Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Настоящий протокол содержит подробное описание эффективного выделения внеклеточных пузырьков мочи с использованием функционализированных магнитных шариков. Кроме того, он включает в себя последующие анализы, включая вестерн-блоттинг, протеомику и фосфопротеомику.
Внеклеточные везикулы (ВВ) из биожидкостей в последнее время привлекли значительное внимание в области жидкостной биопсии. Высвобождаемые почти каждым типом клеток, они обеспечивают моментальный снимок клеток-хозяев в режиме реального времени и содержат множество молекулярной информации, включая белки, в частности, с посттрансляционными модификациями (PTM), такими как фосфорилирование, как основной игрок клеточных функций, а также возникновения и прогрессирования заболевания. Тем не менее, изоляция электромобилей от биожидкостей остается сложной задачей из-за низкого выхода и примесей от существующих методов изоляции электромобилей, что затрудняет последующий анализ грузов электромобилей, таких как фосфопротеины электромобилей. В этой статье мы опишем быстрый и эффективный метод выделения ВВ, основанный на функционализированных магнитных шариках для выделения ВВ из биожидкостей, таких как моча человека, а также анализ последующей протеомики и фосфопротеомики после выделения ВВ. Протокол обеспечил высокую рекуперацию ВВ в моче и чувствительные профили протеома и фосфопротеома ВВ. Кроме того, здесь рассматриваются универсальность этого протокола и соответствующие технические соображения.
Внеклеточные везикулы (ВВ) представляют собой мембранные наночастицы, секретируемые всеми типами клеток и присутствующие в биожидкостях, таких как кровь, моча, слюна и т. д.1,2,3,4. ВВ несут груз разнообразных биологически активных молекул, которые отражают физиологическое и патологическое состояние клеток-хозяев и, следовательно, функционируют как решающие факторы в прогрессировании заболевания 4,5,6. Более того, обширные исследования установили, что маркеры заболевания, основанные на ВВ, могут быть идентифицированы до появления симптомов или физиологического обнаружения опухолей 5,6,7.
Фосфорилирование действует как ключевой механизм клеточной сигнализации и регуляции. Таким образом, фосфопротеины являются ценным источником для обнаружения биомаркеров, поскольку аберрантные события фосфорилирования связаны с нарушением регуляции клеточных сигнальных путей и развитием метастатических заболеваний, таких как рак 8,9,10. Несмотря на то, что профилирование динамики фосфорилирования позволяет идентифицировать специфичные для заболевания сигнатуры фосфопротеинов в качестве потенциальных биомаркеров, низкая распространенность и динамический характер фосфопротеинов создают серьезные проблемы при разработке фосфопротеинов в качестве биомаркеров11,12. Примечательно, что малораспространенные фосфопротеины, инкапсулированные в ВВ, защищены от внешнего ферментативного расщепления во внеклеточной среде8. Следовательно, ВВ и фосфопротеины, полученные из ВВ, являются идеальным источником для обнаружения биомаркеров при выявлении рака и других заболеваний на ранних стадиях.
Несмотря на то, что анализ фосфорилирования белков в ВВ является ценным ресурсом для понимания сигнализации рака и диагностики заболевания на ранних стадиях, отсутствие эффективных методов выделения ВВ представляет собой серьезное препятствие. Изоляция EV обычно достигается с помощью дифференциального ультрацентрифугирования (DUC)13. Однако этот метод занимает много времени и не подходит для клинических исследований из-за низкой пропускной способности и плохой воспроизводимости13,14. Альтернативные подходы к выделению ВВ, такие как полимер-индуцированное осаждение15, ограничены низкой специфичностью из-за совместного осаждения белков, не относящихся к ВВ. Подходы, основанные на аффинити, включая аффинный захват на основе антител16 и аффинную фильтрацию17, обеспечивают повышенную специфичность, но ограничены относительно низкой скоростью восстановления из-за малого объема.
Для решения проблем, связанных с изучением динамики фосфопротеинов в ВВ, наша группа разработала метод полного восстановления и очистки внеклеточных везикул (EVtrap), основанный на химическом сродстве для захвата ВВ на функционализированных магнитных шариках18. Предыдущие результаты показали, что этот метод изоляции ВВ на основе магнитных шариков очень эффективен при выделении ВВ из широкого спектра образцов биожидкости и способен достичь гораздо более высокого выхода ВВ при минимизации загрязнения по сравнению с DUC и другими существующими методами изоляции18,19. Мы успешно использовали EVtrap и метод обогащения фосфопептидами на основе титана, разработанный нашей группой20, для профилирования фосфопротеома ВВ, полученных из различных биожидкостей, и для обнаружения потенциальных фосфопротеиновых биомаркеров для различных заболеваний 19,21,22.
Здесь мы представляем протокол на основе EVtrap для изоляции циркулирующих электромобилей. Протокол фокусируется на ВВ мочевыводящих путей. Мы также демонстрируем характеристику изолированных ВВ с помощью вестерн-блоттинга. Затем мы подробно описываем подготовку образцов и сбор данных с помощью масс-спектрометрии (МС) как для протеомики, так и для фосфопротеомного анализа. Этот протокол обеспечивает эффективный и воспроизводимый рабочий процесс для профилирования протеома и фосфопротеома ВВ мочи, что будет способствовать дальнейшим исследованиям ВВ и их клиническому применению23.
Все образцы мочи были взяты у здоровых людей после получения информированного согласия. Эксперименты соответствовали всем этическим стандартам, касающимся образцов на людях, и соответствовали руководящим принципам Программы защиты исследований на людях Университета Пердью.
1. Отбор проб
2. Изоляция EV с использованием подхода EVtrap
3. Характеристика ВВ методом вестерн-блоттинга
4. Пробоподготовка для протеомного и фосфопротеомного анализа
5. Анализ ЖХ-МС/МС
ПРИМЕЧАНИЕ: Можно использовать различные системы/настройки LC-MS/MS и методы сбора данных, такие как сбор данных (DDA).
Этот протокол демонстрирует комплексный рабочий процесс от изоляции ВВ до последующего анализа протеомики и фосфопротеомики (рис. 1). Тройные образцы мочи подвергали выделению ВВ. Изолированные ВВ были охарактеризованы вестерн-блоттингом и впоследствии обработаны для...
Эффективная изоляция ВВ является необходимой предпосылкой для обнаружения малораспространенных белков и фосфопротеинов в ВВ. Несмотря на разработку многочисленных методов для удовлетворения этой потребности, большинство из них по-прежнему страдают от ограничений, таких как плохое ?...
Авторы заявляют о конкурирующем финансовом интересе. Антон Илюк (Anton Iliuk) и В. Энди Тао (W. Andy Tao) являются соучредителями компании Tymora Analytical Operations, которая разработала гранулы EVtrap и коммерциализировала набор для обогащения фосфопептидов PolyMAC.
Эта работа была частично профинансирована грантами NIH 3RF1AG064250 и R44CA239845.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL microcentrifuge tube | Life Science Products | M-1700C-LB | |
1.5 mL tube magnetic separator rack | Sergi Lab Supplies | 1005 | |
15 mL conical centrifuge tube | Corning | 352097 | |
15 mL tube magnetic separator rack | Sergi Lab Supplies | 1002 | |
Anti-rabbit IgG, HRP-linked Antibody | Cell Signaling Technology | 7074P2 | |
Benchtop incubated shaker | Bioer | DIS-87999-3367802 | Bioer Thermocell Mixing Block MB-101 |
CD9 (D3H4P) Rabbit mAb | Cell Signaling Technology | 13403S | |
Chloroacetamide | Sigma -Aldrich | C0267-100G | Used for alkylation of reduced sulfide groups. Freshly prepare 400 mM in water as stock solution. |
Ethyl acetate | Fisher Scientific | E145-4 | Precipitates detergents |
Evosep One | Evosep | Liquid chromatography system | |
Evotips | Evosep | EV2013 | Sample loading for Evosep One system |
EVtrap | Tymora Analytical | Functionalized magnetic beads, loading buffer, and washing buffer | |
Immobilon-FL PVDF Membrane | Sigma -Aldrich | IPFL00010 | Blotting membrane |
NuPAGE 4-12% Bis-Tris Gel | Invitrogen | NP0322BOX | Invitrogen NuPAGE 4 to 12%, Bis-Tris, 1.0 mm, Mini Protein Gel, 12-well |
NuPAGE LDS Sample Buffer (4X) | Invitrogen | NP0007 | |
PBS | ThermoFisher | 10010023 | |
Pepsep C18 15 x 75 x 1.9 | Bruker | 1893473 | Separation column |
Phosphatase Inhibitor Cocktail 2 | Sigma -Aldrich | P5726-5ML | 100X, Phosphotase inhibitor. |
Phosphatase Inhibitor Cocktail 3 | Sigma -Aldrich | P0044-1ML | 100X, Phosphotase inhibitor. |
Pierce BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher | 23225 | |
Pierce ECL Western Blotting Substrate | ThermoFisher | 32106 | HRP substrate |
PolyMAC phosphopeptide enrichment kit | Tymora Analytical | Polymer-based metal ion affinity capture (PolyMAC) for phosphopeptide enrichment | |
Sodium deoxycholate | Sigma -Aldrich | D6750-10G | Detergent for lysis buffer. Prepare 120 mM in water as stock solution. |
Sodium lauroyl sarcosinate | Sigma -Aldrich | L9150-50G | Detergent for lysis buffer. Prepare 120 mM in water as stock solution. |
timsTOF HT | Bruker | Trapped ion-mobility time-of-flight mass spectrometry | |
TopTip C-18 (10-200 μL) tips | Glygen | TT2C18.96 | Desalting method |
Triethylamine | Sigma -Aldrich | 471283-100ML | For EV elution. |
Triethylammonium bicabonate buffer | Sigma -Aldrich | T7408-100ML | 1 M |
Trifluoroacetic acid | Sigma -Aldrich | 302031-100ML | |
Tris-(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride | Sigma -Aldrich | C4706 | Used for reducion of disulfide bonds. Prepare 200 mM in water as stock solution. Aliquot the stock solution into small volume and store it in at-20°C (avoid multiple freeze-thaw cycles). |
Trypsin/Lys-C MIX | ThermoFisher | PIA41007 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены