هنا ، نقدم بروتوكولا لإثراء فوسفاتيز البروتين الفوسفوبروتين الداخلي المنشأ وبروتيناتها المتفاعلة من الخلايا والأنسجة وتحديدها وتحديدها كميا بواسطة البروتيوميات القائمة على قياس الطيف الكتلي.
مقالة منهجية
هنا ، نقدم بروتوكولا لإثراء فوسفاتيز البروتين الفوسفوبروتين الداخلي المنشأ وبروتيناتها المتفاعلة من الخلايا والأنسجة وتحديدها وتحديدها كميا بواسطة البروتيوميات القائمة على قياس الطيف الكتلي.
يتم تنظيم معظم العمليات الخلوية عن طريق فسفرة البروتين الديناميكية. أكثر من ثلاثة أرباع البروتينات مفسفرة ، وفوسفاتيز البروتين الفوسفوبروتيني (PPPs) تنسق أكثر من 90٪ من جميع عمليات إزالة الفوسفور الخلوية من السيرين / الثريونين. وقد تورط تحرير فسفرة البروتين في الفيزيولوجيا المرضية لمختلف الأمراض، بما في ذلك السرطان والتنكس العصبي. وعلى الرغم من نشاطها الواسع النطاق، فإن الآليات الجزيئية التي تتحكم في الشراكات بين القطاعين العام والخاص وتلك التي تسيطر عليها الشراكات بين القطاعين العام والخاص لا تتسم بخصائص كافية. هنا ، يتم وصف نهج بروتيني يسمى حبات مثبطات الفوسفاتيز وقياس الطيف الكتلي (PIB-MS) لتحديد وقياس PPPs ، وتعديلاتها بعد الترجمة ، ومفاعلاتها المتفاعلة في أقل من 12 ساعة باستخدام أي خط خلية أو أنسجة. يستخدم PIB-MS مثبطا غير انتقائي لتعادل القوة الشرائية ، microcystin-LR (MCLR) ، مثبتا على حبات السيفاروز لالتقاط وإثراء PPPpps الذاتية المنشأ والبروتينات المرتبطة بها (تسمى PPPome). لا تتطلب هذه الطريقة التعبير الخارجي للإصدارات الموسومة من PPPs أو استخدام أجسام مضادة محددة. يقدم PIB-MS طريقة مبتكرة لدراسة الشراكات بين القطاعين العام والخاص المحفوظة تطوريا وتوسيع فهمنا الحالي لإشارات إزالة الفسفرة.
تتحكم فسفرة البروتين في معظم العمليات الخلوية ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الاستجابة لتلف الحمض النووي ، وإشارات عامل النمو ، والمرور عبر الانقسام1،2،3. في خلايا الثدييات ، يتم فسفوريلات غالبية البروتينات في واحد أو أكثر من بقايا سيرين أو ثريونين أو التيروزين في وقت ما ، مع فوسفوسرين وفوسفوثريونين يشكلون حوالي 98 ٪ من جميع مواقع الفسفرة 2,3. في حين تمت دراسة الكينازات على نطاق واسع في الإشارات الخلوية ، فإن دور الشراكات بين القطاعين العام والخاص في تنظيم العمليات الخلوية الديناميكية لا يزال ناشئا.
يتم التحكم في ديناميكيات الفسفرة من خلال التفاعل الديناميكي بين الكينازات والفوسفاتيز. في خلايا الثدييات ، هناك أكثر من 400 كيناز بروتين يحفز فسفرة سيرين / ثريونين. أكثر من 90٪ من هذه المواقع يتم نزع الفوسفوريلات بواسطة فوسفاتيز البروتين الفوسفوبروتيني (PPPs) ، وهي عائلة صغيرة من الإنزيمات التي تتكون من PP1 و PP2A و PP2B و PP4-7 و PPT و PPZ 2,3. PP1 و PP2A مسؤولان عن غالبية إزالة الفوسفوسرين والفوسفوثريونين داخل الخلية2،3،4. أدى الاختلاف الملحوظ في العدد بين الكينازات والفوسفاتيز وعدم خصوصية الوحدات الفرعية الحفازة PPP في المختبر إلى الاعتقاد بأن الكينازات هي المحدد الرئيسي للفسفرة 2,3. ومع ذلك ، فقد أظهرت دراسات متعددة أن الفوسفاتيز يؤسس خصوصية الركيزة من خلال تكوين إنزيمات هولو متعددة الميريك5،6،7،8،9. على سبيل المثال ، PP1 هو غير متجانس يتكون من وحدة فرعية حفازة ، وفي وقت معين ، واحد من أكثر من 150 وحدة فرعية تنظيمية 6,7,8. على العكس من ذلك ، PP2A هو متغاير يتكون من سقالات (A) ، ووحدة تنظيمية (B) ، ووحدة فرعية حفازة (C) 2,3,9. هناك أربع عائلات متميزة من الوحدات الفرعية التنظيمية PP2A (B55 و B56 و PR72 و striatin) ، لكل منها جينات متعددة ، ومتغيرات الربط ، وأنماط التوطين2،3،9. وتسد الطبيعة المتعددة للشراكات بين القطاعين العام والخاص الفجوة في عدد الكينازات والوحدات الفرعية الحفازة لتعادل القوة الشرائية. ومع ذلك ، فإنه يخلق تحديات تحليلية لدراسة إشارات الشراكة بين القطاعين العام والخاص. لتحليل إشارات PPP بشكل شامل ، من الأهمية بمكان التحقيق في مختلف الإنزيمات الهولونية داخل الخلية أو الأنسجة. تم إحراز تقدم كبير في دراسة الكينومي البشري من خلال استخدام حبات مثبطات الكيناز ، التي يطلق عليها اسم حبات مثبطات الإرسال المتعددة أو الخرز ، وهي استراتيجية بروتينية كيميائية حيث يتم تجميد مثبطات الكيناز على الخرز ويستخدم قياس الطيف الكتلي لتحديد الكينازات المخصبة وتفاعلها10،11،12،13.
لقد أنشأنا نهجا مشابها لدراسة بيولوجيا الشراكة بين القطاعين العام والخاص. تتضمن هذه التقنية التقاط التقارب للوحدات الفرعية الحفازة PPP باستخدام الخرز مع مثبط PPP غير انتقائي غير متحرك يسمى microcystin-LR (MCLR) يسمى حبات مثبطات الفوسفاتيز (PIBs) 14,15. على عكس الطرق الأخرى التي تتطلب وضع علامات داخلية أو التعبير عن الوحدات الفرعية لتعادل القوة الشرائية الخارجية التي يمكن أن تغير نشاط البروتين أو توطينه ، يسمح PIB-MS بإثراء الوحدات الفرعية المحفزة لتعادل القوة الشرائية الذاتية المنشأ ، والوحدات الفرعية التنظيمية والسقالات المرتبطة بها ، والبروتينات المتفاعلة (تسمى PPPome) من الخلايا والأنسجة في نقطة زمنية معينة أو في ظل ظروف علاج محددة. يمنع MCLR PP1 و PP2A و PP4-6 و PPT و PPZ بتركيزات نانومولية ، مما يجعل PIBs فعالة للغاية في إثراء PPPome16. يمكن تحجيم هذه الطريقة لاستخدامها على أي مادة أولية من الخلايا إلى العينات السريرية. هنا ، نصف بالتفصيل استخدام PIBs وقياس الطيف الكتلي (PIB-MS) لالتقاط وتحديد وقياس PPPome الداخلي وحالات تعديله بكفاءة.

الشكل 1: ملخص مرئي لبروتوكول PIB-MS. في تجربة PIB-MS ، يمكن الحصول على عينات بأشكال مختلفة ، من الخلايا إلى الأورام. يتم جمع العينة وتحليلها وتجانسها قبل إثراء تعادل القوة الشرائية. للإثراء من أجل الشراكات بين القطاعين العام والخاص، يتم احتضان الليزات مع PIBs مع أو بدون مثبط PPP، مثل MCLR. ثم يتم غسل PIBs ، ويتم التخلص من PPPs في ظروف تمسخ. يتم إعداد العينات لتحليل الطيف الكتلي عن طريق إزالة المنظفات من خلال إثراء البروتين SP3 ، والهضم التربتيكي ، وإزالة الملح. يمكن بعد ذلك وضع علامة TMT اختياريا على العينات قبل تحليل مطياف الكتلة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
يتضمن PIB-MS تحلل وتوضيح الخلايا أو الأنسجة ، وحضانة الليزات باستخدام PIBs ، والاستخلاص ، وتحليل اللوات عبر النشاف الغربي أو النهج القائمة على قياس الطيف الكتلي (الشكل 1). يمكن استخدام إضافة MCLR المجاني كعنصر تحكم لتمييز روابط PIB المحددة عن الجهات الفاعلة غير المحددة. بالنسبة لمعظم التطبيقات ، يمكن استخدام نهج خال من الملصقات لتحديد البروتينات مباشرة في المراوغة. وفي الحالات التي تكون فيها هناك حاجة إلى مزيد من الدقة في التحديد الكمي أو تحديد الأنواع منخفضة الوفرة، يمكن استخدام مزيد من المعالجة باستخدام وسم العلامات الجماعية الترادفية (TMT) لزيادة التغطية وتقليل المدخلات.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ملاحظة: يتم توليد PIBs كما هو موضح من قبل Moorhead et al. ، حيث يقترن 1 ملغ من microcystin وحوالي 6 مل من sepharose لتوليد PIBs بقدرة ربط تصل إلى 5 mg / mL17.
1. إعداد العينات
ملاحظة: كمية البدء النموذجية ل PIB-MS هي 1 ملغ من البروتين الكلي لكل حالة. في هذه التجربة ، تم استخدام ما يقرب من 2.5 × 106 خلايا HeLa لاستخراج 1 ملغ من البروتين. يجب إجراء هذا الحساب لكل خط خلية أو نسيج يتم استخدامه في تجربة18. إذا كانت العينة محدودة ولا يمكن الحصول على 1 ملغ ، يمكن تقليل كمية المدخلات مع فقدان طفيف للكشف عن الوحدة الفرعية PPP. بدلا من ذلك ، يمكن استخدام وضع علامات TMT للسماح بخلط جميع الظروف في عينة واحدة ، مما يزيد من حساسية الكشف كما هو موضح في الخطوة 9.
2. إعداد PIBs
3. حضانة PIBs مع lysates
4. غسل PIBs
5. إلغاء الشراكات بين القطاعين العام والخاص من PIBs
6. إزالة المنظفات
ملاحظة: يمكن استخدام طرق مختلفة لإزالة المنظفات من عينات الإزالة لتحليل التصلب المتعدد. وجدنا أن إعداد العينات المعزز بالطور الصلب (SP3) ، الذي وصفه هيوز وآخرون ، يعمل بشكل جيد19.
7. هضم البروتينات
8. تحلية الهضم
9. وضع العلامات TMT
ملاحظة: يتم استخدام وسم العلامة الترادفية الكتلة لتعدد العينات للتحليل الكمي. قارورة 0.8 ملغ من كاشف TMT كافية لوضع علامات تصل إلى 0.8 ملغ من البروتين21. في تجربة سحب PIB بدءا من 1 ملغ من البروتين ، يتم الحصول على 1-3 ميكروغرام من الوحدات الفرعية للبروتين الفوسفوبروتيني. البروتوكول أدناه هو الأمثل لما يصل إلى 10 ميكروغرام من البروتين.
10. تحلية العينة المدمجة التي تحمل علامة TMT
11. تحليل البيانات
ملاحظة: تختلف طرق تصفية البيانات وتحليلها وتخرج عن نطاق هذا البروتوكول، ولكن يتم تضمين الملاحظات التالية حول التحليل لتوفير إرشادات خاصة بنوع البيانات الناتجة عن هذا البروتوكول.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الشكل 2: تحديد روابط PIBs محددة . (أ) يمكن تحليل مجموعة متنوعة من أنواع الأنسجة أو الخلايا عبر PIB-MS. تمت معالجة خلايا HeLa في الثلاثي البيولوجي إما باستخدام DMSO أو MCLR المثبط ل PPP ، وتم احتضانها باستخدام PIBs ، وتم تحليلها عبر LC-MS / MS. (B) مخطط بركان لتحليل PIB-MS في DMSO و MCLR معالج ب...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
PIB-MS هو نهج بروتينات كيميائية يستخدم لتحديد ملامح PPPome كميا من مصادر عينة مختلفة في تحليل واحد. تم القيام بالكثير من العمل باستخدام حبات مثبطات كيناز لدراسة الكينوم وكيف يتغير في السرطان والحالات المرضية الأخرى10،11،12،13. ومع ذلك، فإن دراسة PPPome متخلفة عن الركب. نتوقع أن يكون هذا النهج قادرا على سد هذه الفجوة وإلقاء الضوء على تنظيم إزالة الفسفرة الخلوية. هنا ، نظهر أنه باستخدام PIBs ، يم...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه ولا تضارب في المصالح.
تعترف A.N.K. بالدعم المقدم من NIH R33 CA225458 و R35 GM119455. نشكر مختبري Kettenbach و Gerber على مناقشتهما المفيدة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| الأسيتونيتريل (ACN) | هانيويل | AH015-4 | تحذير: ACN قابل للاشتعال وسام ؛ ارتد القفازات ، واعمل في غطاء دخان كيميائي. |
| الأسيتونيتريل اللامائي | سيجما ألدريتش | 271004-100 مل | تحذير: ACN قابل للاشتعال وسام ؛ ارتد القفازات واعمل في غطاء دخان كيميائي. |
| جهاز طرد مركزي على الطاولة | Eppendorf | موديل رقم 5424 | |
| حمض بيتا جليسيروفوسفوريك ، ملح ثنائي الصوديوم خماسي هيدرات | Acros Organics | 410991000 | |
| أجهزة طرد مركزي | Eppendorf | نموذج رقم 5810 R 15 أمبير إصدار | |
| الماء | |||
| DMSO | Fisher Scientific | BP231-100 | |
| Dounce الأنسجة مطحنة | فيشربراند بيليه بيستلز | 12-141-363 | |
| قرص استخراج الطور الصلب Empore ، C18 | CDS التحليلي | 76333-132 | |
| أنابيب Eppendorf ، 1.5 مل | Eppendorf | 22363204 | حرجة: قد تتسرب الأنابيب الأخرى إلى البوليمر في العينة ، مما يؤدي إلى تلويث التحليل. |
| أنابيب Eppendorf ، 2 مل | Eppendorf | 22363352 | حرجة: قد تتسرب الأنابيب الأخرى إلى البوليمر في العينة ، مما يؤدي إلى تلويث التحليل. |
| مشعب لوحة الاستخراج | Waters | WAT097944 | |
| Falcon ، 50 مل | VWR | 21008 | |
| إبرة نهاية حادة عامة ومكبس | |||
| رف | |||
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| كلوريد الهيدروجين (HCl) | VWR Chemicals BDH | BDH3028 | تنبيه: حمض الهيدروكلوريك مادة أكالة. ارتد القفازات واعمل في غطاء الدخان الكيميائي. |
| محلول هيدروكسيلامين 50٪ (بالوزن / الحجم) | 467804 | سيجما ألدريتش | |
| ، 65 درجة ؛ C | VWR | موديل رقم 1380FM | |
| Koptec Pure Ethanol ، 200 Proof | Decon Labs | V1001 | |
| Methanol ل HPLC (MeOH) | Sigma-Aldrich | 34860-4L-R | تحذير: MeOH قابل للاشتعال وسام ؛ ارتد القفازات ، واعمل في غطاء دخان كيميائي. |
| Microcystin LR (MCLR) | كايمان كيميكال | 10007188 | تحذير: MCLR سام ؛ ارتد القفازات عند التعامل مع الجلد وتجنب ملامسة الجلد. |
| PBS, 1× بدون الكالسيوم والمغنيسيوم, الرقم الهيدروجيني 7.4 ± 0.1 | Corning | شرائط اختبار الأس الهيدروجيني 21-040-CV | |
| ، مثل شرائط اختبار الأس الهيدروجيني MilliporeSigma MColorpHast وأوراق المؤشرات | Fisher Scientific | M1095310001 | |
| PIBs | للحصول على بروتوكول لتوليد PIBs ، انظر Moorhead et al. ، 2007. | ||
| مجموعة فحص البروتين بيرس BCA | Thermo Scientific | 23225 | |
| أطراف ماصة ، 10 & مو ؛ L | Eppendorf | 22491504 | حرج: قد تتسرب النصائح الأخرى إلى عينات ، مما يؤدي إلى تلويث التحليل. |
| أطراف الماصة ، 1000 مو ؛ إل | إيبندورف | 22491555 | حرجة: قد تتسرب النصائح الأخرى إلى عينات ، مما يؤدي إلى تلويث التحليل. |
| أطراف الماصة ، 200 مو ؛ L | Eppendorf | 22491539 | حرجة: قد تتسرب النصائح الأخرى إلى البوليمر في العينات ، مما يؤدي إلى تلويث التحليل. |
| حقنة بلاستيكية ، 10 مل | BD | 309604 | |
| كوكتيل مثبط البروتياز III | منتجات الأبحاث الدولية | P50700-1 | |
| Q Exactive Plus Hybrid Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer ، Oribtrap Fusion Lumos ، أو Orbitrap Eclipse Tribrid Mass Spectrometer ؛ | من Thermo Scientific | ||
| Eppendorf | موديل رقم 5424 R | ||
| Rotator (Labquake Shaker Rotisserie) | Thermo Scientific | 13-687-12Q | دوران 8 دورة في الدقيقة |
| لوحة جمع العينات ، 96- بئر ، 1 مل | ووتر | WAT058957 | |
| SDS | Fisher Scientific | BP1311-1 | |
| درجة التسلسل معدل التربسين | Promega | V511C | |
| أزيد الصوديوم | EMD Chemicals | SX0299-1 | تنبيه: أزيد الصوديوم متفجر وسام ؛ ارتد القفازات ، واعمل في غطاء الدخان الكيميائي وتجنب ملامسة المعادن. |
| كلوريد الصوديوم (كلوريد الصوديوم) فيشر | كيميكال | S27110 | |
| سونيكاتور (سونيفايير برانسون الرقمي) | نموذج رقم. SFX 250 | ||
| SPE C18 لوحة تحلية | المياه | 186001828BA | |
| SpeedBeads جزيئات الكربوكسيل المغناطيسية المعدلة (حبات SP3) | Cytiva | 6.51521E + 13 | |
| Thermomixer | Eppendorf | نموذج رقم 5350 | |
| مجموعة كاشف الملصقات متساوي الضغط TMT10plex بالإضافة إلى كاشف الملصقات TMT11-131C ، 3 مرات ؛ 0.8 مجم لكل علامة | ThermoFisher | A37725 | |
| حمض ثلاثي فلورو أسيتيك (TFA) | Honeywell | T6508-25ML | تحذير: TFA مادة أكالة وتهيج الجلد عند ملامستها. ارتد القفازات وواقي العين ، واعمل في غطاء الدخان الكيميائي. |
| تريس بیس | ريش للمنتجات الدولية | T60040 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T9284 | |
| أجهزة الطرد المركزي الفراغية ومصيدة البخار | النموذج العلمي الحراري | . SpeedVac SPD120 و RVT5105 | |
| Vortexer (Vortex-Genie 2) | العلمية | ||
| للمياه LC-MS | Honeywell | LC365-4 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن