Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Açıklanan protokol, iki yaklaşım kullanarak doku örneklerinin optimize edilmiş bir nicel proteomik analizini sağlar: etiket bazlı ve etiketsiz nicellik. Etiket tabanlı yaklaşımlar proteinlerin daha doğru nicelliği avantajına sahipken, etiketsiz bir yaklaşım daha uygun maliyetlidir ve bir kohorttan yüzlerce örneği analiz etmek için kullanılır.
Kütle spektrometreslerindeki son gelişmeler, sağlam ve tekrarlanabilir veri kümelerinin üretimiyle birlikte derin proteomik analizlerle sonuçlanmıştır. Bununla birlikte, önemli teknik gelişmelere rağmen, hasta kanı, CSF ve doku gibi biyospepsimenlerden örnek hazırlama hala önemli zorluklar oluşturmaktadır. Biyobelirteçleri tanımlamak için, doku proteomik genellikle araştırma bulgularını kürsüden kliniğe çevirmek için çekici bir örnek kaynak sağlar. Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı gibi kanser ve nörodejeneratif hastalıkların erken tanısı için potansiyel aday biyobelirteçleri ortaya alabilir. Doku proteomik ayrıca proteinlerin bolluğuna dayanan çok sayıda sistemik bilgi verir ve ilginç biyolojik soruların ele alınmasına yardımcı olur.
Nicel proteomik analiz iki geniş kategoride gruplandırılabilir: etiket tabanlı ve etiketsiz bir yaklaşım. Etiket tabanlı yaklaşımda, proteinler veya peptitler SILAC (hücre kültüründe amino asitlerle kararlı izotop etiketlemesi) gibi kararlı izotoplar veya ICAT (izotop kodlu benzeşim etiketleri), TMT (tandem kütle etiketi) veya iTRAQ (göreceli ve mutlak nicelik için izobarik etiket) gibi kimyasal etiketler kullanılarak etiketlenir. Etiket tabanlı yaklaşımlar proteinlerin daha doğru nicelliği avantajına sahiptir ve izobarik etiketler kullanılarak, tek bir deneyde birden fazla örnek analiz edilebilir. Etiketsiz yaklaşım, etiket tabanlı yaklaşımlara uygun maliyetli bir alternatif sağlar. Belirli bir kohorta ait yüzlerce hasta örneği, klinik özelliklere göre analiz edilebilir ve diğer kohortlarla karşılaştırılabilir. Burada, yaşam bilimlerindeki uygulamalar, özellikle biyobelirteç keşfi tabanlı projeler için çok önemli olan etiketsiz ve etiket tabanlı proteom profilleme yöntemlerini kullanan doku örnekleri için optimize edilmiş bir nicel proteomik iş akışı tanımladık.
Proteomik teknolojiler, hastalığın tespiti ve prognostikasyonuna yardımcı olabilecek potansiyel aday belirteçlerinin tanımlanmasını ve nicelleştirilmesini sağlama potansiyeline sahiptir1. Kütle spektrometresi alanındaki son gelişmeler protein düzeyinde klinik araştırmaları hızlandırmıştır. Araştırmacılar, şimdi protein tanımlama ve niceleme için daha fazla hassasiyet sunan kütle spektrometrisi bazlı proteomik kullanarak birkaç hastalığın karmaşık patobiyolojisinin zorluğunu ele almaya çalışıyorlar2. Proteinlerin doğru nicel ölçümü, sağlıklı ve hastalıklı bireylerde proteinler arasındaki dinamik ve mekansal işbirliğini anlamak için çok önemlidir3; ancak, proteome çapında bu tür bir analiz kolay değildir.
Klinik örneklerin proteomik profillemesinin önemli bir sınırlaması biyolojik örneklerin karmaşıklığıdır. Hücre hatları, plazma ve dokular4,5gibi hastalık proteomunun incelenmesi için birçok farklı örnek türü araştırılmıştır. Hücre hatları, hastalığın ilerlemesinin farklı aşamalarını taklit etmek için in vitro deneylerde model olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, hücre hatları ile ilgili önemli bir sınırlama, hücre kültürü sürecinde genotipik ve fenotipik değişiklikleri kolayca edinmeleridir6. Plazma gibi vücut sıvıları biyobelirteç keşfi için çekici bir kaynak olabilir; bununla birlikte, oldukça bol proteinler ve dinamik protein konsantrasyonu aralığı nedeniyle, plazma proteomik biraz daha zordur7. Burada, en bol proteinlerden kaynaklanan peptitler, kütle / yük oranı aynı olsa bile düşük bol proteinlerden elde edilenleri bastırabilir6. Son birkaç yılda tükenme ve fraksiyonasyon teknolojilerinde gelişmeler olmasına rağmen, iyi kapsama almak hala plazma proteomik8,9'un önemli bir sınırlaması olmaya devam etmektedir. Doku örnekleri hastalık bölgelerine en proksimal olduğu ve hastalık biyolojisi hakkında daha iyi içgörüler sağlamak için yüksek fizyolojik ve patolojik bilgiler sunduğu için dokuların hastalık biyolojisinin proteomik araştırılması için kullanılması tercih edilir10,11.
Bu yazıda doku örneklerinin nicel proteomikleri için basitleştirilmiş bir protokol sağladık. Bu tampon kütle spektrometresi bazlı incelemelerle uyumlu olduğu için doku lysate hazırlığı için 8 M üre içeren bir tampon kullandık. Bununla birlikte, tuzları kütle spektrometresine enjekte etmeden önce çıkarmak için peptitlerin temizlenmesi zorunludur. Unutulmaması gereken önemli bir nokta, trypsin 8 M üre konsantrasyonunda düşük aktivite sergilediğinden protein sindirimi için tripsin eklemeden önce üre konsantrasyonunu 1 M'nin altına düşürmektir. Nicel küresel proteomik iki yaklaşımı açıkladık: iTRAQ (göreceli ve mutlak niceleme için izobarik etiketler) ve etiketsiz nicelik (LFQ) kullanılarak etiket tabanlı nicelik. iTRAQ tabanlı nicel proteomik esas olarak biyolojik durumlarına göre değişen birden fazla numuneyi (örneğin, normal ve hastalık veya tedavi edilen örnekler) karşılaştırmak için kullanılır. Yaklaşım peptitlerin N-terminal birincil aminlerini etiketlemek için izobarik reaktifleri kullanır12. iTRAQ reaktifleri bir N-metil piperazin muhabir grubu, bir dengeleyici grubu ve N-terminal birincil peptit aminleri13ile reaksiyona sokulan bir N-hidroksi süksinid ester grubu içerir. Her durumdan sindirilmiş peptitler belirli bir iTRAQ reaktifi ile etiketlenir. Etiketlemenin ardından reaksiyon durdurulur ve farklı koşullardan etiketli peptitler tek bir tüpte biriktirilir. Bu kombine numune karışımı, tanımlama ve nicelik için kütle spektrometresi ile analiz edilir. MS/MS analizinden sonra düşük moleküler kütleli muhabir iyon parçaları üretilir ve proteinlerin nicelleştirilmesinde bu muhabir iyonlarının iyon yoğunlukları kullanılır.
Başka bir yaklaşım, etiketsiz niceleme, peptitleri kararlı izotoplarla etiketlemeden karmaşık numunelerdeki proteinlerin göreceli sayısını belirlemek için kullanılır.
Bu çalışma kurumsal inceleme kurulları ve Hindistan Teknoloji Enstitüsü Bombay etik komitesi (IITB-IEC/2016/026) tarafından incelenmiş ve onaylanmıştır. Hastalar/katılımcılar bu çalışmaya katılmak için yazılı onaylarını sundular.
1. Doku lysate hazırlığı
NOT: Proteazları etkin tutmamak için buz üzerinde aşağıdaki adımların tümlerini uygulayın. Çapraz bulaşmayı önlemek için neşterlerin ve kullanılan tüplerin steril olduğundan emin olun.
2. Doku lysates protein nicelleştirme ve kalite kontrolü
3. Proteinlerin enzymatic sindirimi
NOT: Enzymatic sindirim adımları Şekil 1a'da gösterilmiştir.
4. Sindirilmiş peptitlerin tuzdan arındırılmış
NOT: Peptitlerin tuzdan arındırmasını gerçekleştirmek için C18 sahne uçlarını kullanın.
5. Tuzdan arındırılanmış peptitlerin nicelleştirilmesi
6. Sindirilen peptitlerin etiketsiz niceliği (LFQ)
NOT: Etiketsiz miktar için, Ek Dosya 2'de belirtilen LC ve MS parametrelerini kullanın. Kütle spektrometresinde aynı tipte üç biyolojik kopya çalıştırıldığında yüksek kapsama alanı verileri elde edildi.
7. Sindirilmiş peptitlerin etiket bazlı niceliği (iTRAQ)
NOT: Etiket tabanlı niceleme, iTRAQ veya TMT reaktifleri gibi farklı izobarik etiketler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Burada üç doku örneğinden sindirilmiş peptitlerin etiketlenmesi için iTRAQ 4-pleks kullanılmıştır. iTRAQ 4-plex etiketleme prosedürü aşağıda belirtilmiştir.
8. Veri analizi
Keşif proteomik için iki farklı yaklaşım kullandık: etiketsiz ve etiket tabanlı proteomik yaklaşımlar. SDS-PAGE'deki doku örneklerinin protein profili bozulmamış proteinleri göstermiştir ve proteomik analiz için düşünülebilir (Şekil 2A). Cihazın kalite kontrol kontrolü sistem uygunluk yazılımı ile izlendi ve cihaz performansındaki günsel varyasyonu gösterdi (Şekil 2B). BSA örneğinin 30 dakikalık LC gradyanı
Biyolojik örneklerin doku proteomikleri, hastalığın ilerlemesinin farklı aşamalarıyla ilişkili yeni potansiyel biyobelirteçleri keşfetmemizi sağlar. Ayrıca sinyalizasyon mekanizmasını ve hastalığın ilerlemesiyle ilişkili yolları açıklar. Doku nicel proteomik analizi için açıklanan protokol tekrarlanabilir iyi kapsama verileri sağlar. Adımların çoğu üreticinin talimatlarından uyarlanmıştır. Yüksek kaliteli veri elde etmek için aşağıdaki adımlar çok önemlidir. Bu nedenle, bu adıml...
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
MS ile ilgili tüm deneyleri gerçekleştirmek için Biyoteknoloji Bölümü (BT/PR13114/INF/22/206/2015) tarafından desteklenen IIT Bombay'daki SS ve MASSFIITB Tesisi'ne #34_IITB MHRD-UAY Projesi'ni (UCHHATAR AVISHKAR YOJANA) kabul ediyoruz.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reagents | |||
Acetonitrile (MS grade) | Fisher Scientific | A/0620/21 | |
Bovine Serum Albumin | HiMedia | TC194-25G | |
Calcium chloride | Fischer Scienific | BP510-500 | |
Formic acid (MS grade) | Fisher Scientific | 147930250 | |
Iodoacetamide | Sigma | 1149-25G | |
Isopropanol (MS grade) | Fisher Scientific | Q13827 | |
Magnesium Chloride | Fischer Scienific | BP214-500 | |
Methanol (MS grade) | Fisher Scientific | A456-4 | |
MS grade water | Pierce | 51140 | |
Phosphate Buffer Saline | HiMedia | TL1006-500ML | |
Protease inhibitor cocktail | Roche Diagnostics | 11873580001 | |
Sodium Chloride | Merck | DF6D661300 | |
TCEP | Sigma | 646547 | |
Tris Base | Merck | 648310 | |
Trypsin (MS grade) | Pierce | 90058 | |
Bradford Reagent | Bio-Rad | 5000205 | |
Urea | Merck | MB1D691237 | |
Supplies | |||
Hypersil Gold C18 column | Thermo | 25002-102130 | |
Micropipettes | Gilson | F167380 | |
Stage tips | MilliPore | ZTC18M008 | |
Zirconia/Silica beads | BioSpec products | 11079110z | |
Equipment | |||
Bead beater (Homogeniser) | Bertin Minilys | P000673-MLYS0-A | |
Microplate reader (spectrophotometer) | Thermo | MultiSkan Go | |
pH meter | Eutech | CyberScan pH 510 | |
Probe Sonicator | Sonics Materials, Inc | VCX 130 | |
Shaking Drybath | Thermo | 88880028 | |
Orbitrap Fusion mass spectrometer | Thermo | FSN 10452 | |
Nano LC | Thermo | EASY-nLC1200 | |
Vacuum concentrator | Thermo | Savant ISS 110 | |
Software | |||
Proteome Discoverer | Thrermo | Proteome Discoverer 2.2.0.388 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır