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La Figura 1 muestra un diagrama general del flujo de trabajo, incluyendo la cosecha del tejido de hígados de ratón, utilizando 1 mg de proteína para digerir el lisado proteico con trippsina, incubando péptidos con cuentas conjugadas por anticuerpos, adquiriendo las muestras en la EM, y finalmente realizando análisis DIA/SWATH de los datos utilizando varios paquetes de software proteómico cuantitativo (académicos y comerciales).
La Figura 2A muestra cómo la cronología del flujo de trabajo y las cantidades de muestra y proteína requeridas, en comparación con los métodos alternativos que se utilizan actualmente para estudios de enriquecimiento multi-PTM. El método de una olla se puede realizar a la mitad de tiempo y con la mitad del número de muestras que estos métodos alternativos. En comparación con los dos métodos de enriquecimiento de una sola PTM, el protocolo de una olla también requiere la mitad de la cantidad de proteína.
Este protocolo ha demostrado ser una alternativa viable y rentable. La Figura 2B muestra que el coeficiente medio de variación (CV) para las áreas de péptidos modificados fue menor en el método de un solo bote que en los enriquecimientos de pTM único y pTM en serie. La Figura 2C,D muestra que, al comparar los métodos de enriquecimiento PTM y PTM de un solo depósito, no se observaron diferencias notables entre las correlaciones de las cuantificaciones a nivel de sitio para las dos modificaciones. Esto también fue cierto para las correlaciones a nivel de péptido y a nivel de fragmento. La misma observación se mantuvo para las tres correlaciones al comparar los enriquecimientos de una olla y de pTM en serie. Todos los datos sin procesar de MS subyacentes y las hojas de resultados de Excel procesadas asociadas con un informe reciente de Basisty et al.14 están disponibles y se pueden descargar desde MassIVE (MSV00081906) y ProteomeXchange (PXD008640).
En general, si bien las estrategias de enriquecimiento de anticuerpos pueden mostrar ciertas limitaciones, como la posible oclusión de los epítopos o una especificidad limitada, los anticuerpos utilizados en este estudio son mezclas de clones generados de forma independiente y, por lo tanto, proporcionan gamas más amplias de Especificidades.
Los resultados experimentales documentan la posibilidad de detectar y evaluar la interferencia De PTM. La Figura 3 muestra los datos de un enriquecimiento exitoso e ilustra un ejemplo para un péptido que contiene múltiples y diferentes modificaciones de acilo que visualizan la conversación cruzada PTM. La Figura 3A muestra un péptido que se acetila en un residuo de lisina y se sucinta en el otro, y la Figura 3B muestra el mismo péptido sucinylated en ambas lisinas. Esto demuestra que el mismo residuo de lisina se puede modificar con ambos grupos de acilación, y existe la posibilidad de que se produzca una charla cruzada en ese sitio. La Figura 4 muestra el número de residuos de lisina que se identificaron como se describe en las secciones 7.1-7.3 para llevar ambas modificaciones, apuntando también hacia una posible conversación cruzada PTM.
Como demuestra la Figura 5, el procesamiento de conjuntos de datos DIA PTM con software proteómico cuantitativo nos permite identificar qué residuos específicos de lisina se modifican. Este es un concepto conocido como localización del sitio, que es un paso esencial para cualquier análisis para la determinación de posibles interferencias PTM. La Figura 5 muestra dos posibles isoformas junto con los iones de confirmación y refutación para cada uno que podrían visualizarse y evaluarse como se describe en las secciones 8.1-8.3 (específicamente los pasos 8.3.2 y 8.3.3). Basándonos en esta información, pudimos identificar con confianza cuál de las dos isoformas estaba presente en la muestra original. El espectro MS/MS de la isoforma confirmada KQYGEAFEKacR demuestra claramente que los iones y(y 2-y5) que contienen el residuo de lisina acetilada, que se desplazó en 42 m/z (la masa de incremento de un grupo acetil), confirmaron el residuo específico de lisina en el péptido que se modificó.

Figura 1: Flujo de trabajo típico para el enriquecimiento de PTM de un solo pozo. El tejido (aquí, los hígados) se cosechan de SIRT5 KO y ratones de tipo salvaje (WT), y las proteínas se lysed, trypsin-digested en péptidos, y desalados. Los péptidos se enriquecen entonces con inmunoafinidad con combinaciones de cuentas de sacciinilo y acetil-anticuerpo. Los flujos de trabajo paralelos de MS miden tanto 1) pequeñas alícuotas de cambios en la expresión de proteína salteada entera (para la normalización de proteínas) y 2) péptidos enriquecidos que contienen acilo para la identificación del sitio de acilación (DDA-MS) y la localización del sitio, seguidos de la cuantificación (DIA-MS). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Comparación del flujo de trabajo de una olla con métodos alternativos. (A) Comparación del tiempo, los costes y los materiales necesarios para el flujo de trabajo de una olla, el enriquecimiento de PTM en serie y dos enriquecimientos de PTM único. (B) Comparación de los CV entre el flujo de trabajo de una olla, el enriquecimiento de pTM de una sola acetil-lisina y el enriquecimiento único de PTM de sacicl-lisina. Análisis de correlación de Spearman comparando las áreas de pico de péptido de acilo obtenidas del flujo de trabajo de una olla, y los enriquecimientos de una sola PTM: gráficas correspondientes de los resultados del área pico log2 para (C) sitios de acetilación y (D) sitios de suculnilación. Las taludes de regresión y los factores de correlación se indican en los paneles individuales14. Se procesaron dos réplicas biológicas independientes para cada una de las condiciones. Esta cifra ha sido modificada de Basisty et al.14. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Crosstalk entre las modificaciones de la acetilación y la succinilación de los residuos de lisina. Espectros MS/MS de péptidos trípticos de tiolasa mitocondrial 3-cetoacilo-CoA que muestran la misma secuencia de aminoácidos pero han sido modificados en dos residuos de lisina con diferentes PTMs. (A) MS/MS del péptido AANEAGYFNEEMAPIEVKsuccTKacK y (B) MS/MS del péptido AANEAGYFNEEMAPIEVKsuccTKsuccK. Esta cifra ha sido modificada de Basisty et al.14. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Superposición y conversación cruzada entre los residuos de lisina acetilados y sucintados, ejemplos específicos en complejos proteicos. (A) Diagrama de Venn que muestra superposición entre 2.235 sitios de acetilación y 2.173 sitios de succinilación. De ellos, 943 sitios fueron acetilados y sucinylados. Se analizó el hígado de un ratón noqueador SIRT5 (des-succinylase) y se identificaron muchos sitios de socorro. De hecho, eran más abundantes de lo que se observa normalmente en el hígado de ratón (los péptidos modificados se filtraron a un valor Q de <0.05). (B) Complejos de proteínas que muestran el porcentaje de sus subunidades que contienen sitios acetilados y sucinilados (la línea roja negrita representa la importancia determinada por la prueba exacta de Fisher). (C) Diagrama del complejo ATP sintasa: subunidades de proteínas en rojo representan las subunidades que contienen sitios acetilados y sucintados. Esta cifra ha sido modificada de Basisty et al.14. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: El software de proteómica cuantitativa descifra la localización del sitio de péptidos de los PTM. Sobre la base de la fragmentación MS/MS del péptido, es posible proporcionar información sobre el residuo específico de lisina que el grupo de acetil está modificando. Esto muestra la capacidad del software para ofrecer información valiosa sobre la localización del sitio de los PtM. (A) Dos posibilidades de modificación de residuos de lisina y localización del sitio PTM: KQYGEAFEKacR (izquierda) y KacQYGEAFEKR (derecha). Se muestran iones de fragmento "Confirmación" y "refutación" para cada una de las posibles isoformas de localización del sitio del péptido. Sobre la base de esta información, se asignan las puntuaciones de confirmación y la refutación de puntuaciones, confirmando la presencia de isoforma KQYGEAFEKacR en la muestra. (B) Espectro MS/MS correspondiente a la isoforma confirmada KQYGEAFEKacR indicando que todos los iones, incluido el residuo de lisina acetilada (y2 y superior), llevan una masa de incremento de +42 m/z, que corresponde a la modificación de la acetil. Los iones b observados no contienen la modificación. (C) Cromatografía iónica extraída (XIC) con abundantes áreas pico resultantes dey 2 e y3 iones, que conforman el sitio de acetilación en la isoforma confirmada KQYGEAFEKacR. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.