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Method Article
marquage isotopique de précurseur combiné et le marquage isobare (cPILOT) est une stratégie de protéomique quantitative qui améliore les capacités de multiplexage échantillon d'étiquettes isobares. Ce protocole décrit l'application de cPILOT aux tissus à partir d'un modèle de souris de la maladie d'Alzheimer et les contrôles de type sauvage.
Il y a une demande de plus en plus d'analyser de nombreux échantillons biologiques pour la compréhension des maladies et la découverte de marqueurs biologiques. stratégies protéomiques quantitatives qui permettent la mesure simultanée de plusieurs échantillons se généralisent et réduire considérablement les coûts expérimentaux et les temps. Notre laboratoire a développé une technique appelée précurseur combinée marquage isotopique et de marquage isobarique (cPILOT), ce qui améliore l'échantillon multiplexage de marquage isotopique traditionnel ou des approches de marquage isobares. cPILOT globale peut être appliquée à des échantillons provenant de cellules, des tissus, des fluides corporels ou des organismes entiers et donne des informations sur les abondances de protéines différentes conditions relatives à travers l'échantillon. cPILOT fonctionne en 1) en utilisant des conditions de tampon à faible pH pour sélectivement peptide dimethylate N-terminales et 2) en utilisant des conditions de tampon à pH élevé pour étiqueter des amines primaires des résidus lysine avec des réactifs isobares disponibles dans le commerce (voir le tableau des Matériaux / réactifs). Le degré demultiplexage d'échantillons disponibles dépend du nombre d'étiquettes précurseurs utilisés et le réactif de marquage isobare. Nous présentons ici une analyse 12-plex en utilisant la lumière et déméthylation lourde combinée à six plex réactifs isobares pour analyser 12 échantillons de tissus de souris en une seule analyse. multiplexage amélioré est utile pour réduire le temps et le coût expérimental et plus important encore, ce qui permet la comparaison entre les nombreuses conditions d'échantillons (biologiques, réplicats stade de la maladie, les traitements médicamenteux, génotypes, ou points de temps longitudinaux) avec biais moins expérimental et d'erreurs. Dans ce travail, l'approche globale de cPILOT est utilisé pour analyser le cerveau, le cœur et les tissus du foie à travers réplicats biologiques à partir d'un modèle de souris de la maladie d'Alzheimer et les contrôles de type sauvage. Mondial cPILOT peut être appliquée à l'étude d'autres processus biologiques et adapté pour augmenter le multiplexage de l'échantillon à plus de 20 échantillons.
Proteomics implique souvent l'analyse de nombreux échantillons utilisés pour mieux comprendre les processus de la maladie, la cinétique enzymatique, les modifications post-traductionnelles, réponse aux stimuli environnementaux, la réponse aux traitements thérapeutiques, la découverte de biomarqueurs, ou les mécanismes de la drogue. Les méthodes quantitatives peuvent être utilisées pour mesurer les différences relatives dans les taux de protéine à travers les échantillons et peut être sans étiquette ou comporter un marquage isotopique (métabolique, chimique ou enzymatique). méthodes d'étiquetage des isotopes stables ont gagné en popularité car ils permettent de nombreux échantillons à analyser simultanément et conviennent à des échantillons de différentes cellules, des tissus, des fluides corporels ou des organismes entiers. Méthodes marquage isotopique 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 augmenter le débit expérimental,tout en réduisant le temps d'acquisition, les coûts et l'erreur expérimentale. Ces méthodes utilisent des spectres de masse précurseur pour mesurer les abondances relatives des protéines à partir des pics peptidiques. Au contraire, les réactifs de marquage isobares 8, 9, 10 génèrent des ions rapporteurs qui sont soit détectés dans MS / MS ou MS 3 11 spectres et ces pics sont utilisés pour rendre compte des abondances relatives des protéines.
L'état actuel de l'art dans le multiplexage de la protéomique est soit un 10-plexe 12 ou 12-plexe analyse de balise isobare 13. Multiplexage d'échantillon amélioré (c. -à > 10 échantillons) méthodes ont été développées par notre laboratoire pour les tissus 14, 15, 16, 17, et par d' autres pour l'analyse des cellules 18 sup>, 19, 20, 21 tissus, ou des peptides cibles 22. Nous avons développé une technique de multiplexage amélioré appelé marquage isotopique précurseur combiné avec le marquage isobarique (de cPILOT). CPILOT mondiale est utile pour obtenir des informations sur les concentrations relatives de toutes les protéines à travers différentes conditions d'échantillon (≥12) 14. La figure 1 montre un flux de production cPILOT général. Trypsiques ou peptides Lys-C sont marqués sélectivement à l'extrémité N-terminale avec diméthylation en utilisant un faible pH 2 et au niveau des résidus de lysine de 6-plex réactifs en utilisant un pH élevé. Cette stratégie double le nombre d'échantillons qui peuvent être analysés avec des réactifs isobares ce qui contribue à réduire les coûts expérimentaux et, en outre, réduit les étapes expérimentales et de temps.
cPILOT est flexible que nous avons développé d'autres méthodes pour étudier l'oxydation modi post-traductionnellefications, y compris les protéines modifiées 3-nitrotyrosine-14 et les peptides contenant des cystéines avec S-nitrosation (oxcyscPILOT) 23. Nous avons également mis au point une approche sélective d' acides aminés, cPILOT cystéine (cyscPILOT) 17. Acquisition MS 3 avec un haut-ion ou 11-y sélective 1 d' ion de procédé 15 peut aider à réduire l' interférence d'ions rapporteur et d' améliorer la précision quantitative des cPILOT. L'utilisation de MS 3 dans le procédé d'acquisition nécessite un instrument à haute résolution avec un analyseur de masse Orbitrap bien que les instruments de piégeage d'ions à basse résolution peuvent également travailler 24.
Auparavant, cPILOT a été utilisé pour étudier les protéines du foie à partir d' un 16 modèle de souris de la maladie d'Alzheimer. Nous décrivons ici comment effectuer une analyse globale de l'aide cPILOT cerveau, le cœur, et homogénats de foie pour étudier le rôle de la periphery dans la maladie d'Alzheimer. Cette expérience intègre la réplication biologique. En raison de la polyvalence des cPILOT, les utilisateurs intéressés peuvent utiliser la technique pour étudier d'autres tissus pour une série de problèmes biologiques et des systèmes.
Déclaration d'éthique: Les souris ont été achetés auprès d'un institut de recherche indépendant, biomédicale à but non lucratif et logés dans la Division des ressources animales de laboratoire à l'Université de Pittsburgh. Tous les protocoles animaux ont été approuvés par le Comité de protection des animaux et l'utilisation des institutions à l'Université de Pittsburgh.
1. extraction des protéines et la production de produits chimiques pour Peptides marquage
3. Exemple de dessalage
4. diméthylation d'étiquetage (N-terminales)
5. isobare étiquetage (résidus Lys)
6. Échange de Cation forte
7. Chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem (LC-MS / MS) et MS 3
8. Analyse des données 16
cPILOT utilise la chimie à base d'amine de peptides chimiquement de l'étiquette à l'extrémité N-terminale et les résidus de lysine et améliore les capacités de multiplexage d'échantillons. La figure 2 montre des données représentatives de MS qui est obtenu à partir d' une analyse de cPILOT 12-Plex du cerveau, le cœur et les tissus du foie à partir d' un modèle de souris de la maladie d'Alzheimer et les contrôles de type sauvage...
cPILOT permet la mesure simultanée de plus de 12 échantillons uniques. Afin d'assurer le marquage avec succès à la fois l'extrémité N-terminale et les résidus lysine de peptides, il est impératif d'avoir le pH correct pour chaque ensemble de réactions et d'effectuer la réaction de diméthylation première pour le marquage des peptides. diméthylation sélective à l'extrémité N-terminale est réalisée en ayant un pH à ~ 2,5 (± 0,2). Ceci est obtenu en tirant parti des différences de p...
Les auteurs ont aucun conflit d'intérêts.
Les auteurs reconnaissent l'Université de Pittsburgh Fonds de démarrage et NIH, NIGMS R01 subvention (GM 117191-01) à RASR.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Water - MS Grade | Fisher Scientific | W6-4 | 4 L quantity is not necessary |
Acetonitrile - MS Grade | Fisher Scientific | A955-4 | 4 L quantity is not necessary |
Acetic Acid | J.T. Baker | 9508-01 | |
Ammonium hydroxide solution (28 - 30%) | Sigma Aldrich | 320145-500ML | |
Ammonium formate | Acros Organics | 208-753-9 | |
Formic Acid | Fluka Analytical | 94318-250ML-F | |
BCA protein assay kit | Pierce Thermo Fisher Scientific | 23227 | |
Urea | Biorad | 161-0731 | |
Tris | Biorad | 161-0716 | |
Dithiothreiotol (DTT) | Fisher Scientific | BP172-5 | |
Iodoacetamide (IAM) | Acros Organics | 144-48-9 | |
L-Cysteine | Sigma Aldrich, Chemistry | 168149-25G | |
L-1-tosylamido-2 phenylethyl cholormethyl ketone (TPCK)-treated Trypsin from bovine pancreas | Sigma Aldrich, Life Science | T1426-100MG | |
Formaldehyde (CH2O) solution; 36.5 - 38% in H2O | Sigma Aldrich, Life Science | F8775-25ML | |
Formaldehyde (13CD2O) solution; 20 wt % in D2O, 98 atom % D, 99 atom % 13C | Sigma Aldrich, Chemistry | 596388-1G | |
Sodium Cyanoborohydride; reagent grade, 95% | Sigma Aldrich | 156159-10G | |
Sodium Cyanoborodeuteride; 96 atom % D, 98% CP | Sigma Aldrich, Chemistry | 190020-1G | |
Strong Cation Exchange (SCX) spin tips sample prep kit | Protea BioSciences | SP-155-24kit | |
Triethyl ammonium bicarbonate (TEAB) buffer | Sigma Aldrich, Life Science | T7408-100ML | |
Isobaric Tagging Kit (TMT 6 plex) - 6 reactions (1 x 0.8 mg) | Thermo Fisher Scientific | 90061 | |
Hydroxylamine hydrochloride | Sigma Aldrich, Chemistry | 255580-100G | |
Standard vortex mixer | Fisher Scientific | 2215365 | any mixer can be used |
Oasis HLB 1 cc (10 mg) extraction cartridges | Waters | 186000383 | These are C18 cartridges |
Visiprep SPE vacuum manifold, DL (disposable liner), 24 port model | Sigma Aldrich | 57265 | A 12 port model is also sufficient |
Speed-vac | Thermo Scientific | SPD1010 | any brand of speed vac is sufficient |
Water bath chamber | Thermo Scientific | 2825/2826 | Any brand of a water bath chamber with controlled temperatures is sufficient. |
Mechanical Homogenizer (i.e. FastPrep-24 5G) | MP Biomedicals | 116005500 | |
Eksigent Nano LC - Ultra 2D with Nano LC AS-2 autosampler | Sciex | - | This model is no longer available. Any nano LC with an autosampler is sufficient. |
LTQ Orbitrap Velos Mass Spectrometer | Thermo Scientific | - | This model is no longer available. Other high resolution instruments (e.g. Orbitrap Elite, Orbitrap Fusion, or Orbitrap Fusion Lumos) can be used. |
Protein software (e.g. Proteome Discoverer) | Thermo Scientific | IQLAAEGABSFAKJMAUH | |
Analytical balance | Mettler Toledo | AL54 | |
Stir plate | VWR | 12365-382 | Any brand of stir plates are sufficient |
pH meter (Tris compatiable) | Fisher Scientific (Accumet) | 13-620-183 | Any brand of a pH meter is sufficient |
pH 10 buffer | Fisher Scientific | 06-664-261 | Any brand of pH buffer 10 is sufficient |
pH 7 buffer | Fisher Scientific | 06-664-260 | Any brand pH buffer 7 is sufficient |
1.5 mL eppendorf tubes, 500 pk | Fisher Scientific | 05-408-129 | Any brand of 1.5 mL eppendorf tubes are sufficient |
0.6 mL eppendorf tubes, 500 pk | Fisher Scientific | 04-408-120 | Any brand of 0.6 mL eppendorf tubes are sufficient |
0.65 µm Ultrafree MC DV centrifugal filter units | EMD Millipore | UFC30DV00 | |
2 mL microcentrifuge tubes, 72 units | Thermo Scientific | 69720 | |
C18 packing material (5 µm, 100 Å) | Bruker | PM5/61100/000 | This item is no longer available from Bruker. Alternative packing material with listed specifications will be sufficient |
C18 packing material (5 µm, 200 Å) | Bruker | PM5/61200/000 | This item is no longer available from Bruker. Alternative packing material with listed specifications will be sufficient |
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