本文介绍了一种结合差速离心与密度梯度离心的方法,用于从人卵巢癌组织及对照卵巢组织中分离线粒体,以进行定量蛋白质组学分析。该方法可获得高质量的线粒体样品,并实现对人卵巢癌线粒体蛋白质组的高通量、高重复性定量蛋白质组学分析。
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本文介绍了一种结合差速离心与密度梯度离心的方法,用于从人卵巢癌组织及对照卵巢组织中分离线粒体,以进行定量蛋白质组学分析。该方法可获得高质量的线粒体样品,并实现对人卵巢癌线粒体蛋白质组的高通量、高重复性定量蛋白质组学分析。
卵巢癌是一种常见的妇科恶性肿瘤,具有较高的死亡率,但其分子机制尚不明确。大多数卵巢癌在晚期才被诊断,这严重阻碍了治疗。线粒体改变是人类卵巢癌的显著特征,而线粒体是能量代谢、细胞信号传导和氧化应激的中心。深入研究卵巢癌与对照卵巢组织之间线粒体蛋白质组的变化,有助于深入理解卵巢癌的分子机制,并发现有效且可靠的生物标志物和治疗靶点。本文介绍了一种有效的线粒体提取方法,并结合相对与绝对定量同重标签(iTRAQ)定量蛋白质组学技术,用于分析人类卵巢癌及对照组织的线粒体蛋白质组,具体步骤包括差速离心、密度梯度离心、线粒体样本质量评估、胰蛋白酶消化蛋白质、iTRAQ标记、强阳离子交换分级(SCX)、液相色谱(LC)、串联质谱(MS/MS)、数据库分析以及线粒体蛋白质的定量分析。通过该方法已成功鉴定出大量蛋白质,最大限度地覆盖了人类卵巢癌线粒体蛋白质组,并获得了人类卵巢癌中差异表达的线粒体蛋白质谱型。
卵巢癌是一种常见的妇科恶性肿瘤,具有较高的死亡率,但其分子机制尚不明确1,2。大多数卵巢癌患者在确诊时已处于晚期,严重影响治疗效果。线粒体的改变是人类卵巢癌的显著特征之一,而线粒体是能量代谢、细胞信号传导和氧化应激的核心场所3,4,5,6,7。深入研究卵巢癌组织与正常卵巢组织之间线粒体蛋白质组的变化,有助于进一步理解卵巢癌的分子机制,并有助于发现有效且可靠的生物标志物和治疗靶点。线粒体代谢已被提出并公认作为癌症治疗的潜在靶点,抗线粒体治疗最终可能在预防癌症复发和转移方面发挥重要作用8。个体化代谢谱分析也已被用作癌症分层和预测策略的有效工具9,10。
本研究的长期目标是开发并应用一种定量线粒体蛋白质组学方法,用于研究卵巢癌,阐明卵巢癌与对照卵巢组织之间线粒体蛋白质组的改变,以及从系统性多组学角度分析其分子网络的变化11,12,从而发现靶向线粒体的分子生物标志物13,以阐明卵巢癌的分子机制,并实现对卵巢癌患者的预测和个体化治疗。相对与绝对定量同重标签(iTRAQ)标记3,4是一种有效量化线粒体蛋白变化的方法。制备高质量的人卵巢癌及对照卵巢组织线粒体样本,是进行线粒体蛋白质组iTRAQ定量分析的前提条件3。线粒体制备结合iTRAQ定量蛋白质组学技术已成功应用于关于人卵巢癌线粒体蛋白质组的长期研究项目中,包括建立线粒体蛋白质组参考图谱3、差异表达线粒体蛋白谱的分析4,14以及翻译后修饰(如磷酸化)的研究,这些工作已促成发现人卵巢癌中重要的信号通路网络变化5,包括能量代谢4、脂质代谢以及线粒体自噬通路系统的改变3。
既往研究发现,差速离心结合密度梯度离心是分离和纯化人卵巢癌组织及对照卵巢组织中线粒体的有效方法3,4,5,14。iTRAQ标记联合强阳离子交换(SCX)-液相色谱(LC)-串联质谱(MS/MS)是检测、鉴定和定量所制备线粒体样品中蛋白质的关键技术。
本文详细描述了线粒体提取与iTRAQ定量蛋白质组学相结合的实验方案。该方案已成功应用于人卵巢癌组织线粒体蛋白质组的分析。实验流程包括样品制备、差速离心、密度梯度离心、线粒体样品的质量评估、胰蛋白酶消化蛋白质、iTRAQ标记、强阳离子交换(SCX)分级、液相色谱(LC)、串联质谱(MS/MS)、数据库搜索以及线粒体蛋白质的定量分析。此外,该方案可便捷地推广应用于其他人类组织线粒体蛋白质组的分析。
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本方案使用了包括卵巢癌组织(n = 7)和正常对照卵巢组织(n = 11)在内的卵巢组织样本。本方案已获得中国中南大学湘雅医院医学伦理委员会的批准3,4,5。
1. 人卵巢癌组织线粒体的制备
2. 人对照卵巢组织线粒体的制备
3. 纯化组织线粒体样品质量的验证
4. iTRAQ-SCX-LC-MS/MS 分析
注意:第4节的详细步骤请参见iTRAQ说明书(材料表)。
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卵巢癌组织与对照卵巢组织在制备线粒体方面存在差异。本研究发现,从卵巢癌组织中制备线粒体比从对照卵巢组织中制备更为容易3,4。因此,针对对照卵巢组织的线粒体制备方案需进行一些改进。首先,在组织匀浆前,需在已加入PBS溶液的剪碎对照组织中添加8 mL 0.05%胰蛋白酶/20 mM EDTA,室温消化30分钟,随后以200 × g 离心5分钟(见方案步骤2.5),此步骤可提高线粒体制备效果。其次,对照卵巢组织与卵巢癌组织的不连续密度梯度配置不同(图1)。对于卵巢癌组织,按从下到上的顺序在离心管中依次加入5 mL 34%、8 mL 30%、12 mL 25%(含粗线粒体)、8 mL 23%和3 mL 20%的密度梯度介质。离心后,纯化的线粒体位于25%与30%之间的界面处(图1A,见方案步骤1...
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线粒体改变是卵巢癌的一个显著特征。从人卵巢癌组织及对照组织中制备高质量的线粒体样本,用于大规模定量蛋白质组学研究,有助于深入理解线粒体在卵巢癌发病机制中的功能以及线粒体分子网络的变化,并为进一步基于线粒体发现靶向治疗策略和有效生物标志物阐明其分子机制4,5,8。采用差速离心结合密度梯度离心法,可有效分离和纯化人卵巢癌组织及对照卵巢组织中的线粒体。所制备的线粒体样品纯度高,适用于后续的定量蛋白质组学分析。
制备的线粒体样品中含有少量过氧化物酶体3,17,18和细胞质蛋白19,20。这些成分不应被简单...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由湖南省百人计划(资助编号:X.Z.)、湘雅医院人才引进基金(资助编号:XZ)、国家自然科学基金(资助编号:81572278 和 81272798,授予 XZ)、中国"863"计划项目(资助编号:2014AA020610-1,授予 XZ)以及湖南省自然科学基金(资助编号:14JJ7008,授予 XZ)资助。X.Z. 提出了本论文的研究构想,获取了线粒体样品的 iTRAQ 定量蛋白质组学数据,撰写并修改了论文,协调了相关工作,并负责经费支持与通讯事宜。H.L. 制备了线粒体样品。S.Q. 参与了部分工作。X.H.Z 参与了论文撰写并对英文语言进行了编辑。N.L. 分析了 iTRAQ 蛋白质组学数据。所有作者均批准了最终稿件。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
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| 牛血清白蛋白(BSA) | Solarbio | A8020-5G | 热激组分,澳大利亚来源,无蛋白酶,低脂肪酸,低 IgG,pH 7,≥98% |
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| CHAPS | Sigma | C9426-5G | 生物试剂,适用于电泳,≥98%(HPLC)(Sigma-Aldrich) |
| 二胺四乙酸(EDTA) | Sigma | 798681-100G | 无水,自由流动,Redi-Dri,≥98% |
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| 乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA) | Sigma | E0396-10G | BioXtra,≥97.0% |
| 匀浆器 | SilentShake | HYQ-3110 | |
| iTRAQ 试剂盒 | Applied Biosystems | Applied Biosystems iTRAQ 试剂–化学参考指南,货号 4351918A | |
| 低温超速离心机 | Eppendorf | 5424R | |
| 甘露醇 | Macklin | M813424-100G | 甘露醇是一种多元醇(多元醇),由果糖氢化制得,用作甜味剂、保湿剂和填充剂。它具有低吸湿性和较差的油溶性。 |
| MASCOT 搜索引擎 | Matrix Science,英国伦敦;版本 2.2 | ||
| Nagarse | Solarbio | P9090 | |
| N-羟基琥珀酰亚胺(SDT) | Sigma | 56480-25G | Purum,≥97.0%(T) |
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| 氯化钾 | Macklin | P816354-25G | 氯化钾,KCI,又称氯化钾和钾盐,是一种无色结晶固体,具有咸味,熔点为 776°C(1420 OF)。它溶于水,但不溶于酒精。氯化钾用于肥料、制药、摄影以及作为食盐替代品。 |
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