Deuterium Exchange (HDX) measured at rapid time scales is uniquely suited to detect structures and hydrogen bonding networks that are briefly populated, allowing for the characterization of transient conformers in native ensembles. Coupling of HDX to mass spectrometry offers several key advantages, including high sensitivity, low sample consumption and no restriction on protein size. This technique has advanced greatly in the last several decades, including the ability to monitor HDX labeling times on the millisecond time scale. In addition, by incorporating the HDX workflow onto a microfluidic platform housing an acidic protease microreactor, we are able to localize dynamic properties at the peptide level. In this study, Time-Resolved ElectroSpray Ionization Mass Spectrometry (TRESI-MS) coupled to HDX was used to provide a detailed picture of residual structure in the tau protein, as well as the conformational shifts induced upon hyperphosphorylation.

Conformational flexibility plays a critical role in protein function. Herein, we describe the use of time-resolved electrospray ionization mass spectrometry coupled to hydrogen-deuterium exchange for probing the rapid structural changes that drive function in ordered and disordered proteins.

Zeitaufgelöste Elektrospray-Ionisations Wasserstoff-Deuterium-Austausch-Massenspektrometrie zur Struktur Protein Studium und Dynamik

Intrinsically disordered proteins (IDPs) have long been a challenge to structural biologists due to their lack of stable secondary structure elements. ...

Forschung

Biochemie

Real-time Monitoring of Reactions Performed Using Continuous-flow Processing: The Preparation of 3-Acetylcoumarin as an Example

By using inline monitoring, it is possible to optimize reactions performed using continuous-flow processing in a simple and rapid way. It is also possible to ensure consistent product quality over time using this technique. We here show how to interface a commercially available flow unit with a Raman spectrometer. The Raman flow cell is placed after the back-pressure regulator, meaning that it can be operated at atmospheric pressure. In addition, the fact that the product stream passes through a length of tubing before entering the flow cell means that the material is at RT. It is important that the spectra are acquired under isothermal conditions since Raman signal intensity is temperature dependent. Having assembled the apparatus, we then show how to monitor a chemical reaction, the piperidine-catalyzed synthesis of 3-acetylcoumarin from salicylaldehyde and ethyl acetoacetate being used as an example. The reaction can be performed over a range of flow rates and temperatures, the in-situ monitoring tool being used to optimize conditions simply and easily.

Real-time monitoring allows for fast optimization of reactions performed using continuous-flow processing. Here the preparation of 3-acetylcoumarin is used as an example. The apparatus for performing in-situ Raman monitoring is described, as are the steps required to optimize the reaction.

Echtzeit-Überwachung von Reaktionen durchgeführt mit Continuous-Flow-Verarbeitung: Die Herstellung von 3-Acetylcoumarin als Beispiel

By using inline monitoring, it is possible to optimize reactions performed using continuous-flow processing in a simple and rapid way. It is also possible ...

Chemie

A Simple Fractionated Extraction Method for the Comprehensive Analysis of Metabolites, Lipids, and Proteins from a Single Sample

Understanding of complex biological systems requires the measurement, analysis and integration of multiple compound classes of the living cell, usually determined by transcriptomic, proteomic, metabolomics and lipidomic measurements. In this protocol, we introduce a simple method for the reproducible extraction of metabolites, lipids and proteins from biological tissues using a single aliquot per sample. The extraction method is based on a methyl tert-butyl ether: methanol: water system for liquid: liquid partitioning of hydrophobic and polar metabolites into two immiscible phases along with the precipitation of proteins and other macromolecules as a solid pellet. This method, therefore, provides three different fractions of specific molecular composition, which are fully compatible with common high throughput 'omics' technologies such as liquid chromatography (LC) or gas chromatography (GC) coupled to mass spectrometers. Even though the method was initially developed for the analysis of different plant tissue samples, it has proved to be fully compatible for the extraction and analysis of biological samples from systems as diverse as algae, insects, and mammalian tissues and cell cultures.

A protocol for comprehensive extraction of lipids, metabolites and proteins from biological tissues using one sample is presented.

Eine einfache Fraktionierte Extraktionsmethode für die umfassende Analyse von Metaboliten, Lipiden und Proteinen aus einer einzigen Probe

Understanding of complex biological systems requires the measurement, analysis and integration of multiple compound classes of the living cell, usually ...

Microfluidic Mixers for Studying Protein Folding

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason for this is that folding takes place over a wide range of timescales, from nanoseconds to seconds or longer, depending on the protein1. Conventional stopped-flow mixers have allowed measurement of folding kinetics starting at about 1 ms. We have recently developed a microfluidic mixer that dilutes denaturant ~100-fold in ~8 &mu;s2. Unlike a stopped-flow mixer, this mixer operates in the laminar flow regime in which turbulence does not occur. The absence of turbulence allows precise numeric simulation of all flows within the mixer with excellent agreement to experiment3-4.
Laminar flow is achieved for Reynolds numbers Re &le;100. For aqueous solutions, this requires micron scale geometries. We use a hard substrate, such as silicon or fused silica, to make channels 5-10 &mu;m wide and 10 &mu;m deep (See Figure 1). The smallest dimensions, at the entrance to the mixing region, are on the order of 1 &mu;m in size. The chip is sealed with a thin glass or fused silica coverslip for optical access. Typical total linear flow rates are ~1 m/s, yielding Re~10, but the protein consumption is only ~0.5 nL/s or 1.8 &mu;L/hr. Protein concentration depends on the detection method: For tryptophan fluorescence the typical concentration is 100 &mu;M (for 1 Trp/protein) and for FRET the typical concentration is ~100 nM.
The folding process is initiated by rapid dilution of denaturant from 6 M to 0.06 M guanidine hydrochloride. The protein in high denaturant flows down a central channel and is met on either side at the mixing region by buffer without denaturant moving ~100 times faster (see Figure 2). This geometry causes rapid constriction of the protein flow into a narrow jet ~100 nm wide. Diffusion of the light denaturant molecules is very rapid, while diffusion of the heavy protein molecules is much slower, diffusing less than 1 &mu;m in 1 ms. The difference in diffusion constant of the denaturant and the protein results in rapid dilution of the denaturant from the protein stream, reducing the effective concentration of the denaturant around the protein. The protein jet flows at a constant rate down the observation channel and fluorescence of the protein during folding can be observed using a scanning confocal microscope5.

In this work we explain the fabrication and use of a microfluidic mixer capable of mixing two solutions in ~8 &mu;s. We also demonstrate the use of these mixers with spectroscopic detection using UV fluorescence and fluorescence resonance energy transfer (FRET).

Mikrofluidischen Mischern für ein Studium Proteinfaltung

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason ...

Biotechnik

A Plasma Sample Preparation for Mass Spectrometry using an Automated Workstation

Sample preparation for mass spectrometry analysis in proteomics requires enzymatic cleavage of proteins into a peptide mixture. This process involves numerous incubation and liquid transfer steps in order to achieve denaturation, reduction, alkylation, and cleavage. Adapting this workflow onto an automated workstation can increase efficiency and reduce coefficients of variance, thereby providing more reliable data for statistical comparisons between sample types. We previously described an automated proteomic sample preparation workflow1. Here, we report the development of a more efficient and better controlled workflow with the following advantages: 1) The number of liquid transfer steps is reduced from nine to six by combining reagents; 2) Pipetting time is reduced by selective tip pipetting using a 96-position pipetting head with multiple channels; 3) Potential throughput is increased by the availability of up to 45 deck positions; 4) Complete enclosure of the system provides improved temperature and environmental control and reduces the potential for contamination of samples or reagents; and 5) The addition of stable isotope labeled peptides, as well as &#946;-galactosidase protein, to each sample makes monitoring and quality control possible throughout the entire process. These hardware and process improvements provide good reproducibility and improve intra-assay and inter-assay precision (CV of less than 20%) for LC-MS based protein and peptide quantification. The entire workflow for digesting 96 samples in a 96-well plate can be completed in approximately 5 hours.

Here, we present an automated plasma protein digestion method for mass spectrometry-based quantitative proteomic analysis. In this protocol, the liquid transferring and incubation steps for protein denaturation, reduction, alkylation, and trypsin digestion reactions are streamlined and automated. It takes approximately five hours to prepare a 96-well plate with desired precision.

Eine Plasma-Probenvorbereitung für die Massenspektrometrie mit einer automatisierten Workstation

Sample preparation for mass spectrometry analysis in proteomics requires enzymatic cleavage of proteins into a peptide mixture. This process involves ...

Platform Incubator with Movable XY Stage: A New Platform for Implementing In-Cell Fast Photochemical Oxidation of Proteins

Fast Photochemical Oxidation of proteins (FPOP) coupled with mass spectrometry (MS) has become an invaluable tool in structural proteomics to interrogate protein interactions, structure, and protein conformational dynamics as a function of solvent accessibility. In recent years, the scope of FPOP, a hydroxyl radical protein foot printing (HRPF) technique, has been expanded to protein labeling in live cell cultures, providing the means to study protein interactions in the convoluted cellular environment. In-cell protein modifications can provide insight into ligand induced structural changes or conformational changes accompanying protein complex formation, all within the cellular context. Protein footprinting has been accomplished employing a customary flow-based system and a 248 nm KrF excimer laser to yield hydroxyl radicals via photolysis of hydrogen peroxide, requiring 20 minutes of analysis for one cell sample.To facilitate time-resolved FPOP experiments, the use of a new 6-well plate-based IC-FPOP platform was pioneered. In the current system, a single laser pulse irradiates one entire well, which truncates the FPOP experimental time frame resulting in 20 seconds of analysis time, a 60-fold decrease. This greatly reduced analysis time makes it possible to research cellular mechanisms such as biochemical signaling cascades, protein folding, and differential experiments (i.e., drug-free vs. drug bound) in a time-dependent manner. This new instrumentation, entitled Platform Incubator with Movable XY Stage (PIXY), allows the user to perform cell culture and IC-FPOP directly on the optical bench using a platform incubator with temperature, CO2 and humidity control. The platform also includes a positioning stage, peristaltic pumps, and mirror optics for laser beam guidance. IC-FPOP conditions such as optics configuration, flow rates, transient transfections, and H2O2 concentration in PIXY have been optimized and peer-reviewed. Automation of all components of the system will reduce human manipulation and increase throughput.

A new static platform is used to characterize protein structure and interaction sites in the native cell environment utilizing a protein footprinting technique called in-cell fast photochemical oxidation of proteins (IC-FPOP).

Plattform-Inkubator mit beweglicher XY-Stufe: Eine neue Plattform zur Implementierung der in-Cell schnellen photochemischen Oxidation von Proteinen

Fast Photochemical Oxidation of proteins (FPOP) coupled with mass spectrometry (MS) has become an invaluable tool in structural proteomics to interrogate ...

Digital Microfluidics for Automated Proteomic Processing

Clinical proteomics has emerged as an important new discipline, promising the discovery of biomarkers that will be useful for early diagnosis and prognosis of disease. While clinical proteomic methods vary widely, a common characteristic is the need for (i) extraction of proteins from extremely heterogeneous fluids (i.e. serum, whole blood, etc.) and (ii) extensive biochemical processing prior to analysis. Here, we report a new digital microfluidics (DMF) based method integrating several processing steps used in clinical proteomics. This includes protein extraction, resolubilization, reduction, alkylation and enzymatic digestion. Digital microfluidics is a microscale fluid-handling technique in which nanoliter-microliter sized droplets are manipulated on an open surface. Droplets are positioned on top of an array of electrodes that are coated by a dielectric layer - when an electrical potential is applied to the droplet, charges accumulate on either side of the dielectric. The charges serve as electrostatic handles that can be used to control droplet position, and by biasing a sequence of electrodes in series, droplets can be made to dispense, move, merge, mix, and split on the surface. Therefore, DMF is a natural fit for carrying rapid, sequential, multistep, miniaturized automated biochemical assays. This represents a significant advance over conventional methods (relying on manual pipetting or robots), and has the potential to be a useful new tool in clinical proteomics.
Mais J. Jebrail, Vivienne N. Luk, and Steve C. C. Shih contributed equally to this work.
Sergio L. S. Freire's current address is at the University of the Sciences in Philadelphia located at 600 South 43rd Street, Philadelphia, PA 19104.

Digital Microfluidics is a technique characterized by the manipulation of discrete droplets (~nL - mL) on an array of electrodes by the application of electrical fields. It is well-suited for carrying out rapid, sequential, miniaturized automated biochemical assays. Here, we report a platform capable of automating several proteomic processing steps.

Digitale Mikrofluidik für die automatisierte Verarbeitung Proteomic

Clinical proteomics has emerged as an important new discipline, promising the discovery of biomarkers that will be useful for early diagnosis and ...

Biologie

Analyzing Large Protein Complexes by Structural Mass Spectrometry

Living cells control and regulate their biological processes through the coordinated action of a large number of proteins that assemble themselves into an array of dynamic, multi-protein complexes1. To gain a mechanistic understanding of the various cellular processes, it is crucial to determine the structure of such protein complexes, and reveal how their structural organization dictates their function. Many aspects of multi-protein complexes are, however, difficult to characterize, due to their heterogeneous nature, asymmetric structure, and dynamics. Therefore, new approaches are required for the study of the tertiary levels of protein organization.
One of the emerging structural biology tools for analyzing macromolecular complexes is mass spectrometry (MS)2-5. This method yields information on the complex protein composition, subunit stoichiometry, and structural topology. The power of MS derives from its high sensitivity and, as a consequence, low sample requirement, which enables examination of protein complexes expressed at endogenous levels. Another advantage is the speed of analysis, which allows monitoring of reactions in real time. Moreover, the technique can simultaneously measure the characteristics of separate populations co-existing in a mixture. 
Here, we describe a detailed protocol for the application of structural MS to the analysis of large protein assemblies. The procedure begins with the preparation of gold-coated capillaries for nanoflow electrospray ionization (nESI). It then continues with sample preparation, emphasizing the buffer conditions which should be compatible with nESI on the one hand, and enable to maintain complexes intact on the other. We then explain, step-by-step, how to optimize the experimental conditions for high mass measurements and acquire MS and tandem MS spectra. Finally, we chart the data processing and analyses that follow. Rather than attempting to characterize every aspect of protein assemblies, this protocol introduces basic MS procedures, enabling the performance of MS and MS/MS experiments on non-covalent complexes. Overall, our goal is to provide researchers unacquainted with the field of structural MS, with knowledge of the principal experimental tools.

Mass spectrometry has proven to be a valuable tool for analyzing large protein complexes. This method enables insights into the composition, stoichiometry and overall architecture of multi-subunit assemblies. Here, we describe, step-by-step, how to perform a structural mass spectrometry analysis, and characterize macromolecular structures.

Analyse großer Proteinkomplexe von Structural-Massenspektrometrie

Living cells control and regulate their biological processes through the coordinated action of a large number of proteins that assemble themselves into an ...

Cell-Lineage Guided Mass Spectrometry Proteomics in the Developing (Frog) Embryo

Characterization of molecular events as cells give rise to tissues and organs raises a potential to better understand normal development and design efficient remedies for diseases. Technologies enabling accurate identification and quantification of diverse types and large numbers of proteins would provide still missing information on molecular mechanisms orchestrating tissue and organism development in space and time. Here, we present a mass spectrometry-based protocol that enables the measurement of thousands of proteins in identified cell lineages in Xenopus laevis (frog) embryos. The approach builds on reproducible cell-fate maps and established methods to identify, fluorescently label, track, and sample cells and their progeny (clones) from this model of vertebrate development. After collecting cellular contents using microsampling or isolating cells by dissection or fluorescence-activated cell sorting, proteins are extracted and processed for bottom-up proteomic analysis. Liquid chromatography and capillary electrophoresis are used to provide scalable separation for protein detection and quantification with high-resolution mass spectrometry (HRMS). Representative examples are provided for the proteomic characterization of neural-tissue fated cells. Cell-lineage-guided HRMS proteomics is adaptable to different tissues and organisms. It is sufficiently sensitive, specific, and quantitative to peer into the spatio-temporal dynamics of the proteome during vertebrate development.

Cell-Lineage Guided Mass Spectrometry Proteomics in the Developing Frog Embryo

Here we describe a mass spectrometry-based proteomic characterization of cell lineages with known tissue fates in the vertebrate Xenopus laevis embryo.

Zellliniengesteuerte Massenspektrometrie-Proteomik im sich entwickelnden (Frosch-)Embryo

Characterization of molecular events as cells give rise to tissues and organs raises a potential to better understand normal development and design ...

A Streamlined Approach for Mass Spectrometry-Based Proteomics Using Selected Tissue Regions

Mass spectrometry (MS)-based proteomics enables comprehensive proteome analysis across a wide range of biological samples, including cells, tissues, and body fluids. Formalin-fixed, paraffin-embedded (FFPE) tissue sections, commonly used for long-term archiving, have emerged as valuable resources for proteomic studies. Beyond their storage benefits, researchers can isolate regions of interest (ROIs) from normal tissue regions through collaborative efforts with pathologists. Despite this potential, a streamlined approach for proteomic experiments encompassing ROI isolation, proteomic sample preparation, and MS analysis remains lacking. In this protocol, an integrated workflow that combines macrodissection of ROIs, suspension trapping-based sample preparation, and high-throughput MS analysis is presented. Through this approach, the ROIs of patients' FFPE tissues, consisting of benign serous cystic neoplasms (SCN) and precancerous intraductal papillary mucinous neoplasms (IPMN) diagnosed by pathologists, were macrodissected, collected, and analyzed, resulting in high proteome coverage. Furthermore, molecular differences between the two distinct pancreatic cystic neoplasms were successfully identified, thus demonstrating the applicability of this approach for advancing proteomic research with FFPE tissues.

Here, we establish a mass spectrometry-based proteomic method using isolated regions of interest in formalin-fixed, paraffin-embedded tissue sections. This protocol is used to analyze proteome from specific tissue areas in archived formalin-fixed, paraffin-embedded tissue sections.

Mass spectrometry (MS)-based proteomics enables comprehensive proteome analysis across a wide range of biological samples, including cells, tissues, and ...