Method Article
Ce protocole décrit un flux de travail entièrement intégrée pour caractériser histone modifications post-traductionnelles par spectrométrie de masse (MS). Le flux de travail comprend histone purification à partir de cultures de cellules ou de tissus, histone dérivatisation et la digestion, l'analyse de MS en utilisant la chromatographie et des instructions pour l'analyse des données de liquide nano-flux. Le protocole est conçu pour l'achèvement dans les 2 - 3 jours.
Les nucléosomes sont l'unité structurelle la plus petite de la chromatine, composé de 147 paires de bases d'ADN enroulé autour d'un octamère d'histones. fonction Histone est médiée par une vaste modification post-traductionnelle par une myriade de protéines nucléaires. Ces modifications sont essentielles pour l'intégrité nucléaire comme ils régulent les enzymes de structure et de recruter chromatine impliqués dans la régulation des gènes, réparation de l'ADN et la condensation des chromosomes. Même si une grande partie de la communauté scientifique adopte des techniques à base d'anticorps pour caractériser histone PTM abondance, ces approches sont bas débit et des préjugés contre les protéines hypermodified, comme l'épitope peut être obstrué par des modifications à proximité. Ce protocole décrit l'utilisation d'une chromatographie liquide nano (NLC) et la spectrométrie de masse (MS) pour la quantification précise des modifications des histones. Cette méthode est conçue pour caractériser une grande variété de PTM histones et l'abondance relative de plusieurs variantes histone dans les sIngle analyse. Dans ce protocole, les histones sont dérivatisés avec de l'anhydride propionique suivie par une digestion avec de la trypsine pour produire des peptides de 5 à 20 aa en longueur. Après digestion, la N-terminales nouvellement exposé des peptides histones sont dérivatisé pour améliorer la rétention chromatographique pendant NLC-MS. Ce procédé permet la quantification relative de l'histone PTM sur quatre ordres de grandeur.
L' épigénétique est définie comme l'étude des changements héréditaires dans l' expression des gènes qui se posent par des mécanismes autres que la modification de la séquence d'ADN sous - jacente 1. La régulation épigénétique est critique au cours du développement que l'organisme subit phénotypique dramatique change même si sa teneur en ADN ne change pas. Il y a plusieurs composants critiques nécessaires à l' entretien épigénétique appropriée, y compris les modifications des histones post-traductionnelles (PTM), des variants d'histones, des ARN non codantes, méthylation de l' ADN et les facteurs de liaison d' ADN, chacun qui affectent l' expression des gènes par le biais de différents mécanismes 2. Par exemple, alors que la méthylation d' ADN est une modification très stable qui réprime la traduction du gène 3, des variants d'histones et PTM des histones sont beaucoup plus dynamiques et peuvent influencer la chromatine dans une variété de façons 4.
PTM histones sont principalement localisés sur les queues de N-terminal, car ils sont la région la plus exposée et flexiblede la protéine. Cependant, le noyau nucléosome est également fortement modifié par rapport aux protéines moyenne 5. Même si les marques histones ont été caractérisées en détail dans la dernière décennie, de nombreux liens entre les marques d'histone connues et leur fonction sont encore peu claires. Ceci est largement dû au fait que la plupart des PTM histones ne travaillent pas seuls, mais plutôt la fonction en tandem avec d' autres PTM ( "cross-talk") pour modifier un processus spécifique, comme la transcription 6,7. Par exemple, la marque H3S10K14ac combinatoire sur le gène p21 active sa transcription, qui ne se produirait pas avec un seul des deux PTM 8. Les comprimés de protéine HP1 chromatine en reconnaissant H3K9me2 / me3 et la diffusion de la modification de nucléosomes à proximité. Cependant, HP1 ne peut pas lier H3K9me2 / 3 lorsque le S10 adjacent est phosphorylée 9. Acétylation de H3K4 inhibe la liaison de la protéine à spChp1 H3K9me2 / ME3 à 10 Schizosaccharomyces pombe. En outre, l'histone lysine demethylase PHF8 a la plus haute efficacité de liaison de nucléosome lorsque trois PTM H3K4me3, K9ac et K14ac sont présents 11. Ces exemples mettent en évidence l'importance de parvenir à une vision globale des changements de PTM histones plutôt que de se concentrer sur les modifications simples.
La présence de variants de séquence augmente également la complexité de l'analyse des histones, comme isotypes d'histones ont généralement des séquences très similaires, mais ont souvent des rôles différents dans la chromatine. Par exemple, H2A.X a une séquence C-terminale qui est plus facilement phosphorylée sur les dommages de l' ADN par rapport à H2A canonique 12, et il est nécessaire pour l' inactivation des chromosomes sexuels dans la méiose de la souris mâle 13; de même, CENP-A substitue canonique histone H3 dans centromères 14. En dépit de leurs différentes fonctions, ces variants partagent une grande partie de leur séquence d'acides aminés avec l'histone canonique respective, ce qui rend difficile d'identifier et de quantifier séparément.
techniques à base d'anticorps, tels que Western blot ont été largement adoptées pour caractériser histones. Cependant, les approches basées sur les anticorps sont limitées pour les raisons suivantes: (i) ils ne peuvent confirmer la présence d'une modification et ne peuvent pas identifier PTM inconnus; (Ii) elles sont sollicitées en raison de la présence de marques coexistantes, ce qui peut influencer l'affinité de liaison; (iii) ils ne peuvent pas identifier les marques combinatoires, comme très peu d' anticorps sont disponibles à cette fin et (iv) ils réagissent de manière croisée entre les variants d'histones très similaires ou PTM similaires (par exemple, di- et trimethylation des résidus de lysine). Egelhofer et al. décrit que plus de 25% des anticorps commerciaux échec des tests de spécificité par dot - blot ou transfert de Western, et parmi les anticorps spécifiques de plus de 20% échouent dans des expériences d' immunoprécipitation de la chromatine 15. La spectrométrie de masse (MS) est actuellement l'outil analytique le plus approprié pour étudier de nouvelles et / ou combinatoires PTM,et il a été largement mis en oeuvre pour histones (passé en revue dans 16). Cela est principalement dû à la haute sensibilité et la précision de masse de MS, et la possibilité d'effectuer des analyses à grande échelle.
La stratégie bottom-up est la stratégie de protéomique à base de MS le plus couramment utilisé pour la caractérisation des histones et leurs PTM, dans lequel la protéine intacte est enzymatiquement digéré en peptides courts (5-20 aa). Cette digestion facilite à la fois la séparation de LC et de détection MS. Messes dans la gamme de 600 - 2000 Da sont généralement plus facilement ionisés et identifiés avec une précision de masse plus élevée et la résolution que les grandes masses. SM / SM la fragmentation est aussi améliorée, sous forme de peptides courts sont généralement bien adaptés à une dissociation induite par collision (CID). Cependant, les histones constituent un défi pour ascendante MS car ils sont très riches en résidus d'acides aminés basiques, à savoir la lysine et l'arginine. Par conséquent, la digestion de trypsine conduit à la génération de peptides qui sont trop smtous pour la rétention de LC et de localisation sans ambiguïté du PTM. Pour contourner ce problème, notre protocole comprend la lysine et le peptide dérivé N-terminal chimique 17. L'utilisation d'anhydride propionique est efficace recommandée pour la dérivatisation chimique par rapport à d' autres réactifs 18. De tels blocs de dérivatisation des groupes de résidus lysine non modifiés et monométhyliques Ɛ-amino trypsine, ce qui permet d'effectuer une protéolyse uniquement à l'extrémité C-terminale des résidus d'arginine. des amines dérivatisées ne peuvent échanger des protons avec la solution et donc les peptides ne sont généralement doublement ou triplement chargé, ce qui facilite la détection et la MS MS / MS. En outre, la dérivatisation N-terminal augmente peptide hydrophobie et en phase inverse ainsi la rétention chromatographique. Ici, nous décrivons le flux de travail pour purifier les histones et les préparer pour l' analyse PTM via protéomique bottom-up (figure 1). Cette stratégie permet d'obtenir une quantification des marques d'histone simples et marques combinatoires fou PTM histones qui sont relativement proches dans la séquence d'acides aminés.
1. Collecte de cellules provenant de la culture
2. Isolement des noyaux de cellules intactes
3. Extraction et purification des histones de Nuclei
Nota: Les histones sont très riches en résidus basiques d'acides aminés, leur permettant de coopérer étroitement avec le squelette de l'acide phosphorique de l'ADN. Histones font partie des protéines les plus élémentaires dans le noyau, ce qui permet de les extraire dans de l' acide sulfurique refroidi à la glace (0,2 MH 2 SO 4) , avec une contamination minimale des protéines non histones, qui précipitent dans l' acide fort. TCA hautement concentrée (à une concentration finale de 33%) peut ensuite être utilisé pour précipiter les histones de l'acide sulfuriqueacide. TCA est stocké sous forme de 100% en bouteille brune à 4 ° C.
4. Estimation de la concentration en protéine et de pureté
5. Séparation des Histone Variantes par HPLC en phase inverse (Facultatif)
Remarque: Les variants d'histones de haute pureté peuvent être obtenus par fractionnement du mélange d'histones brut en utilisant une HPLC en phase inverse couplée à un détecteur UV. Ces histones purifiées sont utiles pour les études qui nécessitent une plus grande sensibilité et de pureté. Cependant, pour la norme de caractérisation histone PTM, cette étape peut être ignorée parce que l'analyse est suffisamment sensible et exhaustive. Fractionnement des histone intacte variantes idéalement nécessite au moins 100-300 ug de matériau de départ.
6. Chemical dérivatisation des histones Utilisation propionique Anhydride pour l'analyse bottom-up
7. La digestion protéolytique avec de la trypsine
8. propionylation de Histone Peptides à N-terminales
Remarque: Cette section décrit la dérivatisation du peptide N-termini généré à partir du trypsine digest. Cette procédure améliore la rétention HPLC des peptides courts (par exemple, l' acide aminé 3-8 de l' histone H3), le groupe propionyle peptide augmente le caractère hydrophobe.
9. dessalage de l'échantillon avec Stage-conseils
Note: A ce stade, il est le sel présent dans l'échantillon. Les sels empêchent l'analyse HPLC-MS, car ils ionisent pendant électrospray, supprimer le signal à partir de peptides. Les sels peuvent également former des adduits ioniques, des peptides, en réduisant l'intensité du signal pour le peptide non fixées par addition. Comme le peptide d'adduits aura une masse différente, le peptide ne sera pas correctement identifié ou quantifié.
10. Analyse des histones Peptides
Remarque: La plate-forme NLC-MS devrait être mis en place comme cela se fait dans l'analyse traditionnelle des peptides. L'utilisation de 200-300 colonne de flux nl (75 um ID colonne analytique, C 18 particules) est recommandé, car ils sont un excellent compromis entre la sensibilité et la stabilité. La méthode d'acquisition MS peut être une combinaison d'acquisition dépendant des données (DDA) avec des scans ciblés 19 ou une acquisition (DIA) indépendante des données 20,21, les deux décrits dans Les résultats représentatifs et Figure 4.
11. Analyse des données
A titre d'exemple, nous avons analysé les histones extraites à partir de cellules souches embryonnaires humaines (hESC) avec et sans acide rétinoïque (RA), la stimulation, à partir de 200 culots cellulaires ul. La présence de RA dans la culture cellulaire conduit à la différenciation ESC. A partir du culot de cellules, environ 50 à 100 ug d'histones ont été extraits, ce qui est plus que suffisant pour effectuer de multiples injections de peptides histone LC-MS. Après dérivatisation, la digestion et dessalage, les échantillons ont été chargés sur un 75 pm x 15 cm colonne C18 (diamètre de particule de 3 um, taille de pores 300 Å) en mode série avec un système de chromatographie nano liquide à haute performance avec des puces microfluidiques couplés à un hybride linéaire piège quadripolaire - spectromètre de masse Orbitrap. acquisition MS a été réalisée en utilisant DIA. En parallèle, des échantillons ont également été analysés à l'aide d'une méthode utilisant une LDV CLUHP nano-flux couplée à un piège Orbitrap spectromètre de masse d'ions hybrides (données non présentées). Danschaque cycle, une détection complète MS Orbitrap a été réalisée avec la plage de balayage de 290 à 1400 m / z, une résolution de 60.000 (à 200 m / z) et AGC de 10 6. Ensuite, le mode d'acquisition dépend de données a été appliquée avec une dynamique exclusion de 30 sec. scans MS / MS ont été suivis sur des ions parents de plus intenses les. Ions avec un état d'une charge ont été exclues de MS / MS. Une fenêtre d'isolement de 2 m / z a été utilisé. Les ions sont fragmentés en utilisant une dissociation induite par collision (CID) avec une énergie de collision de 35%. Détection de piège ionique a été utilisé avec le mode de plage de balayage normal et la vitesse de balayage normale avec AGC de 10 4.
Les données brutes ont été analysées MS adoptant un logiciel pour l'extraction des précurseurs et des ions fragments chromatogrammes, à savoir Skyline 23 et 22 EpiProfile. EpiProfile a été optimisé pour les peptides histones, car il intègre l'extraction de la zone de pointe intelligente en raison de la connaissance antérieure du pepmarée temps de rétention. D'autre part, Skyline est optimisé pour DIA analyse, et donc les chiffres affichés DIA (figures 4 et 5A) sont des captures d' écran de ce logiciel. À partir du chromatogramme d'ions extrait, l'aire sous la courbe est récupérée, ce qui permet d'estimer l'abondance de chaque peptide. La surface du pic chromatographique a été calculé pour [M + H] +, [M + 2H] 2+ et [M + 3H] 3+ des ions du même peptide, bien que dans la plupart des cas , le [M + 2H] 2+ était la forme la plus courante. Ceci fournit l'abondance brute d'une forme modifiée donnée d'un peptide. Afin d'atteindre l'abondance relative de PTM, la somme de toutes les différentes formes modifiées d'un peptide de l'histone a été considéré comme 100%, et la région du peptide particulier a été divisée par la superficie totale de cette histone peptide sous toutes ses formes modifiées .
peptides histones sont présents dans un variété de formes isobares (Figure 5). Peptides isobariques, par exemple, K18ac et K23ac, ne peuvent être quantifiés au niveau MS / MS, où leurs ions fragments uniques sont utilisés pour déterminer le rapport des espèces isobares (figure 5A et 5B). Ce rapport est utilisé pour diviser l'aire du pic chromatographique entre les deux espèces. Lors de l'utilisation du PDD, ces formes isobares ont été inclus dans la liste des masses ciblées, parce que ces peptides doivent être sélectionnés pour la fragmentation par l'ensemble de leur élution, ce qui ne se produira pas dans une expérience DDA standard. La discrimination de l'abondance relative de l'espèce isobares est ensuite effectuée en contrôlant le profil d'élution des ions fragments. D'autre part, le type DIA d'acquisition ne nécessite pas de liste d'inclusion. Cependant, ce type de procédé d'acquisition est incompatible avec la recherche de base de données classique, et donc peut empêcher la découverte de peptides modifiés inconnus.
Lysine acétylation (+ 42,011 Da) a été victime de la trimethylation presque isobarique (+ 42,047 Da) en utilisant haute résolution MS acquisition (> 30 000). En outre, l'acétylation est plus hydrophobe que trimethylation, conduisant à élution de peptides acétylés plus tard que ceux triméthylés respectifs. La forme non modifiée du même peptide est élué plus tard encore, en raison du fait que la lysine est propionylated. En résumé, l'ordre d'hydrophobie pour un peptide avec un site modifiable est di- et Trimethylated
CSEh ont montré une nette diminution des peptides acétylés lorsqu'ils sont stimulés pour la différenciation (figure 6A et 6B). Ce ne fut pas surprenant que les résultats précédents ont rapporté acétylation supérieur en CES par rapport à ceux de différenciation 25,reflétant la nature généralement permissive de la chromatine pluripotentes. En se concentrant sur l' histone H3, 35 formes modifiées différentes ont été quantifiées (Figure 6C). Cependant, tous les proteoforms histones qui peuvent être étudiés avec cette approche sont plus de 200, y compris toutes les variantes des histones et des modifications de faible abondance (données non présentées). En outre, notre analyse a montré que la reproductibilité élevée peut être obtenue entre les réplicats techniques, comme en témoigne la petite taille des barres d'erreur représentant (± écart type). Pris ensemble, cette section décrit comment extraire l'abondance relative des histones modifiées peptides en utilisant des données NLC-MS.
Figure 1:. Workflow pour MS / MS Histone Analyse Bottom-up Les dix étapes pour l' analyse de l' histone sont présentés, y compris une estimation du temps nécessaire pour chaque étape. Le numéro de section est indiquée entre parenthèses comme présent dans le manuscrit. Section 5, décrivant le fractionnement des échantillons pour isoler les différentes variantes d'histones, peut être omis , sauf si il y a un besoin pour une analyse très sensible d'une variante donnée. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 2: phase inverse de débit élevé LC pour la variante Fractionnement et des histones Coomassie Gel (A) Chromatogramme LC-UV qui représente la séparation histone intacte.. des variants de l'histone H3 peuvent être distingués les uns des autres en fonction de leur temps d'élution. Fractions peuvent être collectées soit manuellement ou en utilisant un collecteur de fractions automatisé. (B) Coomassie gel de trois répétitions de la purification de l' histone.= "Https://www.jove.com/files/ftp_upload/54112/54112fig2large.jpg" target = "_ blank"> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3:. Making of Stage-basculement fiche avec une pointe de pipette P1000, poinçon un disque en C 18 matériau à partir d' un disque d'extraction en phase solide (deuxième panneau). Le minidisque restera dans la pointe (panneau du milieu), de sorte qu'il peut être poussé dehors dans une pointe de pipette plus petit P100 / 200 en utilisant toute sorte de petit capillaire. Dans cet exemple, nous avons utilisé un diamètre extérieur des tubes de silice fondue de 700 pm. Le minidisque devrait être poussé vers le bas de la pointe de la pipette P100 / 200 jusqu'à ce qu'il ne peut pas aller plus loin (dernier panneau). La pointe de la scène est prête pour histone dessalage, car il a une capacité suffisante pour conserver suffisamment de matériau d'échantillon pour de nombreuses répétitions. Plus précisément, un minidisque est suffisant pour 15 - 20 pg de sample. Si plus échantillon est nécessaire, plusieurs disques peuvent être emballés sur un autre. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4:. Représentation schématique du PDD et DIA Méthodes Lors de l' utilisation du PDD, le cycle MS scan se caractérise par la sélection séquentielle des ions précurseurs pour MS / MS fragmentation en fonction de leur intensité et de l' état de charge. Une fois qu'un ion précurseur a été fragmenté est placé dans une liste d'exclusion pour éviter la sélection répétitive du même peptide, de sorte que la sclérose en plaques peut "dig" en signaux moins abondants. Cette méthode d'acquisition est la technique de choix en protéomique pour le mode de détection. Quantification est obtenue en intégrant le signal de balayage complet d'un ion donné à côté des MS identifiés /spectre MS. Dans DIA, toute la gamme m / z est fragmenté à chaque cycle. Cette approche est moins approprié pour le mode de détection, mais il produit un profil chromatographique de tous les ions, des précurseurs et des produits. Cela conduit à une quantification plus confiante et la discrimination des formes isobares. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 5: Quantification de isobariques Peptides (A) Exemple de deux peptides isobares couramment abondantes dans l' analyse de l' histone.. Le chromatogramme ionique extrait (XIC) de leur masse précurseur et isotopes relatifs (ci-dessus) est identique. Cependant, le XIC des ions produits (ci-dessous) permet de discriminer les deux formes isobares. Notamment, les ions fragments seulement uniques devraient nous êtreed pour estimer l'abondance relative des deux espèces. (B) Représentation des ions de fragments uniques pour les deux peptides décrits (en rouge). (C) Liste des peptides couramment analysés dans Homo sapiens ayant au moins un équivalent isobarique. Séquence des variantes entre les peptides histones énumérés sont indiqués. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 6: Les résultats représentatifs de cellules souches embryonnaires humaines avec et sans traitement acide rétinoïque (A) la quantification relative du peptide histone H3 KQLATKAAR (aa 18-26) dans toutes ses proteoforms modifiés.. L'abondance relative a été estimée en utilisant tous les proteoforms 100% (relpourcentage ative du peptide non modifié est non montré) (B) , la quantification relative du peptide de l' histone H3 KSTGGKAPR (aa 9 -.. 17) , (C) de l' abondance relative des peptides détectés pour canonique histone H3 avec et sans traitement des cellules avec de l' acide rétinoïque. Le chiffre indique dans lequel des deux traitements les modifications données sont plus abondantes (> 50%). Dans l' ensemble, nous démontrons que l' histone H3 acétylation diminue dans la plupart des résidus de lysine sur l' induction de la différenciation cellulaire. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Solution # | Composition | ||||||
1 | Isolation nucléaire Buffer (NIB) stock est effectué comme suit et conservé congelé en aliquotes de 100 ml à -20 ° C; décongeléNIB peut être conservé à 4 ° C pendant quelques semaines: Tris 15 mM, 60 mM KCl, 15 mM de NaCl, 5 mM de MgCl2, 1 mM de CaCl2 et 250 mM de saccharose. Le pH du tampon est ajusté à 7,5 avec du HCl. | ||||||
2 | Les inhibiteurs de protéase (ajouter des frais aux tampons avant utilisation): 1 M dithiothréitol (DTT) dans ddH 2 O (1,000x); MM AEBSF 200 en ddH 2 O (400x) | ||||||
3 | inhibiteur de la phosphatase (ajouter frais à des tampons avant utilisation): 2,5 uM Microcystine dans 100% d'éthanol (500x) | ||||||
4 | inhibiteur de HDAC (ajouter frais à des tampons avant utilisation): 5 butyrate de sodium M, faites par titration de l'acide 5 M butyrique en utilisant NaOH à pH 7,0 (500x) | ||||||
5 | NP-40 alternatif: 10% v / v dans ddH 2 O | ||||||
6 | 0,2 MH 2 SO 4 dans ddH 2 O | ||||||
7 | L' acide trichloroacétique (TCA): 100% p / v dans ddH 2 O | ||||||
8 | Acétone + 0,1% d'acide chlorhydrique (HCl): 0,1% v / v de HCl dans de l'acétone |
Tableau 1. Solutions.
Le protocole décrit ici est optimisé tenant compte des coûts, le temps et la performance. D'autres préparations sont possibles, mais ils ont des limites, en particulier dans le cas de couplage avec l'analyse MS. Par exemple, le protocole d'extraction riche en sel peut être utilisé pour purifier histones 26 au lieu de la précipitation de TCA (section 3). protocole haut-sel est intrinsèquement plus doux, car il ne pas utiliser un acide fort. Ceci préserve PTM labiles aux acides et augmente le rendement des histones extraites, comme précipitation au TCA coprécipités de nombreuses autres protéines de liaison à la chromatine. Cependant, l'extraction riche en sel conduit à des échantillons contenant du sel trop concentré pour HPLC-MS / MS. Dans une autre préparation, histone digestion peut être effectuée sans propionylation (section 6-8), par exemple en réduisant le temps d'incubation de la trypsine et le rapport enzyme / substrat 27 ou en utilisant argc que la digestion enzymatique 28-30. Cependant, dérivatisation avec l'anhydride propionique est recommandé, comme iT conduit à la génération de peptides hydrophobes, qui sont mieux conservées au cours de la chromatographie liquide.
Pour dérivatisation chimique, une variété d'anhydrides d'acides organiques ont été évalués et leurs mérites globalement discuté 18. Néanmoins, l'anhydride propionique avéré le meilleur compromis entre l'efficacité, les produits secondaires minimisés et l'amélioration de l'hydrophobie de peptide. Potentiellement, l'anhydride propionique peut être acheté sous forme isotopiquement marquée; cela permet une analyse de multiplexage en raison de la possibilité de mélanger plusieurs échantillons et de discriminer les au niveau MS sur la base des différentes masses imparties de l'étiquette lourde. Cependant, cette analyse conduit à une complexité accrue du chromatogramme CL-SM et réduit la quantité d'échantillon qui peut être injecté pour chaque condition unique.
À cet égard, certains aspects critiques du protocole devraient être mis en évidence. Ce qui suit doit être utilisé comme checklist pour trouver des erreurs dans l'exécution de la procédure en cas on obtient des résultats négatifs. Tout d'abord, après la précipitation des noyaux le culot doit être soigneusement lavé avec NIB sans NP-40 Alternative (article 2.10) jusqu'à l'élimination complète du détergent (visible par l'absence de bulles pendant le mélange). Ne pas le faire pourrait compromettre l'extraction des histone avec des acides. Deuxièmement, après précipitation histone avec TCA (section 3.9) lavages du culot avec de l'acétone est crucial. Présence d'acide concentré nuirait à l'étape suivante si propionylation et la digestion (section 6.1) sont directement effectués. Il serait pas problématique en cas histone fractionnement est effectué (section 5). Troisièmement, il est essentiel que la réaction de propionylation est effectuée rapidement (section 06.03 au 06.07). Pour ce faire, évitez d'utiliser le même mélange de propionylation (anhydride propionique + acétonitrile) pendant plus de 3 - 4 échantillons consécutifs. En outre, le pH est l'aspect le plus important de la digestion par la trypsine (section 7). Si nonautour de 8,0 (7,5 à 8,5), la digestion sera inefficace. Cela peut se produire, comme l'échantillon sera riche en acide propionique à cette étape. NH 4 OH peut être ajouté jusqu'à ce que nécessaire. En outre, pour les chercheurs familiers avec les flux de travail de la protéomique, il se sentira normale pour acidifier l'échantillon de mettre fin à la trypsine digestion. Cela ne devrait pas être fait, car il mettra en péril la réaction suivante, à savoir, propionylation du peptide N-terminales (section 8.1). Enfin, dans le même numéro, il est important de se rappeler pour l'analyse des données que les peptides non modifiés ne sont pas réellement non modifié; tous les résidus de lysine libre et N-terminales seront occupés par propionylation (56,026 Da). Ainsi, la réalisation d'une chromatographie d'extraction d'ions de la masse correspondant de manière unique à la séquence peptidique conduirait à aucun résultat.
Les limitations de la méthode sont principalement liés à l'incapacité de détecter PTM combinatoires, en raison des séquences peptidiques courtes et les biais dans la réalisation de la vraie abundanse d'une modification, due au fait que les peptides de différentes formes modifiées peuvent ioniser avec des rendements différents. Le premier problème peut être résolu en combinant cette technique avec une baisse moyenne ou une approche top-down (revue dans 16). Ce type d'analyse, même si cela est techniquement plus difficile, est idéal pour étudier les fréquences de co-existence de modifications. En outre, il permet une meilleure discrimination des variants d'histones, qui ne peuvent pas toujours être obtenus avec bottom-up car certains peptides ont la même séquence dans différentes variantes d'histones. La deuxième question, liée à l'efficacité d'ionisation, peut être résolu en utilisant une bibliothèque de peptides synthétiques 31. Cette approche permet une estimation plus précise de l'abondance relative des PTM histones. Cependant, dans la plupart des expériences, le résultat souhaité est l'évolution relative des modifications données entre les conditions analysées. Dans ce cas, une telle correction est pas nécessaire, en raison du fait que tous les échantillons ont les mêmes bias.
En conclusion, ce protocole permet l'analyse des PTM histones qui peut être complété en 3 jours en utilisant nCL couplé tandem MS. Les comparaisons avec d' autres techniques que MS, à savoir, en utilisant des stratégies d'anticorps à base tel que discuté dans l'introduction, ne sont pas adaptés, car ils ne peuvent pas atteindre même près de ce niveau de débit. En outre, des techniques à base d'anticorps ne permettent pas la découverte de nouvelles modifications, mais elles sont basées exclusivement sur la confirmation et la quantification des marques prévues. Nous pensons donc que la protéomique bottom-up sur les peptides histones va gagner en popularité dans les laboratoires de protéomique en raison des avantages intuitifs à connaître la réglementation des marques des histones, qui sont les protagonistes de l'expression des gènes d'accord et donc affecter la régulation du protéome. En outre, le protocole décrit comprend des améliorations récentes dans la préparation des échantillons et des logiciels d'analyse de données, ce qui rend l'analyse des histone plus trivial aussi pour laboratories qui n'a jamais connu la caractérisation de ce type de peptides hypermodified.
Les auteurs déclarent qu'ils ont aucun intérêt financier concurrents.
Ce travail a été soutenu financièrement par des subventions des NIH (DP2OD007447, R01GM110174 et R01AI118891).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Trypsin 0.25% EDTA | Invitrogen | 25200056 | For harvesting cells |
PBS | Invitrogen | 14200075 | |
Tris | Roche | 77-86-1 | |
Potassium Chloride | Fisher Scientific | BP366-500 | |
Sodium Chloride | Sigma | S9888 | |
Magnesium Chloride hexahydrate | Sigma | M9272 | |
Calcium Chloride, anhydrous | Sigma | C1016 | |
Sucrose | Fisher Scientific | BP220-1 | |
DTT | Invitrogen | 15508-013 | |
AEBSF | EMD Millipore Corp | 101500 | |
Microcystin | Sigma | M4194 | |
Sodium Butyrate | Sigma | B5887 | |
Halt Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail, EDTA-free (100X) | Fisher Scientific | 78445 | |
NP-40 Alternative | CALBIOCHEM | 492016 | |
Sulfuric Acid, ACS grade | Fisher Chemical | 7664-93-9 | |
Trichloroacetic acid | Sigma | T6399 | |
Acetone | Sigma | 179124 | |
HCl | Fisher Chemical | A144-500 | |
Bradford reagent | Biorad | 500-0006 | |
30% acrylamide/bis 29:1 -- 500ml | Biorad | 1610156 | |
Coomassie | Fisher Scientific | 20278 | |
C18 Column (5um) 2.1mm x 250mm | Grace | 218TP52 | |
C18 Column (5um) 4.6mm x 250mm | Grace | 218TP54 | |
HPLC grade acetonitrile | Fisher Chemical | A955-4 | |
HPLC grade water | Fisher Scientific | W6 4 | |
TFA | Fisher Scientific | A11650 | |
Ammonium Bicarbonate | Sigma | A6141 | |
ammonium hydroxide | Sigma | 338818 | |
propionic anhydride | Sigma | 240311 | |
Sequencing grade modified trypsin | Promega | PRV5113 | For digesting histones for MS |
Acetic Acid | Sigma | 49199 | |
C18 extraction disk | Empore | 2215 | |
Formic Acid | Sigma | F0507 |
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