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Method Article
Analisi del proteoma dell'epitelio sensoriale cocleare può essere difficile a causa della sua piccola dimensione e perché le proteine di membrana sono difficili da isolare e identificare. Sia membrana e proteine solubili possono essere identificati dalla combinazione di più metodi di preparazione e le tecniche di separazione con spettrometria di massa ad alta risoluzione.
La proteomica è un approccio comunemente usato che può fornire intuizioni in sistemi biologici complessi. L'epitelio sensoriale cocleare contiene recettori che trasducono l'energia meccanica del suono in energia elettrochimica elaborati dal sistema nervoso centrale e periferico. Diverse tecniche di proteomica sono stati sviluppati per studiare l'orecchio interno cocleare, quali l'elettroforesi bidimensionale differenza gel (2D-DIGE), anticorpo microarray e spettrometria di massa (MS). MS è lo strumento più completo e versatile in proteomica e in concomitanza con metodi di separazione può fornire un proteoma approfondita dei campioni biologici. Metodi di separazione in combinazione con MS ha la capacità di arricchire campioni di proteine, di rilevare a basso peso molecolare e proteine idrofobiche, e identificare le proteine abbondanti bassi riducendo la gamma dinamica proteoma. Diverse strategie di digestione possono essere applicate a tutta lisato o frazionata lisato proteico che permettono di migliorare peptide e proteinacopertura della sequenza. Utilizzazione di diverse tecniche di separazione, comprese forte scambio cationico (SCX), a fase inversa (RP), e elettroforesi frazione intrappolamento liquido gel-eluito (GELFrEE) può essere applicato per ridurre la complessità del campione prima dell'analisi MS per l'identificazione delle proteine.
Proteomica è lo studio di sistemi biologici complessi analizzando l'espressione della proteina, la funzione, modifiche e interazioni 1. Diversi metodi sono stati utilizzati per l'analisi del proteoma dell'orecchio interno, compresi anticorpo microarray 2, gel elettroforesi bidimensionale 3-5, e DIGE 6. Tuttavia, solo un numero limitato di proteine sono state identificate e caratterizzate 2,7-10, rispetto agli oltre 10.000 geni e tag di sequenze espresse (EST) identificati nell'orecchio interno 11,12, MS è la tecnica più utilizzata completo e in proteomica per la caratterizzazione delle proteine. Analisi di campioni di proteomica complesse, come la coclea, può essere difficile. Tuttavia, la combinazione di più tecniche di separazione con MS consente l'identificazione di un maggior numero di peptidi e proteine, a causa di una gamma dinamica aumentata concentrazione e capacità di punta 13. Cromatografia multidimensionalePHY riduce miscele di proteine altamente complesse, consentendo l'uso di differenti meccanismi di adsorbimento. Ci sono due approcci comunemente usati MS analisi del proteoma, fucile e proteomica bottom-up. In proteomica fucile, una miscela di proteine intatte viene digerito enzimaticamente e separati mediante cromatografia multidimensionale con forte cromatografia a scambio cationico (SCX) seguita da cromatografia liquida a fase inversa (RPLC) 14,15. I peptidi separati sono sottoposti a tandem MS e database di ricerca 15. Uno dei principali vantaggi di questa tecnica è che migliaia di proteine possono essere identificati in una singola analisi e la tecnica è più adatto a proteine di membrana.
Nell'approccio bottom-up, miscela proteica è separato, di solito da una o elettroforesi bidimensionale, e le singole bande proteiche o macchie, ritagliare e digerito con un enzima come la tripsina, solitamente con conseguente più peptidi. Tuttavia, un altro più recentely ha sviluppato l'approccio elettroforetico, utilizzato in proteomica bottom-up, è GELFrEE. Questa tecnica fraziona campioni di proteine in fase liquida e li rende meno complessa prima dell'analisi. Questa tecnica è riproducibile, offre elevato recupero di proteine, e riduce la distribuzione delle alte proteine abbondanti in campioni di proteine complesse 16. Peptidi, derivanti da proteine separate, sono analizzati da MS, utilizzando peptide mass fingerprinting o tandem MS (MS / MS), di creare tag di sequenza per database di ricerca 17-19. Alcuni dei principali vantaggi di utilizzare un approccio bottom-up sono la capacità di ottenere separazioni ad alta risoluzione e la copertura completa di proteine. Proteomica bottom-up è la tecnica più utilizzata in proteomica 20, quindi, diversi strumenti di bioinformatica sono disponibili. Inoltre, le proteine possono essere separate in una miscela complessa prima di digestione, per cui vi è una maggiore possibilità di identificazione.
Una delle principali sfideutilizzando l'orecchio interno per l'analisi proteomica è la sua piccola dimensione, accessibilità limitato e tipo di cellula diversità 21. Inoltre, le proteine chiave che contraddistinguono la sua funzionalità, come i canali ionici, trasportatori e recettori sono proteine di membrana, che possono essere difficili da isolare 22. Così, la preparazione del campione filtro assistita (FASP) è vantaggioso per le analisi proteomica di tessuti che sono limitati per l'estrazione di proteine e che richiedono detergenti per solubilizzare le membrane 23. Questo filtro permette l'analisi MS di membrana e proteine solubili e per la capacità di isolare peptidi da contaminanti a basso peso molecolare 23,24.
Il presente protocollo descrive approcci di proteomica comunemente usati che vengono combinati e modificati per analizzare le proteine solubili e di membrana e per massimizzare il numero di ID della proteina dall'epitelio sensoriale cocleare. Descriveremo utilizzando la proteomica fucile con FASP multi-digestione, cromatografia a scambio ionico, alta risoluzione MS, e l'analisi dei dati. Inoltre, descriveremo proteomica bottom-up con GELFrEE, FASP multi-digestione, alta risoluzione MS, e l'analisi dei dati.
Dichiarazione Etica
Esperimenti con topi di tessuto sono stati approvati dalla University of South Florida Istituzionale cura degli animali e del Comitato Usa (protocolli 3931R, 3482R), come previsto in base alle direttive del National Institutes of Health.
1. Estrazione Protein
2. Doppia Trittico digestione delle proteine di Whole lisato Uso FASP
3. Endoproteinase lysC e Trittico digestione delle proteine di Whole lisato Uso FASP
4. Peptidi dissalazione Utilizzo Colonne Spin
5. Scambio ionico Cromatografia
6. Acetone Precipitazioni
Prima della separazione GELFrEE proteina supernatante cocleare deve essere dissalato. Acetone precipitazione può essere usato per desalinizzare e concentrare proteine.
7. GELFrEE Frazionamento di Cochlear sensoriale Epitelio
8. 1D elettroforesi su gel di GELFrEE Frazioni
Elettroforesi su gel 1D può essere utilizzato per visualizzare i risultati di GELFrEE frazionamento prima digestione enzimatica e analisi MS. GELFrEE frazioni proteiche possono essere separati su un gel Tris-HCl 4-15%.
9. Digestione delle proteine di frazioni GELFrEE Uso FASP
Una procedura FASP modificato viene utilizzato per la rimozione del detersivo e la digestione delle frazioni GELFrEE.
10. Preparazione del campione per LC-MS/MS
11. Protein Identification
Per ottenere il proteoma più completa dell'epitelio sensoriale cocleare, dissezione dei tessuti pratica è necessario prima di estrazione di proteine e di preparazione del campione. Due tecniche di proteomica può essere utilizzato, fucile e bottom-up proteomica. Per preparare campioni per proteomica fucile, procedura digestione FASP stato utilizzato come illustrato nella Figura 1. Il metodo FASP consente concentrazione di proteine, rimozione di detergenti, e la digestione delle proteine ?...
I passaggi chiave per massimizzare l'identificazione delle proteine dalla epitelio sensoriale cocleare sono: 1) utilizzo di più endoproteinases per la digestione, 2) utilizzo di più tecniche di separazione, e 3) l'utilizzo di uno spettrometro di massa ad alta risoluzione. L'applicazione di più enzimi aumenta il numero di peptidi e migliora la copertura sequenza proteica, consentendo così di migliorare il numero di proteine identificate dal tessuto cocleare. Tripsina, la proteasi più ut...
Gli autori dichiarano nessun conflitto di interessi.
Gli autori ringraziano il Dr. Kent Seeley, direttore del Centro per la Drug Discovery e l'innovazione (CDDI) Proteomica Nucleo Strutture presso University of South Florida, per l'uso di questo strumento. Questo lavoro è stato sostenuto da NIH / NIDCD concessione R01 DC004295 a BHAS
Name | Company | Catalog Number | Comments |
8% Tris-acetate cartridge | Protein Discovery | 42103 | |
Acetone | Sigma-Aldrich | 179124 | |
Acetonitrile | Honeywell | 015-1L | |
AEBSF | Calbiochem | 101500 | |
Ammonium formate | Fisher Scientific | AC16861 | |
Aprotinin | Calbiochem | 616370 | |
ASB-14 | Calbiochem | 182750-5GM | |
Bovine serum albumin | BioRad | 500-0112 | |
C18 column | New Objective | A25112 | 75 μm x 10 cm |
DC Protein Assay | BioRad | 500-0116 | Microplate Assay Protocol |
EDTA | Sigma-Aldrich | E9884 | |
Endoproteinase Lys-C | Sigma-Aldrich | P3428 | |
FASP Protein Digestion Kit | Protein Discovery | 44250 | |
Formic acid | Fluka | 94318 | |
GELFrEE Fractionation System | Protein Discovery | 42001 | GELFrEE 8100 |
Leupeptin | Calbiochem | 108975 | |
MacroSpin Column | The Nest Group | SMM SS18V | Silica C18 |
Microcystin | Calbiochem | 475815 | |
Pepstatin | Sigma-Aldrich | P5318 | |
Polysulfoethyl A Column | The Nest Group | 202SE0503 | |
Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Sigma-Aldrich | L3771 | |
Sonic Dismembrator | Thermo Fisher | 15-338-53 | Model 100 |
Trypsin | Sigma-Aldrich | T6567 | Proteomics Grade |
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