يوضح هذا البروتوكول بالتفصيل طريقة علم السكر الجليكوبروتيوم الموجه بعلم السكر ، وهي تقنية omics متكاملة تقدم رؤى شاملة حول الجليكوبروتيوم غير المتجانس في البيئات الدقيقة المعقدة للورم المطلوبة لفهم بيولوجيا السكر في السرطانات بشكل أفضل.
مقالة منهجية
يوضح هذا البروتوكول بالتفصيل طريقة علم السكر الجليكوبروتيوم الموجه بعلم السكر ، وهي تقنية omics متكاملة تقدم رؤى شاملة حول الجليكوبروتيوم غير المتجانس في البيئات الدقيقة المعقدة للورم المطلوبة لفهم بيولوجيا السكر في السرطانات بشكل أفضل.
الارتباط بالجليكوزيل هو تعديل بروتين شائع ومتنوع هيكليا يؤثر على مجموعة واسعة من العمليات السرطانية. ظهرت الجليكوميوم التي تعتمد على قياس الطيف الكتلي وعلم السكر البروي كأساليب قوية لتحليل الجليكان المحرر والجليكوببتيدات السليمة ، على التوالي ، مما يوفر فهما أعمق للجليكوبروتيوم غير المتجانس في البيئة المكروية للورم (TME). يوضح هذا البروتوكول بالتفصيل طريقة glycoproteomics الموجهة بعلم السكر ، وهي تقنية omics متكاملة ، والتي تستخدم أولا الجليكوميات المستندة إلى الكربون الجرافيتي المسامي LC-MS / MS لتوضيح هياكل الجليكان وتوزيعها الكمي في glycome لأنسجة الورم أو مجموعات الخلايا أو سوائل الجسم التي يتم فحصها. يسمح ذلك بتحليل الجليكوزيلات المقارن لتحديد الجليكوزيل المتغير عبر مجموعات المرضى أو مراحل المرض أو الظروف ، والأهم من ذلك ، أنه يعمل على تعزيز تحليل الجليكوبروتيوميات النهائية لنفس العينة (العينات) من خلال إنشاء مكتبة من هياكل الجليكان المعروفة ، وبالتالي تقليل وقت البحث عن البيانات ومعدل التعريف الخاطئ للبروتين السكري. مع التركيز على توصيف N-glycoproteome ، يتم تفصيل خطوات تحضير العينة لطريقة glycoproteomics الموجهة بالجليكوميكس في هذا البروتوكول ، وتناقش الجوانب الرئيسية لجمع البيانات وتحليلها. توفر طريقة glycoproteomics الموجهة بعلم السكر معلومات كمية عن البروتينات السكرية الموجودة في TME ومواقع الارتباط بالجليكوزيل ، وإشغال الموقع ، وهياكل الجليكان الخاصة بالموقع. يتم تقديم النتائج التمثيلية من أنسجة الورم المضمنة في البارافين المثبتة بالفورمالين من مرضى سرطان القولون والمستقيم ، مما يدل على أن الطريقة حساسة ومتوافقة مع أقسام الأنسجة الموجودة بشكل شائع في البنوك الحيوية. لذلك ، فإن علم السكر الجليكوبروتيوميا الموجه بالغليكوميكس يقدم رؤية شاملة لعدم تجانس وديناميكيات الجليكوبروتيوم في TMEs المعقدة ، مما يولد بيانات كيميائية حيوية قوية مطلوبة لفهم علم الأحياء السكرية للسرطانات بشكل أفضل.
الارتباط بالجليكوزيل للبروتين هو نوع سائد ومعقد من التعديل المشترك وما بعد الترجمة للبروتينات التي تنتجها الأنواع عبر شجرة النشوء والتطور للحياة1،2،3. من المعروف أن الجليكان المرتبط بالبروتين يؤثر على مجموعة واسعة من العمليات البيولوجية المهمة لصحة الإنسان ، بما في ذلك الوساطة وتنظيم التفاعلات الخلوية وأحداثالاتصال 4،5. يعتقد أن الارتباط بالجليكوزيل للبروتين الشاذ هو سبب التحول الخبيث وتطور الورموانتشاره 6،7،8. هذا يتورط الجليكان في العمليات الرئيسية للأورام في البيئة المكروية للورم (TME) ويوفر إمكانات كبيرة وغير مستغلة إلى حد كبير لاكتشاف المؤشرات الحيوية القائمة على الجليكان والتطبيقات العلاجية. لذلك ، تحظى بيولوجيا السكر باهتمام متزايد في أبحاث السرطان وعبر علومالحياة 9.
مدعوما بالتطورات الرئيسية في التحليلات الجليكوتكنولوجية والمعلوماتية على مدار العقد الماضي ،تم إنشاء 10،11،12،13،14،15،16،17 ، وقياس الطيف الكتلي الترادفي للكروماتوغرافيا السائلة (LC-MS / MS) وعلم السكر والسكريوبروتيوميا كأدوات قوية للتنميط على مستوى النظام للجليكانات المحررة والجليكوببتيدات السليمة من الخلائط المعقدة من البروتينات السكرية المستخرجة مباشرة من أصول عينتها البيولوجية مثل أنواع مختلفة من عينات مرضى السرطان (على سبيل المثال ، أنسجة الورم ، مجموعات الخلايا ، سوائل الجسم) 3،13،18،19،20.
يوفر Glycomics معلومات عن بنية وكمية ذخيرة الجليكان (glycome) ، والتي يتم إنتاجها ديناميكيا بواسطة الخلايا والأنسجة وحتى الكائنات الحية بأكملها. من ناحية أخرى ، يوفر علم السكر والدماغ معلومات كمية حول حاملات البروتين ومواقعها (مواقعها) من الارتباط بالجليكوزيل ، ومعدلات إشغال الموقع (عدم التجانس الكلي) ، وتركيبات الجليكان الخاصة بالموقع ونمط توزيع الموقع (عدم التجانس الدقيق) مع معلومات هيكلية محدودة من الجليكان (غالبا ما تقتصر على تكوين الجليكان)15 ، 16 ، 21. ومن ثم ، فإن علم السكر السكري وعلم السكر هي طرق تكميلية لمسح التفاصيل الكيميائية الحيوية للجليكوبروتيوم22.
تم تطوير عدد لا يحصى من التصميمات المنهجية والاستراتيجيات التحليلية لعلم السكر وعلم السكر والبروتين السكري وتطبيقها عبر المختبرات اعتمادا على تحليل الجليكوآليت محل الاهتمام (على سبيل المثال ، المرتبط ب N / O / C ، الجليكان / الجليكوببتيد / البروتين السكري ، المسمى / غير المسمى) ، وطبيعة العينة (على سبيل المثال ، الخلايا والأنسجة وسوائل الجسم) ، والكمية (مستويات البروتين النانوغرام / ميكروغرام / مليغرام) والأداة التحليلية المتاحة23 ، 24،25،26،27،28،29،30،31،32. على الرغم من الفوائد المعترف بها لاستخدامها الموازي ، لا يتم تطبيق علم السكر السكري وعلم السكر بشكل شائع معا بل كنهج قائم بذاته في دراسات أبحاث الجليكوبيولوجيا والسرطان نظرا لارتفاع الطلب على الخبرة التحليلية والأجهزة المتخصصة.
إدراكا لهذه الفجوة التكنولوجية ، منذ أكثر من عقد من الزمان ، قدمنا طريقة glycoproteomics بمساعدة Glycomics ، والتي هي قادرة على دمج بيانات Glycomics و glycoproteomics التي تم الحصول عليها من العينات البيولوجية المعقدة33. باختصار ، تقوم تقنية glycoproteomics بمساعدة الجليكوميكس (أو الموجهة بالجليكوميكس كما في هذا البروتوكول) بملامح N- و / أو O-glycans من خلال طريقة LC-MS / MS للكربون الجرافيتي المسامي (PGC)LC-MS / MS 34،35 ، والتي تستخدم بعد ذلك لتحليل بيانات N و / أو O-glycopeptide السليمة التي تم الحصول عليها من نفس العينة (العينات) من خلال تحديد حدود مساحة البحث عن الجليكان36. PGC-LC-MS / MS هي طريقة قوية بشكل خاص لعلم السكر لأنها توفر نظرة ثاقبة كمية للغليكوم بحساسية عالية ودقة هيكلية ، مما ينتج عنه معلومات عن الطوبولوجيا (تسلسل السكريات الأحادية ونمط التفرع) والروابط الجليكوسيدية للجليكان حتى داخل الخلائط المعقدة35،37،38. يتضمن سير عمل الجليكوبروتيوميك توليد الببتيد ، ووضع العلامات الاختيارية على الببتيد ، وتعدد الإرسال ، والتقسيم المسبق ، بالإضافة إلى التخصيب قبل تحليل LC-MS / MS في المرحلة العكسية الذي يستخدم بشكل مثالي طرق تجزئة مختلفة بما في ذلك طاقة الاصطدام المتدرجة / التفكك التصادمي عالي الطاقة (sceHCD ، ل N-glycopeptides) ونقل الإلكترون / التفكك التصادمي عالي الطاقة (EThcD ، ل O-glycopeptides) لتحديد التحليل بالنسبة لتحليل N-glycoproteome ، يمكن أن يوجه de-N-glycoproteomics المتوازي تحليل بيانات N-glycopeptide السليم من خلال تحديد مساحة البحث عن البروتين / الببتيد ومن خلال تقديم مزيد من التفاصيل حول مواقع N-glycosylation المشغولة ومعدل إشغال الموقع بينما يكشف التحليل الموازي للببتيدات غير المعدلة عن أي تغيرات في مستوى البروتين بين الظروف المدروسة.
توفر هذه الورقة بروتوكولا مفصلا وسهل المتابعة خطوة بخطوة لطريقة glycoproteomics الموجهة بالجليكوميكس (انظر الشكل 1 للحصول على نظرة عامة على سير العمل). يوفر البروتوكول تفاصيل تجريبية لخطوات تحضير العينة وتجارب علم السكر وعلم السكر القائم على LC-MS / MS ويقدم نتائج تمثيلية توضح تطبيق الطريقة على أقسام أنسجة البارافين المثبتة بالفورمالين (FFPE) للأورام المستخلصة من مرضى سرطان القولون والمستقيم (CRC) ، مما يتيح رؤى حول علم الأحياء السكرية في TME في نوع عينة قيم مؤرشفة في البنوك الحيوية للسرطان حول العالم. كما تمت مناقشة تحليل وتكامل بيانات الجليكوبروتيوميك وبيانات الجلوكوبروتيوميكس بإيجاز.

الشكل 1: نظرة عامة على طريقة علم السكر الجليكوبروتيوميك الموجه بالجلوكيميات. توضح النظرة العامة خطوات تجريبية مفصلة في سير عمل علم السكر (يسار) وعلم السكر (يمين) ، مع نظرة عامة على المعلومات التي تم الحصول عليها (بالخط العريض) وكيفية دمج النهجين من خلال تحسين تحليل البيانات وتفسيرها. إدراج: أعمدة SPE الدقيقة محلية الصنع تستخدم لسير عمل الجليكوميديات (i) و (ii-iii) glycoproteomics. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة أخلاقيات البحث البشري (العلوم الطبية) في جامعة ماكواري ، سيدني ، أستراليا (البروتوكول 5201800073).
ملاحظة: يمكن تطبيق طريقة علم السكر السكري الموجه بعلم السكر على مجموعة متنوعة من العينات البيولوجية التي تتراوح من تعقيد البروتين السكري المنخفض إلى الشديد. بالنسبة لنهج الجليكوبروتيوميك الخالية من الملصقات (التي لا يتم فيها تجميع العينات) ، يلزم وجود ما يقرب من 100-200 ميكروغرام من البروتين الكلي من المخاليط المعقدة كمادة أولية لضمان تغطية عالية للجليكوبروتيوم بعد تخصيب الجليكوببتيدات التي قد تشكل فقط 1٪ -10٪ من مجموعة الببتيدات. نظرا لضيق المساحة ، يتم استبعاد استخراج البروتين الأولي من الخلايا أو الأنسجة ، ويتم إحالة القراء إلى موارد أخرى15. تستهلك Glycomics بشكل متحفظ ~ 10-20 ميكروغرام من البروتين لكل تحليل من أجل التنميط العميق للجليكوم ، تاركا غالبية مستخلص البروتين ل glycoproteomics. إذا لم ينص على خلاف ذلك ، فقد تم ذكر التركيزات النهائية ، ويجب إذابة المواد الكيميائية في ماء عالي الجودة لعمل محاليل مائية في البروتوكول أدناه.
1. تحضير البروتين
2. سير عمل N-glycomics
3. سير عمل N-glycoproteomics
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يتم توفير النتائج التمثيلية لطريقة glycoproteomics الموجهة بالجليكوميكس المطبقة على شريحة أنسجة FFPE من مريض يعاني من CRC في المرحلة الثانية في هذا القسم.
لتحقيق مادة بداية كافية للبروتين للبروتوكول ، تم دمج مستخلصات البروتين من شريحتين (مكدسات z) من نفس كتلة أنسجة FFPE باتباع بروتوكول منشور وتم تطبيق نهج وضع العلامات TMT لزيادة حساسية تجربة glycoproteomics (انظر الخطوات الاختيارية أدناه) 42.
أولا ، حدد تحليل بيانات N-glycomics المستندة إلى P...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الخطوات الحاسمة في البروتوكول
في ورقة البروتوكول هذه ، حددنا خطوة بخطوة طريقة glycoproteomics الموجهة بالجليكوميكس ، والتي توفر رؤية شاملة لعدم تجانس وديناميكيات الجليكوبروتيوم في TME المعقد.
تتمثل إحدى الخطوات الحاسمة في البروتوكول في ضمان التحلل البروتيني الكامل دون الإفراط في هضم خليط البروتين. تعمل الانقسامات غير المحددة للبروتينات بطبيعتها على زيادة مساحة البحث عن الببتيد ، مما يؤدي إلى أوقات بحث أطول وارتفاع معدل التعريف الخاطئ للجليك...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ويعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.
يتم دعم THC من خلال منحة برنامج التدريب البحثي الدولي الممولة من الحكومة الأسترالية. يتم دعم NB من خلال منح التميز البحثي الدولية بجامعة ماكواري بتمويل من جامعة ماكواري. يتم دعم AC من خلال منحة برنامج التدريب البحثي الممولة من الحكومة الأسترالية. تم دعم RK من قبل معهد السرطان في نيو ساوث ويلز (ECF181259). حصلت MTA على زمالة مجلس البحوث الأسترالي المستقبلي (FT210100455).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| <قوي>كيماويات | |||
| أسيتات الأمونيوم | بدائل Sigma Aldrich | A1542 | المتاحة |
| بيكربونات الأمونيوم والنقاء & 99.0٪ | Sigma Aldrich | A6141 | البدائل المتاحة |
| الأسيتونيتريل اللامائي (ACN) ، LC-MS الصف | Sigma Aldrich | 34851 | البدائل المتاحة |
| Fetuin الأبقار | Sigma Aldrich | F3004 | البدائل المتاحة |
| Dithiothreitol (DTT) | Sigma Aldrich | D0632 | البدائل المتاحة |
| الإيثانول | Sigma Aldrich | E7023 | البدائل المتاحة |
| حمض الفورميك ، LC-MS الصف | سيجما ألدريتش | 00940 | البدائل المتاحة |
| حمض الخليك الجليدي | سيجما ألدريتش | A6283 | البدائل المتاحة |
| يودوأسيتاميد (IAA) | سيجما ألدريتش | I1149 | البدائل المتاحة |
| الميثانول | سيجما ألدريتش | M1775 | المتاحة |
| الببتيد-N-جليكوزيداز F (PNGase F) | Promega | V4831 | Elizabethkingia miricola PNGase F (10 U/μ L) معبرا عنها بشكل مؤتلف في الإشريكية القولونية & nbsp ؛ |
| بولي فينيل بيروليدون 40 (PVP)بدائل | سيجما ألدريتش | PVP40 | المتاحة |
| هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) | بدائل سيجما ألدريتش | 484016 | المتاحة |
| تريبسين الخنازير من الدرجة المتسلسلة | بدائل | Promega | V5113 |
| بوروهيدريد الصوديوم (NaBH 4< / sub>) بدائل | Sigma Aldrich | 213462 | المتاحة |
| بيكربونات ثلاثي إيثيل الأمونيوم (TEAB) ، LC-MS درجة | Sigma Aldrich | T7408 | البدائل المتاحة |
| حمض ثلاثي فلورو أسيتيك (TFA) ، LC-MS درجة | Sigma Aldrich | T6508 | بدائل متاحة |
| أقراص <قوية > أدوات / مواد < / قوية > | |||
| C18 | أقراص Empore | 66883-U | |
| C8 | Empore | 66882-U | |
| بولي بروبيلين مسطحة القاع 96 بئر ؛ | كورنينج | 3364 | |
| Immobilon-PSQ ثنائي فلوريد البولي فينيليدين (PVDF) غشاء | ميليبور | IPVH20200 | حجم المسام: 0.45 & mu ؛ m |
| أجهزة الطرد المركزي | الدقيقة Eppendorf | 5452000069 | البدائل المتاحة |
| محولات الطرد المركزي الدقيقة | تأتي شركة Nest Group، Inc. ، MA | SS18V | MiniSpin Column Collar ، مع أعمدة Microspin |
| Oligo R3 | Thermo | 1133903 | حجم الجسيمات 30 & م |
| بارافيلم | بارافيلم إم | PM996 | |
| أنابيب بروتين LoBind 1.5 مل | أنابيب Eppendorf | 0030108450 | |
| Protein LoBind 2.0 مل | Eppendorf | 0030108442 | |
| أنابيب القفل الآمن 1.5 مل | Eppendorf | 0030120086 | |
| أنابيب القفل الآمن 2.0 مل | Eppendorf | 0030120094 | |
| شاكر | Eppendorf | 5382000066 | البدائل المتاحة |
| مثقاب ثقب واحد | Swingline | 74005 | |
| مكثف SpeedVac | Martin Christ | RVC 2-25 بدائل CDplus | المتاحة |
| Supelclean ENVI-Carb SPE راتنج | Supelco | 57088 | حجم الجسيمات 120-400 شبكة. يمكن استخراج الراتنج يدويا من الخراطيش ، ويمكن تخزينه على المدى الطويل في 50٪ (حجم / حجم) الميثانول في حقنة ماء MilliQ |
| 5 مل | سيجما ألدريتش | Z116866 | البدائل المتاحة |
| حاضنة يتم التحكم في درجة حرارتها | ثيرمولين | E7.30 | البدائل المتاحة |
| الحمام بالموجات فوق الصوتية | Unisonics | FXP | البدائل المتاحة |
| ZIC-HILIC راتنج | ميرك | 150455 | حجم الجسيمات / المسام ، 5 مو ؛ م / 200 Å. يمكن استخراج الراتنج يدويا من عمود LC ، ويمكن تخزينه على المدى الطويل في 50٪ (v / v) الميثانول في |
| أعمدة استخراج الطور الصلب MilliQ ZipTip C18 (SPE) المائية ؛ | Millipore | ZTC18S096 | بدلا من ذلك ، يمكن للأعمدة الدقيقة C18-SPE محلية الصنع أن تحل محل المنتج |
| التجاري < قوي>LC-MS / MS Analysis< / strong> | |||
| 1260 Infinity Capillary HPLC System ؛ | تتوفر بدائل | Agilent | |
| عمود LC تحليلي معبأ مسبقا براتنج ReproSil-Pur C18 AQ | Dr Maisch ، Ammerbuch-Entringen ، ألمانيا | r13.aq.s2570 | حجم الجسيمات / المسام: 3 & mu ؛ م / 120 Å, الطول/القطر الداخلي: 25 سم / 75 & m. أعمدة C18 nano-LC التجارية متوفرة أيضا/ |
| نظام Dionex UltiMate 3000 RSLCnano LC | الحرارية | المتاحة | |
| HyperCarb KAPPA PGC الشعيرات الدموية LC العمود | الجسيمات / المسام الحرارية المتوقفة ، 3 مو ؛ م / 250 Å; طول العمود ، 30 مم ؛ القطر الداخلي ، 0.180 مم. تتوفر الأشكال الهندسية الأكبر لأعمدة HyperCarb PGC-LC ، والتي تنتج بيانات جودة مماثلة تجاريا (على سبيل المثال ، Thermo # 35003-031030). عمود SupelTMCarb LC من شركة ميرك بحجم جسيم / مسام ، 2.7 & m / 200 وأطوال أعمدة مختلفة وقطر داخلي متوفرة أيضا (على سبيل المثال ، Merck # 59994-U). | ||
| LCMS-grade acetonitrile | LiChrosolv | 100029 | البدائل المتاحة |
| مطياف كتلة مصيدة أيونية Velos Pro (glycomics) | البدائل | الحرارية | |
| Orbitrap Fusion Lumos Tribrid Mass Spectrometer (glycoproteomics) | Thermo | تتوفر أيضا أنظمة MS الأخرى عالية الدقة مع أو بدون ETD (مطلوبة فقط ل O-glycoproteomics) (على سبيل المثال ، Q-Exactive HF-X Hybrid Quadrupole-Orbitrap أو Thermo أو TIMS-ToF-MS أو Bruker أو مطياف كتلة مماثل عالي الأداء من بائعين آخرين) | |
| قوارير لولبية زجاجية شفافة للاسترداد الكلي 0.9 مل | البدائل | الحرارية THC11093563 | |
| الاسترداد الكلي قوارير برغي الزجاج الشفاف مطابقة أغطية | البدائل الحرارية | THC09150869 | المتاحة |
| فخ LC عمود معبأة في المنزل مع راتنج ReproSil-Pur C18 AQ ؛ | الدكتور مايش ، Ammerbuch-Entringen ، ألمانيا | r15.aq.s0202 | حجم الجسيمات / المسام: 5 & mu ؛ م / 120 Å, الطول / القطر الداخلي: 2 سم / 100 & m. تتوفر أيضا أعمدة LC المصيدة التجارية C18. |
| Software | |||
| Byonic | Protein Metrics Inc | v2.6.46 أو أعلى | محرك بحث جليكوببتيد تجاري و PTM ، يقبل البيانات الأولية LC-MS / MS من معظم بائعي MS |
| Byos | Protein Metrics Inc | v3.9-7 أو أعلى | برنامج تجاري للفحص اليدوي للمرشحين للجليكوببتيد والتعليق التوضيحي التلقائي لأطياف glycan MS / MS |
| GlycoMod | الوصول المفتوح Expasy | ، يساعد على شرح بيانات الجليكوميكس (https://web.expasy.org/glycomod/) | |
| برنامج الوصول المفتوح GlycoWorkBench | EUROCarbDB | v2.1 | ، مما يساعد على شرح بيانات الجليكوميكس ورسم الرسوم الكاريكاتورية الجليكان |
| RawMeat | VAST Scientific | v2.1 | برنامج الوصول المفتوح ، واستخراج م / ياء من أيونات السلائف الجليكان من البيانات الطيفية الخام |
| Skyline | Brendan X. MacLean | v21.2 أو أعلى | برنامج الوصول المفتوح للقياس الكمي النسبي للجليكان |
| Xcalibur | Thermo | v2.2 أو أعلى | لتصفح بيانات LC-MS / MS الخام |
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