Name: تسليط الضوء على المؤلف: تعزيز تحديد أيزومر هيستون PTM من خلال LC-TIMS-ToF MS / MS و PASEF
Uploaded: 2024-01-12T12:50:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Histone Modification Screening using Liquid Chromatography, Trapped Ion Mobility Spectrometry, and Time-Of-Flight Mass Spectrometry at JoVE.com

تستند هذه المواد إلى العمل الذي تدعمه المؤسسة الوطنية للعلوم بموجب المنحة رقم. HRD-1547798 والمنحة رقم. HRD-2111661. تم منح منح NSF هذه إلى جامعة فلوريدا الدولية كجزء من برنامج مراكز التميز البحثي في العلوم والتكنولوجيا (CREST). هذه هي المساهمة رقم 1672 من معهد البيئة ، وهو برنامج بارز في جامعة فلوريدا الدولية. وقدم المعهد الوطني للصحة دعما إضافيا في إطار المنحة رقم. R21AI135469 إلى فرانسيسكو فرنانديز ليما وغرانت لا. R01HD106051 إلى بنيامين أ. غارسيا ، وكذلك من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم بموجب المنحة رقم. CHE-2127882 إلى بنيامين أ. جارسيا. يود المؤلفون أن يشكروا الدعم الأولي للدكتور ماريو غوميز هيرنانديز خلال تطورات الطريقة الأولية.

ملاحظة: تم استخراج عينات هيستون باستخدام طريقة مقتبسة من Bhanu et al. (2020) 12.
1. إعداد العينة
<ol><li>حصاد الخلايا المستزرعة<ol><li>عندما تكون الخلايا متقاربة بنسبة 80٪ ، تأكد من أنها قابلة للحياة باستخدام استبعاد التريبان الأزرق. ملاحظة: تم استخدام خط خلايا HeLa S3 ل...

تحليل بروتينات هيستون وتوصيف التعديل بعد الترجمة

<ol>
	<li>Zhao, Z., Shilatifard, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epigenetic+modifications+of+histones+in+cancer.">Epigenetic modifications of histones in cancer.</a> Genome Biology. 20, 245 (2019).</li><li>Luger, K., Mader, A. W., Richmond, R. K., Sargen, D. F., Richmond, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+structure+of+the+nucleosome+core+particle+at+2.8+&#197;+resolution.">Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 &#197; resolution.</a> Nature. 389 (6648), 251-260 (1997).</li><li>Bentley, G. A., Lewit-Bentley, A., Finch, J. T., Podjarny, A. D., Roth, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+structure+of+the+nucleosome+core+particle+at+16+&#197;+resolution.">Crystal structure of the nucleosome core particle at 16 &#197; resolution.</a> Journal of Molecular Biology. 176 (1), 55-75 (1984).</li><li>Kornberg, R. D., Thomas, J. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chromatin+structure:+Oligomers+of+the+histones:+The+histones+comprise+an+(F2A1)2(F3)2+tetramer,+a+different+oligomer+of+F2A2+and+F2B,+and+monomer+of+F1.">Chromatin structure: Oligomers of the histones: The histones comprise an (F2A1)2(F3)2 tetramer, a different oligomer of F2A2 and F2B, and monomer of F1.</a> Science. 184 (4139), 865-868 (1974).</li><li>Borghini, A., Cervelli, T., Galli, A., Andreassi, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+modifications+in+atherosclerosis:+From+the+past+to+the+future.">DNA modifications in atherosclerosis: From the past to the future.</a> Atherosclerosis. 230 (2), 202-209 (2013).</li><li>Jeanne Dit Fouque, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=34;Double-Down&amp;#34;+mass+spectrometry+of+histone+H4+proteoforms:+Tandem+ultraviolet-photon+and+mobility/mass-selected+electron+capture+dissociations.">34;Double-Down&amp;#34; mass spectrometry of histone H4 proteoforms: Tandem ultraviolet-photon and mobility/mass-selected electron capture dissociations.</a> Analytical Chemistry. 94 (44), 15377-15385 (2022).</li><li>Lawrence, M., Daujat, S., Schneider, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lateral+thinking:+How+histone+modifications+regulate+gene+expression.">Lateral thinking: How histone modifications regulate gene expression.</a> Trends in Genetics. 32 (1), 42-56 (2016).</li><li>Bannister, A. J., Kouzarides, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+chromatin+by+histone+modifications.">Regulation of chromatin by histone modifications.</a> Cell Research. 21 (3), 381-395 (2011).</li><li>Meier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+accumulation-serial+fragmentation+(PASEF):+Multiplying+sequencing+speed+and+sensitivity+by+synchronized+scans+in+a+trapped+ion+mobility+device.">Parallel accumulation-serial fragmentation (PASEF): Multiplying sequencing speed and sensitivity by synchronized scans in a trapped ion mobility device.</a> Journal of Proteome Research. 14 (12), 5378-5387 (2015).</li><li>Chernushevich, I. V., Loboda, A. V., Thomson, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+introduction+to+quadrupole-time-of-flight+mass+spectrometry.">An introduction to quadrupole-time-of-flight mass spectrometry.</a> Journal of Mass Spectrometry. 36 (8), 849-865 (2001).</li><li>Andrews, G. L., Simons, B. L., Young, J. B., Hawridge, A. M., Muddiman, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+characteristics+of+a+new+hybrid+quadrupole+time-of-flight+tandem+mass+spectrometer+(TripleTOF+5600).">Performance characteristics of a new hybrid quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometer (TripleTOF 5600).</a> Analytical Chemistry. 83 (13), 5442-5446 (2011).</li><li>Bhanu, N. V., Sidoli, S., Garcia, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Workflow+for+ultra-rapid+analysis+of+histone+posttranslational+modifications+with+direct-injection+mass+spectrometry.">A Workflow for ultra-rapid analysis of histone posttranslational modifications with direct-injection mass spectrometry.</a> Bio-Protocol. 10 (18), e3756 (2020).</li><li>Xue, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Discovery+of+serum+biomarkers+for+pancreatic+adenocarcinoma+using+proteomic+analysis.">Discovery of serum biomarkers for pancreatic adenocarcinoma using proteomic analysis.</a> British Journal of Cancer. 103 (3), 391-400 (2010).</li><li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversed-phase+chromatography+with+multiple+fraction+concatenation+strategy+for+proteome+profiling+of+human+MCF10S+cells.">Reversed-phase chromatography with multiple fraction concatenation strategy for proteome profiling of human MCF10S cells.</a> Proteomics. 11 (10), 2019-2026 (2011).</li><li>Mertins, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+proteomic+analysis+of+posttranslational+modifications+by+serial+enrichment.">Integrated proteomic analysis of posttranslational modifications by serial enrichment.</a> Nature Methods. 10 (7), 634-637 (2012).</li><li>Meier, F., Park, M. A., Mann, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapped+ion+mobility+spectrometry+and+parallel+accumulation-serial+fragmentation+in+proteomics.">Trapped ion mobility spectrometry and parallel accumulation-serial fragmentation in proteomics.</a> Molecular &amp; Cellular Proteomics. 20, 100138 (2021).</li><li>Romson, J., Emmer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+calibration+options+for+accurate+electrospray+ionization+mass+spectrometry.">Mass calibration options for accurate electrospray ionization mass spectrometry.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 467, 11619 (2021).</li><li>Dupree, E. J., Jayathirtha, M., Yorkie, H., Mihasan, M., Petre, B. A., Darie, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+critical+review+of+bottom-up+proteomics:+The+good,+the+bad,+and+the+future+of+this+field.">A critical review of bottom-up proteomics: The good, the bad, and the future of this field.</a> Proteomes. 8 (3), 14 (2020).</li><li>Ho, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bottom-up+structural+proteomics:+cryoEM+of+protein+complexes+enriched+from+the+cellular+milieu.">Bottom-up structural proteomics: cryoEM of protein complexes enriched from the cellular milieu.</a> Nature Methods. 17 (1), 79-85 (2020).</li><li>Eickbush, T., Moudrianakis, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+histone+core+complex:+an+octamer+assembled+by+two+sets+of+protein-protein+interactions.">The histone core complex: an octamer assembled by two sets of protein-protein interactions.</a> Biochemistry. 17 (23), 4955-4964 (1978).</li><li>Sadakierska-Chudy, A., Filip, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Comprehensive+view+of+the+epigenetic+landscape.+Part+II:+Histone+posttranslational+modification,+nucleosome+level,+and+chromatin+regulation+by+ncRNAs.">A Comprehensive view of the epigenetic landscape. Part II: Histone posttranslational modification, nucleosome level, and chromatin regulation by ncRNAs.</a> Neurotoxicity Research. 27 (2), 172-197 (2015).</li><li>Tan, H. T., Low, J., Lim, S. G., Chung, M. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Serum+autoantibodies+as+biomarkers+for+early+cancer+detection.">Serum autoantibodies as biomarkers for early cancer detection.</a> The FEBS Journal. 276 (23), 6880-6904 (2009).</li><li>Huang, R. X., Zhou, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+damage+response+pathways+and+targets+for+radiotherapy+sensitization+in+cancer.">DNA damage response pathways and targets for radiotherapy sensitization in cancer.</a> Signal Transduction and Targeted Therapy. 5 (1), 60 (2020).</li><li>Dantuma, N. P., van Attikum, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+regulation+of+posttranslational+modifications+in+the+DNA+damage+response.">Spatiotemporal regulation of posttranslational modifications in the DNA damage response.</a> The EMBO Journal. 35 (1), 6-23 (2016).</li><li>Tanner, S., Pevzner, P. A., Bafna, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unrestrictive+identification+of+posttranslational+modifications+through+peptide+mass+spectrometry.">Unrestrictive identification of posttranslational modifications through peptide mass spectrometry.</a> Nature Protocols. 1 (1), 67-72 (2006).</li><li>Dolan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LC+column+problems+everywhere+1.">LC column problems everywhere 1.</a> LCGC North America. 28 (9), 500-504 (2015).</li><li>Brusniak, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+assessment+of+current+bioinformatic+solutions+for+analyzing+LC-MS+data+acquired+by+selected+reaction+monitoring+technology.">An assessment of current bioinformatic solutions for analyzing LC-MS data acquired by selected reaction monitoring technology.</a> Proteomics. 12 (8), 1176-1184 (2012).</li><li>Cham, J. A., Bianco, L., Bessant, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Free+computational+resources+for+designing+selected+reaction+monitoring+transitions.">Free computational resources for designing selected reaction monitoring transitions.</a> Proteomics. 10 (6), 1106-1126 (2010).</li><li>Colangelo, C. M., Chung, L., Bruce, C., Cheung, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+software+tools+for+design+and+analysis+of+large+scale+MRM+proteomic+datasets.">Review of software tools for design and analysis of large scale MRM proteomic datasets.</a> Methods. 61, 287-298 (2013).</li></ol>

الهستونات هي بروتينات أساسية تنظم بنية الكروماتين من خلال التفاعل مع الحمض النووي في شكل أوكتامرات تتكون من أربعة هيستون أساسية (اثنان من كل من H2A و H2B و H3 و H4)20. تحتوي الهستونات على العديد من بقايا اللايسين والأرجينين ، والتي يتم تعديلها بسهولة ، مما يؤدي إلى PTMs واسعة النطاق ال?...

في الخلايا الحقيقية النوى، يحزم الحمض النووي (DNA) في صورة كروماتين في صورة كروماتين في وحدات وظيفية تسمى النيوكليوسومات. تتكون هذه الوحدات من ثماني من أربعة هيستون أساسية (اثنان من كل من H2A و H2B و H3 و H4) 1،2،3،4. تعد الهستونات من بين البروتينات الأكثر وفرة وحفظا في حقيقيات النوى ، والتي تكون مسؤولة إلى حد كبير عن تنظيم الجينات5. تلعب تعديلات هيستون بعد الترجمة (PTMs) دورا كبيرا في تنظيم ديناميكيات الكروماتين وتلاعب العمليات البيولوجية المختلفة مثل نسخ الحمض النووي والنسخ المتماثل والإصلاح6. تحدث PTMs بشكل أساسي على السطح الذي يمكن الوصول إليه للمناطق الطرفية N من الهستونات التي تتلامس مع DNA 3,7. ومع ذلك ، تؤثر تعديلات الذيل واللب على بنية الكروماتين ، وتغيير التفاعلات بين النوكليوسوم وتجنيد بروتينات معينة 3,8.
يتمثل التحدي الحالي خلال البروتيوميات القائمة على قياس الطيف الكتلي للكروماتوغرافيا السائلة (LC-MS) في الشطف المشترك المحتمل للتحليلات ذات الأهمية. وفي حالة التحليلات المعتمدة على البيانات، يترجم ذلك إلى فقدان محتمل للعديد من أيونات السلائف أثناء عملية اقتناء MS/MS 9. تكتسب أجهزة وقت الطيران (ToF) أطيافا بتردد عال جدا 9,10 (حتى عشرات kHz)11 ؛ وهذا يجعلها قادرة على المسح السريع لإجمالي أيونات السلائف داخل عينة معقدة (MS1) ، مما يعد بالحساسية المثلى ومعدلات تسلسل MS / MS (حتى 100 هرتز)9 ويجعلها مثالية لتحليل العينات البيولوجية10. ومع ذلك ، فإن الحساسية المتاحة في معدلات الفحص العالية هذه محدودة بمعدل MS / MS9. تم استخدام إضافة مطياف الحركة الأيونية المحبوسة (TIMS) بالاقتران مع مطياف الكتلة المتعامد رباعي الأقطاب (qToF) للتخفيف من هذه القيود. في TIMS ، تتراكم جميع أيونات السلائف جنبا إلى جنب ويتم استخلاصها كدالة لحركتها ، بدلا من اختيار كتل سليفة مفردة ذات رباعيالقطب 9. يسمح التراكم المتوازي - التجزئة التسلسلية (PASEF) بمئات أحداث MS / MS في الثانية دون أي فقدان للحساسية9.
كان الهدف الرئيسي من هذا العمل هو إظهار التطورات الأخيرة ل DDA باستخدام التراكم المتوازي في فخ التنقل الذي يتبعه التجزئة المتتالية والتفكك الناجم عن الاصطدام (CID). تم تعيين Histone PTMs بثقة بناء على أوقات الاحتفاظ (RTs) ، والتنقلات ، وأنماط التجزئة.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>-80 &#176;C Freezer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1x Phosphate Buffered Saline (PBS), pH 7.4</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10010023</td>
			<td>Animal Origin-Free</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 mL Pipette Tips</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>94060710</td>
			<td>Finntip Flex 1000 &#956;L, nonsterile, nonfiltered, racked tips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 mL Microcentrifuge Tubes</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>14-282-300</td>
			<td>Use these tubes for the simple and safe processing of sample volumes up to 1.5 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 &#181;L Pipette Tips</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>94060100</td>
			<td>Finntip Flex, 10 &#956;L, nonsterile, non-filtered, racked</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10% NP-40</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>28324</td>
			<td>NP-40 Surfact-Amps Detergent Solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10x Dulbecco&#8217;s PBS without Ca2+/Mg2+</td>
			<td>(Mediatech)</td>
			<td>MT21031CM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL Conical Tubes</td>
			<td>Corning</td>
			<td>352196</td>
			<td>Falcon Conical Centrifuge Tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200 &#181;L Gel-Loading Pipette Tips</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>02-707-138</td>
			<td>Fisherbrand&#160;Gel-Loading Tips, 1&#8211;200 &#956;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200 &#181;L Pipette Tips</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>94060310</td>
			<td>Finntip Flex 200&#956;L, nonsterile, nonfiltered, racked tips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2x Laemmli Sample Buffer</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1610737</td>
			<td>Premixed protein sample buffer for SDS-PAGE</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL Conical Tubes</td>
			<td>Corning</td>
			<td>352070</td>
			<td>Falcon Conical Centrifuge Tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well flat bottom plate</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12565501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well plate, V-Bottom 600 &#956;L</td>
			<td>Axygen</td>
			<td>P-DW-500-C-S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>179124</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile (ACN)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A998</td>
			<td>HPLC, Fisher Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile with 0.1% Formic acid (v/v), LC/MS Grade</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>LS120</td>
			<td>Optima LC/MS Grade, Thermo Scientific</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AEBSF</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>328110500</td>
			<td>AEBSF hydrochloride, 98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium bicarbonate, NH4HCO3</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>09830</td>
			<td>BioUltra, &#8805;99.5% (T)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium hydroxide solution, NH4OH</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>AX1303</td>
			<td>Meets ACS Specifications, Meets Reagent Specifications for testing USP/NF monographs GR ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Argon (Ar)</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>AR HP 300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BEH C18 HPLC column</td>
			<td>Waters</td>
			<td>186003625</td>
			<td>XBridge Peptide BEH C18 Column, 300 &#197;, 5 &#181;m, 4.6 mm X 250 mm, 1K&#8211;15K</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin (BSA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A7906</td>
			<td>Heat shock fraction, pH 7, &#8805;98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride, CaCl2</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C4901</td>
			<td>Anhydrous, powder, &#8805;97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell dissociation buffer</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>13151014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic scoring wafer</td>
			<td>Restek</td>
			<td>20116</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compass DataAnalysis 6.0</td>
			<td>Bruker Datonics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compass HyStar 6.2</td>
			<td>Bruker Daltonics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compass IsotopePattern</td>
			<td>Bruker Daltonics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compass timsControl 4.1</td>
			<td>Bruker Daltonics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coomassie Brilliant Blue R-250</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1610436</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deep Well, 96-Well Microplate, 2.0 mL</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>89237526</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable Cell Lifters</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>&#160;08100240</td>
			<td>Fisherbrand Cell Lifters; Disposable lifters quickly remove cell layers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable Pellet Pestles</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12-141-363</td>
			<td>Fisherbrand&#160;Pellet Pestles; Resuspend protein and DNA pellets or grind soft tissue in microcentrifuge tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dithiothreitol (DTT)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>P2325</td>
			<td>1 M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formic acid (FA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>695076</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;96%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fused silica capillary 75 &#956;m ID x 363 &#956;m OD</td>
			<td>(Molex (Polymicro)</td>
			<td>TSP075375</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glacial Acetic Acid</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A38S</td>
			<td>Acetic Acid, Glacial (Certified ACS), Fisher Chemical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Pasteur Pipettes</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>BR747725-1000EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-Performance Liquid Chromatograph</td>
			<td>&#160;Shimadzu</td>
			<td></td>
			<td>Shimadzu Prominence 20 HPLC UFLC System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid, HCl</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>258148</td>
			<td>ACS reagent, 37%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypercarb 30-40 &#956;m Carbon 150&#8211;300 &#197;</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>60106-402</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypersep cartridge</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>60109-404</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LC/MS Calibration Standard, for ESI-ToF</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>G1969-85000</td>
			<td>TuningMix</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride, MgCl2</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M8266</td>
			<td>Anhydrous, &#8805;98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol, for HPLC</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A454</td>
			<td>Optima for HPLC, Fisher Chemical&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge Tube Adapters</td>
			<td>GL Sciences</td>
			<td>501021514</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcystin</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>50-200-8727</td>
			<td>Enzo Life Sciences&#160;Microcystin-LA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MS sample vial, LaPhaPack, Snap, 12 mm x 32 mm</td>
			<td>LEAP PAL Parts</td>
			<td>LAP.11190933</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanodrop</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>model: ND3300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen (N2)</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>NI UHP300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEAKS Studio X+</td>
			<td>Bioinformatic Solutions</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH indicator strips, Instachek</td>
			<td>Micro Essential Lab</td>
			<td>JR-113</td>
			<td>Model: Hydrion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride, KCl</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P3911</td>
			<td>ACS reagent, 99.0%&#8211;100.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure Injection Cell</td>
			<td>Next Advance</td>
			<td>&#160;model: PC77</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Propionic Anhydride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>8.00608</td>
			<td>For synthesis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refrigerated Centrifuge (700&#8211;18,000 x g)</td>
			<td>NuAire, model: Nuwind</td>
			<td>NU-C200V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reprosil-Pur 120 C18-AQ 3 &#956;m, 3 g</td>
			<td>ESI Source Solutions</td>
			<td>r13.aq.0003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SDS-PAGE Gels</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>4569035</td>
			<td>Any kD precast polyacrylamide gel, 8.6 cm &#215; 6.7 cm (W &#215; L), for use with Mini-PROTEAN Electrophoresis Cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium butyrate</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A11079.06</td>
			<td>98+%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride, NaCl</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S9888</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPE disk, C18</td>
			<td>VWR</td>
			<td>76333-134</td>
			<td>Empore SPE disk, C18, CDS Analytical, 90 mm x 0.5 mm, 12 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SpeedVac+ vacuum pump and plate rotor</td>
			<td>Savant</td>
			<td>model: SC210A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>1.07651</td>
			<td>suitable for microbiology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid, H2SO4&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>339741</td>
			<td>99.999%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TIMS-ToF Mass Spectrometer</td>
			<td>Bruker Daltonics</td>
			<td></td>
			<td>model Tims tof ms</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trichloroacetic acid solution, TCA</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>T0699</td>
			<td>6.1&#160;N</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trifluoroacetic acid (TFA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>302031</td>
			<td>Suitable for HPLC, &#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triversa Nanomate</td>
			<td>Advion</td>
			<td>model: TR263</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TrypsinProtease, MS Grade</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>90057</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube rotator</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>88881001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex Mixer</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>88880017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water with 0.1% Formic acid (v/v), LC/MS Grade</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>LS118</td>
			<td>Optima LC/MS Grade, Thermo Scientific&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

histone modification screening using liquid chromatography, trapped ion mobility spectrometry, and time-of-flight mass spectrometry

بروتينات هيستون وفيرة للغاية ومحفوظة بين حقيقيات النوى وتلعب دورا كبيرا في تنظيم الجينات نتيجة للهياكل المعروفة باسم تعديلات ما بعد الترجمة (PTMs). إن تحديد موضع وطبيعة كل PTM أو نمط من PTMs بالإشارة إلى العوامل الخارجية أو الوراثية يسمح بربط هذه المعلومات إحصائيا بالاستجابات البيولوجية مثل نسخ الحمض النووي أو التكرار أو الإصلاح. في العمل الحالي ، تم وصف بروتوكول تحليلي عالي الإنتاجية للكشف عن PTMs هيستون من العينات البيولوجية. يتيح استخدام الكروماتوغرافيا السائلة التكميلية ، ومطياف الحركة الأيونية المحاصرة ، وقياس الطيف الكتلي لوقت الرحلة (LC-TIMS-ToF MS / MS) فصل وتعيين PTM للتعديلات الأكثر صلة بيولوجيا في تحليل واحد. يستفيد النهج الموصوف من التطورات الأخيرة في الحصول على البيانات التابعة (DDA) باستخدام التراكم المتوازي في فخ التنقل ، يليه التجزئة المتسلسلة والتفكك الناجم عن الاصطدام. يتم تعيين Histone PTMs بثقة بناء على وقت الاحتفاظ والتنقل ونمط التجزئة.

In eukaryotic cells, DNA is packaged as chromatin into functional units called nucleosomes. These units are composed of an octamer of four core histones (two each of H2A, H2B, H3, and H4)1,2,3,4. Histones are amongst the most abundant and highly conserved proteins in eukaryotes, which are largely responsible for gene regulation5. Histone posttranslational modifications (PTMs) play a large role in the regulation of chromatin dynamics and rigger various biological processes such as DNA transcription, replication, and repair6. PTMs occur primarily on the accessible surface of the N-terminal regions of histones that are in contact with DNA3,7. However, tail and core modifications influence chromatin structure, altering inter-nucleosome interactions and recruiting specific proteins3,8.
A current challenge during liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS)-based proteomics is the potential co-elution of analytes of interest. In the case of data-dependent analyses (DDA), this translates into the potential loss of several precursor ions during the MS/MS acquisition process9. Time-of-flight (ToF) instruments acquire spectra at very high frequency9,10 (up to tens of kHz)11; this makes them capable of rapidly scanning the total precursor ions within a complex sample (MS1), thus promising optimal sensitivity and MS/MS sequencing rates (up to 100 Hz)9 and making them ideal for biological sample analysis10. Nevertheless, the sensitivity available at these high scan rates is limited by the MS/MS rate9. The addition of trapped ion mobility spectrometry (TIMS) in combination with an orthogonal quadrupole time-of-flight (qToF) mass spectrometer was used to mitigate these limitations. In TIMS, all precursor ions are accumulated in tandem and eluted as a function of their mobility, rather than selecting single precursor masses with a quadrupole9. Parallel accumulation-serial fragmentation (PASEF) allows for hundreds of MS/MS events per second without any loss of sensitivity9.
The principal aim of this work was to show the recent developments of DDA using parallel accumulation in the mobility trap followed by sequential fragmentation and collision-induced dissociation (CID). Histone PTMs were confidently assigned based on their retention times (RTs), mobilities, and fragmentation patterns.

تسليط الضوء على المؤلف: تعزيز تحديد أيزومر هيستون PTM من خلال LC-TIMS-ToF MS / MS و PASEF

فحص تعديل الهستون باستخدام اللوني السائل ، ومطياف حركة الأيونات المحاصرة ، وقياس الطيف الكتلي لوقت الرحلة

A method is proposed using histone extraction protocol with 95%efficiency. Together with LC-TIMS-ToF MS/MS, in a short time, it is possible to obtain a screening for those PTMs present in the histone. And above all, the possibility of separating isomers.The separation of isomeric peptides though possible using tandem mass spectrometry alone is often difficult. By incorporating TIMS, we introduce an extra dimension of separation, simplifying many positional isomer identifications. In addition, passive technology increases the sensitivity of these experiments, further improving our ability to analyze epigenetic variations.With the increased ability to identify PTM positions, there comes the ability to further determine the correlation between various environmental or biological factors, and their effects on the epigenome. Methods that improve and facilitate analysis of histones can be applied to several research areas, including medical and environmental chemistry. The dynamics of protein confirmation in native or damaged states will be established from the implementation of TIMS MS/MS with HDX.Through LC-TIMS-ToF MS/MS and Nano LC-TIMS-ToF MS/MS, the differences in PTM existing in various biological sample will be charted.

عادة ما يتضمن سير العمل البروتيني من أسفل إلى أعلى (الشكل 7) ما يلي: استخراج البروتين (البروتينات) المستهدف من عينة خام ، متبوعا بتحديد تركيز البروتين (البروتينات) ، ثم التجزئة ، عادة عن طريق الرحلان الكهربائي الهلامي أو اللوني السائل. بعد التجزئة ، يتم هضم البروتينات باستخد?...

Watch this Scientific Journal Video about Histone Modification Screening using Liquid Chromatography, Trapped Ion Mobility Spectrometry, and Time-Of-Flight Mass Spectrometry at JoVE.com

سير عمل تحليلي يعتمد على الكروماتوغرافيا السائلة ، ومطياف حركة الأيونات المحاصرة ، وقياس الطيف الكتلي لوقت الرحلة (LC-TIMS-ToF MS / MS) للحصول على ثقة عالية وتحليل "من أسفل إلى أعلى" قابل للتكرار للغاية لتعديلات الهستون وتحديد الهوية بناء على المعلمات الرئيسية (وقت الاحتفاظ [RT] ، المقطع العرضي للتصادم [CCS] ، ونسبة الكتلة إلى الشحنة الدقيقة [m / z]).

Histone proteins are highly abundant and conserved among eukaryotes and play a large role in gene regulation as a result of structures known as ...

تم اقتراح طريقة باستخدام بروتوكول استخراج الهستون بكفاءة 95٪. جنبا إلى جنب مع LC-TIMS-ToF MS / MS ، في وقت قصير ، من الممكن الحصول على فحص لتلك PTMs الموجودة في الهستون. وقبل كل شيء ، إمكانية فصل الأيزومرات.غالبا ما يكون فصل الببتيدات الأيزومرية ممكنا باستخدام مطياف الكتلة الترادفي وحده أمرا صعبا. من خلال دمج TIMS ، نقدم بعدا إضافيا للفصل ، مما يبسط العديد من تحديدات الأيزومرات الموضعية. بالإضافة إلى ذلك ، تزيد التكنولوجيا السلبية من حساسية هذه التجارب ، مما يحسن قدرتنا على تحليل الاختلافات اللاجينية.مع زيادة القدرة على تحديد مواقع PTM ، تأتي القدرة على تحديد العلاقة بين العوامل البيئية أو البيولوجية المختلفة ، وتأثيراتها على epigenome. يمكن تطبيق الطرق التي تعمل على تحسين وتسهيل تحليل الهستونات على العديد من مجالات البحث ، بما في ذلك الكيمياء الطبية والبيئية. سيتم إنشاء ديناميكيات تأكيد البروتين في الحالات الأصلية أو التالفة من تنفيذ TIMS MS / MS مع HDX.من خلال LC-TIMS-ToF MS / MS و Nano LC-TIMS-ToF MS / MS ، سيتم رسم الاختلافات في PTM الموجودة في عينات بيولوجية مختلفة.

histone-modification-screening-using-liquid-chromatography-trapped

Research

JoVE Journal

Chemistry

Histone Modification Screening using Liquid Chromatography, Trapped Ion Mobility Spectrometry, and Time-Of-Flight Mass Spectrometry

Histone proteins are highly abundant and conserved among eukaryotes and play a large role in gene regulation as a result of structures known as posttranslational modifications (PTMs). Identifying the position and nature of each PTM or pattern of PTMs in reference to external or genetic factors allows this information to be statistically correlated with biological responses such as DNA transcription, replication, or repair. In the present work, a high-throughput analytical protocol for the detection of histone PTMs from biological samples is described. The use of complementary liquid chromatography, trapped ion mobility spectrometry, and time-of-flight mass spectrometry (LC-TIMS-ToF MS/MS) enables the separation and PTM assignment of the most biologically relevant modifications in a single analysis. The described approach takes advantage of recent developments in dependent data acquisition (DDA) using parallel accumulation in the mobility trap, followed by sequential fragmentation and collision-induced dissociation. Histone PTMs are confidently assigned based on their retention time, mobility, and fragmentation pattern.

An analytical workflow based on liquid chromatography, trapped ion mobility spectrometry, and time-of-flight mass spectrometry (LC-TIMS-ToF MS/MS) for high confidence and highly reproducible "bottom-up" analysis of histone modifications and identification based on principal parameters (retention time [RT], collision cross section [CCS], and accurate mass-to-charge [m/z] ratio).