* These authors contributed equally
В этом протоколе описан метод сбора образцов слезы с использованием полосок Ширмера и интегрированный количественный рабочий процесс для обнаружения неинвазивных биомаркеров слезного белка. Рабочий процесс подготовки образцов с улавливанием суспензии обеспечивает быструю и надежную подготовку проб слезы и масс-спектрометрический анализ, что приводит к более высокому выходу пептидов и идентификации белков по сравнению со стандартными процедурами в растворе.
Слезная жидкость является одной из легкодоступных биожидкостей, которую можно собирать неинвазивным способом. Слезная протеомика может открыть биомаркеры для некоторых глазных заболеваний и состояний. Сообщается, что колонна улавливания суспензии является эффективным и удобным рабочим процессом пробоподготовки для широкого применения последующего протеомного анализа. Тем не менее, эта стратегия не была хорошо изучена при анализе протеома слезы человека. Настоящий протокол описывает интегрированный рабочий процесс от клинических образцов слезы человека до очищенных пептидов для неинвазивного исследования биомаркеров слезоточивого белка с использованием масс-спектрометрии, которая дает представление о биомаркерах заболеваний и мониторинге в сочетании с биоинформатическим анализом. Была применена подготовка образцов для захвата белковой суспензии, которая продемонстрировала открытие слезного протеома с помощью быстрых, воспроизводимых и удобных для пользователя процедур в качестве универсальной, оптимизированной пробоподготовки для анализа слезной жидкости человека. В частности, процедура улавливания суспензии превзошла пробоподготовку в растворе с точки зрения извлечения пептидов, идентификации белков и сокращения времени пробоподготовки.
Протеомика слез привлекла внимание к изучению потенциальных биомаркеров глазных заболеваний и состояний 1,2,3,4,5,6, чтобы получить доступ к патогенезу глазного и системного состояния, а также использовать преимущества неинвазивного сбора образцов слезы с помощью полосок Ширмера. Технологический прогресс масс-спектрометрии нового поколения позволил количественно определить количество белков в микролитровых слезах с точностью и прецизионностью, которые были невозможны в прошлом. Методы пробоподготовки еще не стандартизированы. Надежный и стандартизированный рабочий процесс пробоподготовки имеет важное значение для успеха клинического применения в исследованиях биомаркеров слезного белка. Рабочий процесс пробоподготовки с захватом суспензии (S-Trap) недавно был признан эффективным и чувствительным методом пробоподготовки для широкого последующего протеомного анализа 7,8. Тем не менее, эта стратегия не была хорошо описана при анализе протеома слезы человека, превзошла подготовку проб с помощью фильтра (FASP) и разложение в растворе с точки зрения эффективности ферментативного разложения и большего числа идентификаций белков с помощью масс-спектрометрического анализа9. Подход на основе S-Trap был продемонстрирован при препарировании ткани сетчатки 10, фиксированной формалином, залитой парафином ткани (FFPE)11, клеток 12, микроорганизмов13 и жидкостной биопсии 14,15.
Этот протокол описывает интегрированный количественный рабочий процесс от клинических образцов до ферментативно перевариваемого белка для обнаружения неинвазивной панели биомаркеров слезоточивого белка с быстрой, воспроизводимой и надежной технической стратегией. Вкратце, слезную жидкость собирали с помощью стандартной полоски Ширмера и сразу же высушивали с помощью офтальмологического обогревателя, чтобы предотвратить автолиз белка при комнатной температуре. Внедренные общие белки экстрагировали с помощью 5%-ного буфера для лизиса додецилсульфата натрия (SDS) в соответствии с предложением производителя с последующим измерением белка. Затем экстрагированный лизат подвергали стандартному восстановлению дитиотрейтолом (DTT) и алкилированию йодоацетамидом (IAA).
После подкисления фосфорной кислотой к агрегатным белкам добавляли буфер для осаждения белка с улавливающей суспензией, содержащий 90% метанола и 100 мМ бикарбоната триэтиламмония (TEAB). Затем образец переносили в новую микроколонку для улавливания суспензии. Ферментативное сбраживание проводили с секвенированием трипсина в соотношении 1:25 (w/w, трипсин: белок) при 47 °C в течение 1 ч. Полученные пептиды затем элюировали с помощью центрифугирования, последовательно с 50 мМ TEAB, 0,2% водной муравьиной кислоты (ЖК) и 50% ацетонитрила (ACN), содержащего 0,2% ЖК. Элюированные пептиды сушили в вакууме и восстанавливали в 0,1 % ЖК. Концентрацию пептида измеряли и доводили до 0,5 мкг/мкл для масс-спектрометрического анализа.
Испытуемые предоставляли письменное информированное согласие перед участием в исследовании. Исследование было одобрено Комитетом по этике человека Гонконгского политехнического университета и соответствовало принципам Хельсинкской декларации.
1. Сбор слезной жидкости человека с помощью полоски Ширмера
2. Приготовление химикатов и реагентов
3. Экстракция белка в полосе Ширмера
4. Подготовка образцов для улавливания суспензии
5. Восстановление пептидов для масс-спектрометрического анализа
6. Отбор образцов методом жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии
Этот протокол позволяет отбирать образцы слезы с помощью полосок Ширмера, которые хранятся в сухом виде при комнатной температуре перед последующей подготовкой образца для масс-спектрометрического анализа. Рабочий процесс подготовки образцов с помощью фильтра (FASP) с микроколонной, улавливающей суспензию, позволил быстро подготовить пробы за несколько часов по сравнению с обычными процедурами разложения в растворе за несколько дней, требующих ночной инкубации. Выход пептидного восстановления был значительно выше (p < 0,001), чем стандартный протокол разложения в растворе, и с хорошей воспроизводимостью при коэффициенте вариации (%CV) < 7%. Пул образцов слез был повторен в шести технических повторениях с восстановлением 74,2 ± 5,0% пептидов и 52,8 ± 1,6% пептидов в образцах, приготовленных с помощью процедур в растворе. Объединенный образец слезы с количеством белка 36,3 мкг наносили на полоску Ширмера и экстрагировали, как описано выше, эффективность экстракции белка составила 81% (29,5 ± 6,8 мкг, среднее ± SD).
Оба рабочих процесса загружали 3 мкг пептидов на MS, и поиск DDA дал в общей сложности 1183 ± 118 белков (5757 ± 537 различных пептидов) и 874 ± 70 белков (4400 ± 328 пептидов) при 1% FDR в группе захвата суспензии и группе в растворе соответственно. Анализ онтологии генов (ГО) с использованием системы классификации PANTHER выявил очень схожие протеомы для обоих подходов, основными молекулярными функциями которых являются связывание, каталитическая активность и регуляция молекулярных функций (рис. 4).
Иллюстрация 1: Перед нанесением согните верхнюю часть полосы Ширмера на отметке 0 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Иллюстрация 2: Положение полосы Ширмера во время сбора слез. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Иллюстрация обработки полосы Ширмера перед экстракцией белка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Круговая диаграмма, иллюстрирующая анализ онтологии генов для протеомов, идентифицированных с помощью рабочего процесса в растворе и рабочего процесса захвата суспензии с использованием системы классификации PANTHER. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Для достижения точных результатов с использованием этого метода во всех процедурах, начиная со сбора проб слезы, следует надевать одноразовые перчатки, чтобы избежать загрязнения пробы. Важно избегать образования пузырьков и воздушных зазоров между фильтром и раствором пробы на каждом этапе, используя микровращающиеся колонны. Если объем образца больше, чем вместимость колонок, рекомендуется повторить процесс. Этот протокол оказался более эффективным, чем традиционный протокол в растворе, с точки зрения времени приготовления, восстановления белка и идентификации общего белка. В значительной степени это связано с тем, что образцы проходят большинство необходимых процедур на одной и той же колонне, в отличие от метода в растворе, который включает в себя несколько этапов переноса, таких как осаждение ацетона, разложение и очистка (обессоливание), что увеличивает вероятность изменений в полученных данных.
В дополнение к образцам слезы, собранным с помощью микрокапиллярного метода16,17, этот рабочий процесс FASP с микроколонкой для улавливания суспензии обеспечивает альтернативный метод подготовки образцов, который позволяет быстро и надежно подготовить образцы слезы, собранные с помощью полосок Ширмера, с минимальной подготовкой материала и удобными для пользователя шагами. Это позволяет воспроизводить подготовку образцов слезы для больших когортных исследований при множественных глазных заболеваниях или состояниях с улучшенным восстановлением пептидов и идентификацией белка при рассеянном склерозе по сравнению с процедурами в растворе. Этот надежный процесс может быть регулярно использован при подготовке образцов слезных биомаркеров для исследований и других клинических целей. Самое главное, что он требует минимальной подготовки персонала для сбора на месте и исключает необходимость хранения образцов в морозильной камере. Образцы высушиваются на месте, чтобы свести к минимуму автолиз и разложение белка. Таким образом, это обеспечивает удобную отправку по почте для облегчения последующего анализа, в отличие от использования микрокапиллярных трубок.
У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявлять.
Эта работа была поддержана инициативой InnoHK и правительством Специального административного района Гонконг; Научно-исследовательский центр SHARP Vision; и Исследовательский центр инноваций в китайской медицине (RCMI) при Гонконгском политехническом университете.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
9 mm Plastic Screw Thread Vials | Thermo Scientific | C4000-11 | |
Acetonitrile, LCMS Grade | Anaqua | AC-1026 | |
Centrifuge MiniSpin plus | Eppendorf | 5453000097 | |
DL-dithiothreitol (DTT), BioUltra | Sigma-Aldrich | 43815 | |
Eppendorf Safe-Lock Tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 30120086 | |
Formic acid, ACS reagent, ≥96% | Sigma-Aldrich | 695076 | |
Frame Heater OPTIMONSUN Electronic | Breitfeld & Schliekert GmbH | 1203166 | |
Iodoacetamide (IAA), BioUltra | Sigma-Aldrich | I1149 | |
Methanol, HPLC Grade | Anaqua | MA-1292 | |
Nunc Biobanking and Cell Culture Cryogenic Tubes, 2 mL | Thermo Fisher Scientific | 368632 | |
Phosphoric acid, 85 wt.% in H2O | Sigma-Aldrich | 345245 | |
Pierce Quantitative Colorimetric Peptide Assay | Thermo Fisher Scientific | 23275 | |
Pierce Rapid Gold BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | A53225 | |
Quadrupole Time-of-Flight Mass Spectrometry | Sciex | TripleTOF 6600 | |
Schirmer Ophthalmic Strips | Entod Research Cell UK Ltd | I-DEW Tearstrips | |
S-Trap Micro Column | Protifi | C02-micro-80 | |
SureSTART 9 mm Screw Caps | Thermo Scientific | CHSC9-40 | |
Triethylammonium bicarbonate (TEAB), 1 M | Sigma-Aldrich | 18597 | |
Ultra-performance Liquid Chromatography | Eksigent | NanoLC 400 | |
UltraPure Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Thermo Fisher Scientific | 15525017 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved