カリネクテス・サピドゥスにおける神経ペプチドの多面的質量分析調査

要約

神経ペプチドの質量分析特性評価は、配列、定量、および局在化情報を提供します。この最適化されたワークフローは、神経ペプチド研究だけでなく、他の内因性ペプチドにも有用です。ここで提供されるプロトコルは、LC-ESI-MS、MALDI-MS スポッティング、および MALDI-MS イメージングを使用した神経ペプチドのサンプル調製、MS 取得、MS 分析、およびデータベース生成について説明しています。

要約

神経ペプチドは、発生、生殖、食物摂取、外部ストレッサーへの応答など、ほぼすべての生理学的および行動的プロセスを調節するシグナル伝達分子です。しかし、神経ペプチドの生化学的メカニズムと完全な補完物、およびそれらの機能的役割については、ほとんど理解されていない。これらの内因性ペプチドの特性評価は、このクラスのシグナル伝達分子内の膨大な多様性によって妨げられている。さらに、神経ペプチドは、神経伝達物質の濃度よりも100倍〜1000倍低い濃度で生理活性であり、シナプス放出後に酵素分解を起こしやすい。質量分析(MS)は、 先験的な 包括的な知識がなくても分析物を同定、定量、局在化できる高感度分析ツールです。これは、神経ペプチドをグローバルにプロファイリングし、新規ペプチドの発見を支援するのに適しています。このクラスのペプチドの豊富さと化学的多様性が低いため、いくつかのサンプル調製方法、MS取得パラメータ、およびデータ分析戦略がプロテオミクス技術から適応され、最適な神経ペプチド特性評価が可能になりました。ここでは、液体クロマトグラフィー(LC)-MSおよびマトリックス支援レーザー脱離/イオン化(MALDI)-MSを使用して、配列特性評価、定量、および局在化のために、複雑な生物学的組織から神経ペプチドを単離するための方法について説明する。青いカニから神経ペプチドデータベースを調製するためのプロトコルには、包括的なゲノム情報を持たない生物であるCallinectes sapidusが含まれている。これらのワークフローは、様々な器具を用いて、異なる種の内因性ペプチドの他のクラスを研究するために適合させることができる。

概要

神経系は複雑であり、生物全体に信号を伝達するためにニューロンのネットワークを必要とする。神経系は感覚情報と生物学的反応を調整します。シグナル伝達に関与する複雑で複雑な相互作用は、神経伝達物質、ステロイド、および神経ペプチドなどの多くの異なるシグナル伝達分子を必要とする。神経ペプチドは、ストレスおよび他の刺激に対する生理学的応答を活性化する上で重要な役割を果たす最も多様で強力なシグナル伝達分子であるため、これらの生理学的プロセスにおけるそれらの特異的役割を決定することは興味深い。神経ペプチドの機能は、移動度、受容体相互作用、および親和性を決定するアミノ酸構造に関連しています¹。神経ペプチドの構造と機能を調べるために、神経ペプチドが組織の異なる領域で合成、保存、放出され得るため重要である組織化学、および電気生理学などの技術が採用されてきた^2,3,4が、これらの方法は、神経ペプチドの膨大な配列多様性を解明するためのスループットおよび特異性によって制限されている。

質量分析(MS)は、神経ペプチドの構造と存在量のハイスループット分析を可能にします。これは、さまざまなMS技術、最も一般的には液体クロマトグラフィー - エレクトロスプレーイオン化MS(LC....

プロトコル

記載された全ての組織サンプリングは、ウィスコンシン大学マディソン校ガイドラインに準拠して実施した。

1. 神経ペプチドのLC-ESI-MS解析

1. ニューロペプチドの抽出と脱塩
   1. 組織取得に先立って、¹⁶に記載のように酸性化メタノール(acMeOH)(90:9:1 MeOH:水:酢酸)を調製する。
   2. 甲殻類¹⁷ から脳組織を採取し、鉗子を用いて、20μLのacMeOHを含む0.6mLチューブにそれぞれ1つの組織を直ちに配置する。
      注:組織解剖プロトコルは、動物や組織タイプによって大きく異なります。読者は、甲殻類から脳組織および複数の他の組織タイプを解剖する方法に関する詳細な説明のためにプロトコル¹⁷ を参照される。サンプルは、使用時まで-80°Cで保存することができます(理想的には6ヶ月以内)。記載されているボリュームは、 Callinectes sapidusの単一の脳に使用されます。体積は、組織サイズに合わせてスケーリングする必要があります。組織は溶媒なしで直ちにフラッシュ凍結され得るが、これは内因性タンパク質分解酵素が阻害されず、活性を維持するので推奨されないが、寒いときは遅い速度で。
   3. サンプルに15....

結果

サンプル調製とMS分析のワークフローを 図1に示します。ニューロン組織の解剖後、均質化、抽出、および脱塩を行い、ニューロペプチドサンプルを精製する。同位体標識ベースの定量が必要な場合は、サンプルを標識し、再度脱塩します。得られたサンプルは、神経ペプチドの同定および定量のためにLC-MS/MSを介して分析されます。

プロテオミク?.......

ディスカッション

神経系に見られる神経ペプチドおよび内因性ペプチドの正確な同定、定量、および局在化は、それらの機能を理解する上で極めて重要である^23,24。質量分析は、完全に配列決定されたゲノムを持たない生物でも、これらすべてを達成できる強力な技術です。LC-ESI-およびMALDI-MSの組み合わせを介してC. sapidusから採取された組織から神経ペプチ?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Chemicals, Reagents, and Consumables
2,5-Dihydroxybenzoic acid (DHB) matrix	Supelco	39319
Acetic acid	Fisher Chemical	A38S-500
Acetonitrile Optima LC/MS grade	Fisher Chemical	A955-500
Ammonium bicarbonate	Sigma-Aldrich	9830
Borane pyridine	Sigma-Aldrich	179752
Bruker peptide calibration mix	Bruker Daltonics	NC9846988
Capillary	Polymicro	1068150019	to make nanoflow column (75 µm inner diameter x 360 µm outer diameter)
Cryostat cup	Sigma-Aldrich	E6032	any cup or mold should work
Microcentrifuge Tubes	Eppendorf	30108434
Formaldehyde	Sigma-Aldrich	252549
Formaldehyde - D2	Sigma-Aldrich	492620
Formic acid Optima LC/MS grade	Fisher Chemical	A117-50
Gelatin	Difco	214340	place in 37 °C water bath to melt
Hydrophobic barrier pen	Vector Labs	15553953
Indium tin oxide (ITO)-coated glass slides	Delta Technologies	CB-90IN-S107	25 mm x 75 mm x 0.8 mm (width x length x thickness)
LC-MS vials	Thermo	TFMSCERT5000-30LVW
Methanol Optima LC/MS Grade	Fisher Chemical	A456-500
Parafilm	Sigma-Aldrich	P7793	Hydrophobic film
pH-Indicator strips	Supelco	109450
Red phosphorus clusters	Sigma-Aldrich	343242
Reversed phase C18 material	Waters	186002350	manually packed into nanoflow column
Wite-out pen	BIC	150810
ZipTip	Millipore	Z720070
Instruments and Tools
Automatic matrix sprayer system- M5	HTX Technologies, LLC
Centrifuge - 5424 R	Eppendorf	05-401-205
Cryostat- HM 550	Thermo Fisher Scientific	956564A
Desiccant	Drierite	2088701
Forceps	WPI	501764
MALDI stainless steel target plate	Bruker Daltonics	8280781
Pipet-Lite XLS	Rainin	17014391	200 µL
Q Exactive Plus Hybrid Quadrupole-Orbitrap	Thermo Fisher Scientific	IQLAAEGAAPFALGMBDK
RapifleX MALDI-TOF/TOF	Bruker Daltonics
SpeedVac - SVC100	Savant	SVC-100D
Ultrasonic Cleaner	Bransonic	2510R-MTH	for sonication
Ultrasonic homogenizer	Fisher Scientific	FB120110	FB120 Sonic Dismembrator with CL-18 Probe
Vaccum pump- Alcatel 2008 A	Ideal Vacuum Products	P10976	ultimate pressure = 1 x 10-4 Torr
Vortex Mixer	Corning	6775
Water bath (37C) - Isotemp 110	Fisher Scientific	15-460-10
Data Analysis Software
Expasy	https://web.expasy.org/translate/
FlexAnalysis	Bruker Daltonics
FlexControl	Bruker Daltonics
FlexImaging	Bruker Daltonics
PEAKS Studio	Bioinformatics Solutions, Inc.
SCiLS Lab	https://scils.de/
SignalP 5.0	https://services.healthtech.dtu.dk/service.php?SignalP-5.0
tBLASTn	http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?PROGRAM=tblastn&BLAST_ PROGRAMS=tblastn&PAGE_ TYPE=BlastSearch&SHOW_ DEFAULTS=on&LINK_LOC =blasthome