Une stratégie d’enrichissement spin-tip pour l’analyse simultanée des N-glycopeptides et des phosphopeptides des tissus pancréatiques humains

Résumé

Les modifications post-traductionnelles (PTM) modifient les structures et les fonctions des protéines. Les méthodes d’enrichissement simultané de plusieurs types de PTM peuvent maximiser la couverture dans les analyses. Nous présentons un protocole utilisant la chromatographie d’affinité métallique immobilisée Ti(IV) double fonctionnelle suivie d’une spectrométrie de masse pour l’enrichissement et l’analyse simultanés de la protéine N-glycosylation et de la phosphorylation dans les tissus pancréatiques.

Résumé

La spectrométrie de masse peut fournir une couverture profonde des modifications post-traductionnelles (PTM), bien que l’enrichissement de ces modifications à partir de matrices biologiques complexes soit souvent nécessaire en raison de leur faible stœchiométrie par rapport aux analytes non modifiés. La plupart des flux de travail d’enrichissement des PTM sur les peptides dans les flux de travail protéomique ascendants, où les protéines sont digérées enzymatiquement avant que les peptides résultants ne soient analysés, n’enrichissent qu’un seul type de modification. C’est l’ensemble du complément des PTM, cependant, qui conduit à des fonctions biologiques, et l’enrichissement d’un seul type de PTM peut manquer une telle diaphonie des PTM. La diaphonie PTM a été observée entre la glycosylation des protéines et la phosphorylation, les deux PTM les plus courants dans les protéines humaines et aussi les deux PTM les plus étudiés en utilisant des flux de travail de spectrométrie de masse. En utilisant la stratégie d’enrichissement simultané décrite ici, les deux PTM sont enrichis à partir de tissu pancréatique humain post-mortem, une matrice biologique complexe. La chromatographie d’affinité métallique immobilisée Ti(IV) à double fonction est utilisée pour séparer simultanément diverses formes de glycosylation et de phosphorylation en plusieurs fractions dans une méthode pratique basée sur la pointe de spin, permettant des analyses en aval des interactions potentielles de diaphonie PTM. Ce flux de travail d’enrichissement pour les glyco- et phosphopeptides peut être appliqué à différents types d’échantillons afin d’obtenir un profilage en profondeur de plusieurs PTM et d’identifier des molécules cibles potentielles pour de futures études.

Introduction

Les modifications post-traductionnelles des protéines (PTM) jouent un rôle majeur dans la modulation des structures protéiques et, par conséquent, de leurs fonctions et des processus biologiques en aval. La diversité du protéome humain augmente de façon exponentielle en raison de la variabilité combinatoire offerte par divers PTM. Différentes variantes de protéines de leurs séquences canoniques prédites par le génome sont connues sous le nom de protéoformes, et de nombreux protéoformes proviennent de PTM¹. L’étude de la diversité protéiforme en matière de santé et de maladie est devenue un domaine de recherche d’un grand....

Protocole

Le consentement a été obtenu pour l’utilisation de tissus pancréatiques à des fins de recherche auprès du plus proche parent du défunt et une autorisation du Conseil d’examen institutionnel des sciences de la santé de l’Université du Wisconsin-Madison a été obtenue. La surveillance de la CISR n’est pas requise parce qu’elle ne concerne pas de sujets humains, tel que reconnu par le 45 CFR 46.102(f).

ATTENTION : Des précautions doivent être prises lors de la manipulation des réactifs utilisés dans ce protocole, qui comprennent les acides (formique, acétique, trifluoroacétique), les bases (hydroxyde d’ammonium) et les cryogènes (azote liquide)....

Résultats

Des données représentatives de spectrométrie de masse, y compris des fichiers bruts et des résultats de recherche, ont été déposées au ProteomeXchange Consortium via le référentiel partenaire PRIDE avec l’identificateur de jeu de données PXD033065²².

Dans ce travail, des répliques d’injection en double ont été analysées pour chaque élution d’enrichissement. Les identifications effectuées à partir des deux répliques techniques ont été .......

Discussion

La stratégie Ti(IV)-IMAC à double fonction est utile pour l’analyse simultanée des N-glycopeptides et des phosphopeptides du même échantillon dans un seul flux de travail de préparation d’échantillon. Il a également été démontré que les méthodes basées sur ERLIC permettent d’enrichir simultanément les PTM. Les deux stratégies ont déjà été utilisées pour une couverture approfondie dans les analyses PTM^14,18. En adaptant la méthode dual .......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acetic Acid, Glacial (Certified ACS)	Fisher Scientific	A38S-500
Acetone (Certified ACS)	Fisher Scientific	A18-1
Acetonitrile, Optima LC/MS Grade	Fisher Scientific	A955-4
Ammonium Acetate (Crystalline/Certified ACS)	Fisher Scientific	A637-500
Ammonium Hydroxide (Certified ACS Plus)	Fisher Scientific	A669-212
Byonic software	Protein Metrics	n/a	Commercial software used for glycoproteomic analysis (https://proteinmetrics.com/byos/)
C18 BEH material	Waters	186002353	Material removed from column and used to pack nano capillaries (pulledto integrate tip used directly in line with instrument inlet)
CAE-Ti-IMAC, 100%	J&K Scientific	2749380-1G	Material used for dual-functional Ti(IV)-IMAC; can also be used for conventional IMAC/conventional phosphopeptide enrichment
Cellcrusher kit	Cellcrusher	n/a	Used for grinding tissue samples into powder before extraction
Eppendorf 5424R Microcentrifuge	Fisher Scientific	05-401-205	For temperature-controlled centrifugation
cOmplete protease inhibitor cocktail tablets	Sigma	11697498001
DTT, Molecular Grade (DL-Dithiothreitol)	Promega	V3151	Protein reducing agent
Ethanol, 200 proof (100%), USP	Fisher	22-032-601
Fisherbrand Analog Vortex Mixer	Fisher Scientific	02-215-414
Fisherbrand Low-Retention Microcentrifuge Tubes (1.5 mL)	Fisher Scientific	02-681-320
Fisherbrand Low-Retention Microcentrifuge Tubes (2 mL)	Fisher Scientific	02-681-321
Fisherbrand Model 120 Sonic Dismembrator	Fisher Scientific	FB120110	For sample lysis using ultrasonication
Formic Acid, 99.0+%, Optima LC/MS Grade	Fisher Scientific	A117-50
Fused silica capillary (75 μm inner diameter, 360 μm outer diameter)	Polymicro Technologies LLC	100 m TSP075375	For in-house pulled and packed columns with integrated emitter
Hydrofluoric acid (48 wt. % in H2O)	Sigma-Aldrich	339261-100ML	Used for opening emitter of pulled capillary column
Iodoacetamide, BioUltra	Sigma	I1149-5G	Protein reducing reagent
MaxQuant software	n/a	n/a	Free software used for phosphoproteomic analysis (https://www.maxquant.org/)
Multi-therm Shaker with heating and cooling	Benchmark Scientific	H5000-HC	Heating block
Oasis HLB 1 cc Vac Cartridge, 10 mg Sorbent per Cartridge, 30 µm, 100/pk	Waters	186000383	Larger-scale cartridge desalting for tryptic digests (loading capacity approximately up to 1 mg each)
OMIX C18 pipette tips, 100 µL tip, 10 - 100 μL elution volume, 1 x 96 tips	Agilent	A57003100	Smaller-scale packed pipette tip for desalting for enrichment elutions
P-2000 Micropipette Puller	Sutter Instrument Co.	P-2000/F	For pulling nano-capillary columns for LC-MS
PhosSTOP phosphatase inhibitor tablets	Sigma	4906845001
Pierce BCA Protein Assay Kit	Thermo Fisher Scientific	23225
Pierce Quantitative Colorimetric Peptide Assay	Thermo Fisher Scientific	23275
PolySAX LP (12 μm, pore size 300 Å)	PolyLC	BMSX1203	Material for strong anion-exchange chromatography used for ERLIC/conventional glycopeptide enrichment
Potassium Phosphate Monobasic (Crystalline/Certified ACS)	Fisher Scientific	P285-500
Pressure injection cell with integrated magnetic stirplate	Next Advance	PC77-MAG	For packing nano-capillary columns with stationary phase up to 2500 psi limit
Proteome Discoverer software	Thermo Fisher Scientific	n/a	Commercial software for proteomics anaysis (with integrated database searching software nodes) and data visualization (https://www.thermofisher.com/us/en/home/industrial/mass-spectrometry/liquid-chromatography-mass-spectrometry-lc-ms/lc-ms-software/multi-omics-data-analysis/proteome-discoverer-software.html)
SpeedVac SC110 Vacuum Concentrator Model SC110-120	Savant	n/a	Centrifugal vacuum concentrator for drying samples (under heat)
SDS Solution, 10% Sodium Dodecyl Sulfate Solution, Molecular Biology/Electrophoresis	Fisher Scientific	BP2436200
Sequencing Grade Modified Trypsin	Promega	V5111
Sodium Chloride (Crystalline/Certified ACS)	Fisher Scientific	S271-500
TopTip, Empty, 10-200 µL, Pack of 96	Glygen Corporation	TT2EMT.96	Empty pipette tip with micron-sized hole used that can be used to pack chromatographic materials for enrichments, bundled with tube adapters
Triethylammonium bicarbonate buffer (TEAB, 1 M, pH 8.5 (volatile))	Sigma	90360-100ML
Trifluoroacetic acid, Reagent Grade, 99%	Fisher Scientific	60-017-61
Tris Base (White Crystals or Crystalline Powder/Molecular Biology)	Fisher Scientific	BP152-500
Trypsin/Lys-C Mix, Mass Spec Grade	Promega	V5071
Urea (Certified ACS)	Fisher Scientific	U15-500
Water, Optima LC/MS Grade	Fisher Scientific	W64