Method Article
ספקטרומטריית מסה הוכיחה להיות כלי רב ערך עבור ניתוח מערכות חלבון גדול. שיטה זו מאפשרת תובנות אדריכלות, הרכב stoichiometry הכוללת של למקטע רב מכלולים. כאן, אנו לתאר, שלב אחר שלב, כיצד לבצע ניתוח מבניות ספקטרומטריית מסה, ולאפיין מבנים macromolecular.
תאים חיים מלאה לווסת את התהליכים הביולוגיים שלהם באמצעות פעולה מתואמת של מספר רב של חלבונים להרכיב את עצמם לתוך מערך דינמי, חלבון רב מתחמי 1. כדי להשיג הבנה מכניסטית של תהליכים תאיים שונים, חשוב לקבוע את המבנה של קומפלקסים חלבונים כאלה, חושפים כיצד ארגון המבני שלהם מכתיב את תפקידם. היבטים רבים של חלבון רב קומפלקסים, עם זאת, קשה לאפיין, בשל אופי הטרוגני שלהם, מבנה אסימטרי, ואת הדינמיקה. לכן, גישות חדשות נדרשות ללימוד ברמות שלישוני של הארגון חלבון.
אחד הכלים המתפתחים הביולוגיה המבנית לניתוח מתחמי macromolecular הוא ספקטרומטריית מסה (MS) 2-5. שיטה זו מניבה מידע על הרכב החלבון מורכב, stoichiometry למקטע, ועל טופולוגיה מבניים. כוחה של MS נובעת הרגישות הגבוהה שלה, כמו דרישה, תוצאה מדגם נמוך, המאפשר בחינה של קומפלקסים חלבונים לידי ביטוי ברמות אנדוגני. יתרון נוסף הוא מהירות של ניתוח, המאפשר ניטור של תגובות בזמן אמת. יתר על כן, הטכניקה יכולה בעת ובעונה אחת למדוד את המאפיינים של אוכלוסיות נפרדות שיתוף הקיים בתערובת.
כאן אנו מתארים פרוטוקול מפורט עבור היישום של MS מבניים ניתוח של מכלולים חלבון גדול. ההליך מתחיל עם הכנת מצופה זהב נימים עבור יינון electrospray nanoflow (nESI). לאחר מכן הוא ממשיך עם הכנת המדגם, תוך שימת דגש על התנאים חיץ אשר אמור להיות תואם nESI מצד אחד, ולאפשר לקיים קומפלקסים שלמים, מצד שני. לאחר מכן, אנו להסביר, צעד אחר צעד, כיצד לייעל את תנאי הניסוי עבור מדידות מסה גבוהה לרכוש MS ו-MS טנדם ספקטרה. לבסוף, אנו בתרשים עיבוד נתונים וניתוחים הבאים. במקום לנסות לאפיין כל היבט של מכלולים חלבון, פרוטוקול זה מציג נהלים בסיסיים של MS, מה שמאפשר ביצוע ניסויים MS ו MS / MS על הלא קוולנטיים קומפלקסים. בסך הכל, המטרה שלנו היא לספק לחוקרים בקיא בתחום MS מבניים, עם הידע של כלי ניסיוני העיקרי.
חלק 1: הכנת מצופה זהב נימים עבור יינון electrospray nanoflow
אנליזה של הלא קוולנטיים מתחמי מבוצע בדרך כלל באמצעות יינון electrospray nanoflow (nESI) 6, באמצעות זכוכית קוורץ או נימים שהיו משך עד קצה קנס (~ 1 מיקרומטר קוטר פנימי), וכן מצופה בחומר מוליך (בדרך כלל זהב) . נימים כאלה זמינים מוכן לשימוש ממקורות מסחריים (מטרה חדשה או Proxeon), אולם זה יכול להיות יותר יעיל וחסכוני להכין אותם בתוך הבית:
צעד | חום | משוך | Vell | זמן |
1 | 750 | - | 15 | 80 |
2 | 700 | - | 15 | 50 |
3 | 750 | 200 | 20 | 80 |
חלק 2: הכנת המדגם
חלק 3: כיול ספקטרומטר מסה למדידות מסה גבוהה
רוב הניסויים שנערכו על חלבון רב מתחמי מבוצעות באמצעות ננו electrospray quadrupole בזמן של הטיסה (Q-TOF) מכשיר. מומלץ להשתמש במסנן מסה quadrupole מותאם בתדרים נמוכים, כדי לאפשר שידור המוני ניתוח של יונים עם ערכים גבוהים מ / z 7,8. זהמומלץ גם כי פתחי הכניסה גז 7,8 או שרוולים 9 יתווספו המכשיר במדריך יון הראשון, כדי לאפשר לשלוט בלחץ בשלב ואקום הראשון. זו האחרונה מאפשרת אופטימיזציה של שידור, ואת desolvation של יונים גדולות מאוד 7-9. נכון לעכשיו, מסחרי ESI-TOF ו-Q-TOF מכשירים זמינים מיצרנים שונים (למשל, ווטרס, SCIEX, Bruker, או Agilent), אשר ניתן לשנות בקלות יחסית וחסכונית, עבור ילידי יישומי MS 7,8. יתכן, עם זאת, להשתמש תקן תצורות תוף או QToF על מכשירים כגון LCT או QToF1 (ווטרס) לרכישת ספקטרום המונית מתחמי עד 1 מד"א, ללא צורך בשינויים בחומרה 5.
פרוטוקול המפורטים להלן נערך על מכשיר Synapt (ווטרס).
חלק 4: ניתוח MS של קומפלקסים חלבונים שלמים
חלק 5: טנדם ספקטרומטריית מסה: חלבון מתחמי dissociating
חלק 6: עיבוד וניתוח נתונים
חלק 7: תוצאות נציג
באיור 1. הכנת מצופה זהב ננו electrospray נימים.
א לצרף שני דו צדדית רצועות דבק כדי בצלחת פטרי, 2 ס"מ זה מזה. כדי לתמוך נימים מוכן, במקום מוט זכוכית (8 ס"מ x 5 מ"מ) במרכזה של אחת הרפידות. B. סטיק את הצד הקהה של הנימים מוכן משטח דביק, ולהישען על קצה מוט הזכוכית. ג לאחר צלחת פטרי מלאה הנימים מוכן, מעיל אותם עם זהב עד שכבה דקה של זהב מופקד באופן שווה על פני השטח החיצוניים של נימי דם.
איור 2. מסה כיול גבוהים באמצעות יוני יודיד צזיום.
אשכולות גדולים monisotopic של CSI הפכו אותו למתחם של בחירה עבור כיול ספקטרומטרים המונית לניתוח מסה גבוהה. סדרת פסגות ברווחים שווים משתרעים על פני טווח רחב, החל מ '/ z 393 ליותר מ -10,000. הם assigנד טעונה ביחידים אשכולות מלח הרכב הכללי (CSI) n + Cs. אותות נוספים בין הפסגות הגדולות נגרמות על ידי זנים כפולה ו משולשת טעונה הסדרה: [(CSI) n CS2] 2 + ו [(CSI) n CS3] 3 +, בהתאמה. הגדלת הלחץ בשלב ואקום הראשונית היא חיונית לאיתור מקבצים מסה גבוהה. השפעת הלחץ על הפסגות מסה גבוהה הפגינו פאנלים. ו-B. עם readbacks הלחץ של 1.2 ו - 5.3, בהתאמה. ג. הרחבת ספקטרום המונית מופיע בצד B.
איור 3. Nanoflow electrospray ספקטרה המונית של לקטינים pentameric.
א ספקטרומטריית מסה של מורכבות גרסה לקטינים (הנגזרות B7-Lib1 על ידי אבולוציה מכוונת 18) מעורר מדינה הפצות תשלום בין 3000 ו - 5000 מ '/ z, אולם בשל desolvation לקוי של היונים, הפסגות רחבות. השוואה של לוח א 'וב' להראות את ההשפעה של הגדלת מתח הטיה של 4V (.) ל 15V (B). על רוחב השיא. עלייה זו גורמת להאצת התנאים הפשטת מים שיורית ורכיבים חיץ, מניב קשת החליטה ביותר. המסה נמדדת (60,240 ± 38 דא) מורכב מתאים pentameric. ג המדינה 15 תשלום נבחרה ואז במקביל MS ניתוח (מוצל באפור בלוח ב '.) ד. הגידול אנרגיה התנגשות גורם לשחרור של מונומר טעונה מאוד, מרוכז ב 1664 מ '/ z, ו מורכב tetrameric הפשיטו, בטווח של 5,000 - 8,000 מ' / z. כל ספקטרום התקבלו ממדגם המכיל 20 מיקרומטר של פתרון אמוניום אצטט 0.5m.
כדי להשיג תשומת לב גבוהה ספקטרה איכות צריכה להינתן על הכנת הצעדים מדגם, הכוללים ריכוז מדגם וחילופי חיץ. במהלך דגימות בדילול תניב אות נמוך, ואילו דגימות מרוכז מאוד יכול להיות צמיגה למדי, לחסום את המחט electrospray. יתר על כן, הפתרון תוספים כגון מלחים, גליצרול, חומרי ניקוי, יונים של מתכות, וסוכני צמצום (DTT או β-mercaptoethanol), נוטים לדבוק המשטח החיצוני של החלבונים, ולגרום הרחבת הפסגות. לכן, על מנת להשיג היטב החליטה פסגות, רכיבים אלה יש להוסיף את הריכוזים הנמוכה ביותר האפשרית.
פרמטר נוסף הוא מפתח את המיקום של nanoflow הנים, ביחס פתח ספקטרומטר מסה. למצוא את "הנקודה המתוקה" עשוי להיות מאתגר עבור משתמשים לא מנוסים, ובכל זאת, זה משפיע באופן משמעותי את האיכות של הספקטרום. חשוב גם לבחון nanoflow נימי לפני תחילת תרסיס. גודל טיפה היא פונקציה של קוטר קצה, אשר אמור להיות ~ 1μm. טיפות קטנות להוביל יינון יעיל יותר, ולכן הוא יהיה יתרון. חשוב גם כדי לאמת שאין בועות אוויר בתוך נימי שיכול לחסום את זרימת, וכי ציפוי זהב לא הפשיטו מן נימי במהלך הרכישה, אם כך, עוד לקצץ את קצה. זכור כי כמות מוגזמת של מדגם יגדיל את האפשרות של תנאי אופטימיזציה MS כגון מתח נימי, מתח מאיץ, לחץ, אנרגיה התנגשות.
ככלל, הליכי הסביר בפרוטוקול שימשו כדי לקבוע את ההרכב, stoichiometry ואדריכלות של קומפלקסים חלבונים רבים (ראו ביקורות 2,3,4). ניתוח של קומפלקסים גדולים של מד"א, כמו הריבוזום 19 ו capsids וירוס הורה מאוד 20-22, בהגדרת המצע מחייב מכונות מולקולריות 23-25, או אפיון של רשתות אינטראקציה למקטע 26,17,16,17,27,28 לשמש אבל כמה דוגמאות של הערך של גישה זו.
המחברים מודים לחברי הקבוצה שרון סקירה ביקורתית שלהם, על תרומתם כתב היד. אנו אסירי תודה על התמיכה של תוכניות מורשה ו ביכורה, הקרן הלאומית למדע (מענק מס '1823-1807 ו - 378/08), יוסף כהן מרכז מינרבה לחקר Biomembrane, עמיתי משפחת צ'ייס תכנית מדענים בניו, אברהם וסוניה Rochlin קרן; האמון משפחת וולפסון הצדקה; הלן מילטון א קימלמן המרכז מבנה Biomolecular ו העצרת; הנדל"ן של שלמה סבין Beirzwinsky; Meil דה בוטון Aynsley, וקארן סיאם, בריטניה. אנו מודים דן תופיק ואיתמר ידיד שנתן לנו את המדגם גרסה לקטינים.
לדוגמה דרישות:
מדגם | דרישה | תגובות |
נפח | 1-2 μL | לכל נימי |
ריכוז | 1-20μM | לפי מורכבות |
חוצץ | חיץ Aquanos נדיפים כגון אמוניום אצטט ב-pH = 6-8 | בדרך כלל 5 MM-1M |
דטרגנט | מינימלי | אשכולות של מולקולות חומר ניקוי לייצר פסגות רחב פתור |
גליצרול | מינימלי (עד 5%) | שומרת nonspecifically לחלבונים, וכתוצאה מכך, פסגות רחב נצפות |
ממיסים אורגניים | עד 50% | אולי לפגל קומפלקסים חלבונים |
חומצות | עד 4% | חלבון מתחמי לפגל |
מלחים | מינימלי | Adducts מלח להוביל פסגות רחב פתור |
DTT | מינימלי | מיקרומטר 1-2 יכול להיות נוכח |
סוכני chelating | מינימלי | מעל 250 מיקרומטר להוביל להיווצרות adduct נרחב |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved