Name: В центре внимания автора: Улучшенная идентификация изомеров гистонов PTM с помощью LC-TIMS-ToF MS/MS и 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

Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта No. HRD-1547798 и Grant No. HRD-2111661. Эти гранты NSF были присуждены Международному университету Флориды в рамках программы Центров передового опыта исследований в области науки и технологий (CREST). Это вклад под номером 1672 от Института окружающей среды, выдающейся программы при Международном университете Флориды. Дополнительная поддержка была оказана Национальным институтом здравоохранения в рамках гранта No. R21AI135469 Франсиско Фернандес-Лима и Грант No. R01HD106051 Бенджамину А. Гарсиа, а также Национальным научным фондом в рамках гранта No. CHE-2127882 Бенджамину А. Гарсиа. Авторы выражают признательность доктору Марио Гомесу Эрнандесу за первоначальную поддержку во время разработки метода.

ПРИМЕЧАНИЕ: Образцы гистонов были извлечены с использованием метода, адаптированного из Bhanu et al. (2020)12.
1. Пробоподготовка
<ol><li>Сбор культивируемых клеток<ol><li>Когда клетки сливаются на 80%, убедитесь, что они жизнеспособны, используя исключение трипан?...

Протеомный анализ гистонов и характеристика посттрансляционной модификации

<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>

Гистоны — это основные белки, которые регулируют структуру хроматина, взаимодействуя с ДНК в виде октамеров, состоящих из четырех основных гистонов (по два из H2A, H2B, H3 и H4)20. Гистоны содержат многочисленные остатки лизина и аргинина, которые легко модифицируются, что приводи...

В эукариотических клетках ДНК упакована в виде хроматина в функциональные единицы, называемые нуклеосомами. Эти единицы состоят из октамера из четырех основных гистонов (по два H2A, H2B, H3 и H4)1,2,3,4. Гистоны являются одними из самых распространенных и высококонсервативных белков у эукариот, которые в значительной степени ответственныза регуляцию генов. Посттрансляционные модификации гистонов (ПТМ) играют большую роль в регуляции динамики хроматина и управляют различными биологическими процессами, такими как транскрипция, репликацияи репарация ДНК. ПТМ встречаются в основном на доступной поверхности N-концевых участков гистонов, контактирующих с ДНК 3,7. Однако модификации хвоста и ядра влияют на структуру хроматина, изменяя межнуклеосомные взаимодействия и рекрутируя специфические белки 3,8.
Актуальной проблемой при протеомике на основе жидкостной хромато-масс-спектрометрии (ЖХ-МС) является потенциальное совместное элюирование интересующих аналитов. В случае анализа, зависящего от данных (DDA), это приводит к потенциальной потере нескольких ионов-предшественников в процессе регистрации MS/MS9. Времяпролетные приборы (ToF) регистрируют спектры на очень высокой частоте 9,10 (до десятков кГц)11; Это делает их способными быстро сканировать общее количество ионов-предшественников в комплексном образце (MS1), что обеспечивает оптимальную чувствительность и скорость секвенирования MS/MS (до 100 Гц)9 и делает их идеальными для анализа биологическихобразцов10. Тем не менее, чувствительность, доступная при таких высоких скоростях сканирования, ограничена скоростью MS/MS9. Для смягчения этих ограничений было использовано добавление спектрометрии подвижности захваченных ионов (TIMS) в сочетании с ортогональным квадрупольным времяпролетным масс-спектрометром (qToF). В TIMS все ионы-предшественники накапливаются в тандеме и элюируются в зависимости от их подвижности, а не выбирают одиночные массы прекурсоров с помощью квадруполя9. Параллельная последовательная фрагментация накопления (PASEF) позволяет обрабатывать сотни событий MS/MS в секунду без потери чувствительности9.
Основная цель данной работы состояла в том, чтобы показать последние разработки ДДА с использованием параллельного накопления в ловушке подвижности с последующей последовательной фрагментацией и диссоциацией, индуцированной столкновением (CID). ПТМ гистонов были уверенно распределены на основе их времени удержания (RT), подвижности и характера фрагментации.

<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

Белки гистонов очень распространены и консервативны среди эукариот и играют большую роль в регуляции генов в результате структур, известных как посттрансляционные модификации (PTM). Идентификация положения и природы каждого ПТМ или паттерна ПТМ в связи с внешними или генетическими факторами позволяет статистически коррелировать эту информацию с биологическими реакциями, такими как транскрипция, репликация или репарация ДНК. В настоящей работе описан высокопроизводительный аналитический протокол детектирования гистоновых ПТМ из биологических образцов. Использование комплементарной жидкостной хроматографии, спектрометрии подвижности захваченных ионов и времяпролетной масс-спектрометрии (ЖХ-ТИМС-TOF МС/МС) позволяет разделять и присваивать ПТМ наиболее биологически значимые модификации в одном анализе. Описанный подход использует преимущества последних разработок в области зависимого сбора данных (DDA) с использованием параллельного накопления в ловушке подвижности с последующей последовательной фрагментацией и диссоциацией, вызванной столкновением. ПТМ гистонов надежно назначаются в зависимости от времени их удержания, подвижности и характера фрагментации.

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.

В центре внимания автора: Улучшенная идентификация изомеров гистонов PTM с помощью LC-TIMS-ToF MS/MS и PASEF

Скрининг модификации гистонов с использованием жидкостной хроматографии, спектрометрии подвижности захваченных ионов и времяпролетной масс-спектрометрии

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.

Восходящий протеомный рабочий процесс (рис. 7) обычно включает в себя следующее: экстракцию целевого белка (белков) из сырого образца с последующим количественным определением концентрации белка (белков) и последующим фракционированием, обычно с помощью гель-электрофор...

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

Аналитический рабочий процесс, основанный на жидкостной хроматографии, спектрометрии подвижности захваченных ионов и времяпролетной масс-спектрометрии (LC-TIMS-ToF MS/MS) для высокодостоверного и высоковоспроизводимого анализа модификаций гистонов «снизу вверх» и идентификации на основе основных параметров (время удержания [RT], поперечное сечение столкновения [CCS] и точное отношение массы к заряду [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 ...

Предложен метод с использованием протокола экстракции гистонов с эффективностью 95%. Вместе с LC-TIMS-ToF MS/MS можно за короткое время получить скрининг для тех ПТМ, которые присутствуют в гистоне. И, прежде всего, возможность разделения изомеров.Разделение изомерных пептидов, хотя и возможно только с помощью тандемной масс-спектрометрии, часто затруднено. Используя TIMS, мы вводим дополнительное измерение разделения, упрощая идентификацию многих позиционных изомеров. Кроме того, пассивная технология повышает чувствительность этих экспериментов, что еще больше улучшает наши возможности по анализу эпигенетических вариаций.С повышением способности идентифицировать позиции ПТМ появляется возможность дальнейшего определения корреляции между различными факторами окружающей среды или биологическими факторами и их влиянием на эпигеном. Методы, улучшающие и облегчающие анализ гистонов, могут быть применены в нескольких областях исследований, включая медицинскую химию и химию окружающей среды. Динамика подтверждения белка в нативном или поврежденном состояниях будет установлена при внедрении TIMS MS/MS с HDX.С помощью LC-TIMS-ToF MS/MS и Nano LC-TIMS-ToF MS/MS будут отображены различия в PTM, существующие в различных биологических образцах.

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).