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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
In vivo l’oxydation photochimique rapide des protéines (IV-FPOP) est une technique d’empreinte de protéine radicale hydroxyl qui permet la cartographie de la structure des protéines dans leur environnement indigène. Ce protocole décrit l’assemblage et la mise en place du système de flux microfluidique IV-FPOP.
L’oxydation rapide des protéines (FPOP) est une méthode d’empreinte protéique radicale hydroxyl (HRPF) utilisée pour étudier la structure des protéines, les interactions protéines-ligands et les interactions protéines-protéines. FPOP utilise un laser KrF excimer à 248 nm pour la photolyse du peroxyde d’hydrogène pour générer des radicaux hydroxyl qui, à leur tour, modifient oxydativement les chaînes latérales d’acides aminés accessibles au solvant. Récemment, nous avons élargi l’utilisation de FPOP de l’étiquetage oxydatif in vivo à Caenorhabditis elegans (C. elegans), intitulé IV-FPOP. Les nématodes transparents ont été utilisés comme systèmes modèles pour de nombreuses maladies humaines. Les études structurelles dans C. elegans par IV-FPOP est faisable en raison de la capacité de l’animal à prendre le peroxyde d’hydrogène, leur transparence à l’irradiation laser à 248 nm, et la nature irréversible de la modification. L’assemblage d’un système de flux microfluidique pour l’étiquetage IV-FPOP, les paramètres IV-FPOP, l’extraction des protéines et les paramètres optimisés LC-MS/MS sont décrits ici.
L’empreinte protéique couplée à la spectrométrie de masse (SEP) a été utilisée ces dernières années pour étudier les interactions protéiques et les changements conformationnels. Les méthodes d’empreinte protéique radicale hydroxyl (HRPF) sondent l’accessibilité des solvants protéiques en modifiant les chaînes latérales d’acides aminés protéiques. La méthode HRPF, oxydation photochimique rapide des protéines (FPOP)1, a été utilisée pour sonder la structure protéique in vitro2, in-cell (IC-FPOP)3, et plus récemment in vivo (IV-FPOP)4. FPOP utilise un laser d’excimer de longueur d’onde de 248 nm afin de générer rapidement des radicaux hydroxyl par photolyse de peroxyde d’hydrogène pour former des radicaux hydroxyl1. À leur tour, ces radicaux peuvent étiqueter 19 des 20 acides aminés sur une échelle de temps microseconde, plus rapidement que les protéines peuvent se déployer. Bien que, la réactivité de chaque acide aminé avec des radicaux hydroxyl s’étend 1000 fois, il est possible de normaliser l’oxydation de la chaîne latérale en calculant un facteur de protection (PF)5.
Puisque FPOP peut modifier oxydativement des protéines indépendamment de leur taille ou de leur séquence primaire, elle s’avère avantageuse pour des études sur les protéines inocatives et in vivo. IV-FPOP sonde la structure protéique en C. elegans de la même manière que les études in vitro et in-cellulaire4. C. elegans font partie de la famille des nématodes et sont largement utilisés comme modèle pour étudier les maladies humaines. La capacité du ver à prendre du peroxyde d’hydrogène par diffusion passive et active permet l’étude de la structure des protéines dans différents systèmes du corps. En outre, C. elegans sont adaptés pour IV-FPOP en raison de leur transparence à la longueur d’onde laser 248 nm nécessaire pour FPOP6. Le couplage de cette méthode à la spectrométrie de masse permet l’identification de plusieurs protéines modifiées à l’aide d’approches traditionnelles de protéomique ascendante.
Dans ce protocole, nous décrivons comment effectuer IV-FPOP pour l’analyse de la structure des protéines dans C. elegans. Le protocole expérimental nécessite l’assemblage et la mise en place d’un système de débit microfluidique pour IV-FPOP adapté de Konermann etcoll. Après IV-FPOP, les échantillons sont homogénéisés pour l’extraction de protéines. Les échantillons de protéines sont protéolysés et les peptides sont analysés par la SP tandem chromatographique liquide (LC), suivie de la quantification.
1. C. elegans entretien et culture
2. Assemblage du système de débit microfluidique

3. Système de débit microfluidique pour in vivo FPOP
4. In vivo FPOP
5. Extraction, purification et protéolyse des protéines
6. Spectrométrie de masse liquide haute performance-tandem (LC-MS/MS)
7. Analyse des données

Dans le système de débit microfluidique utilisé pour IV-FPOP, H2O2 et les vers sont gardés séparés jusqu’à juste avant l’irradiation laser. Cette séparation élimine la dégradation de H2O2 par catalase endogène et d’autres mécanismes cellulaires12. L’utilisation d’un capillaire i.d. de 250 m montre une récupération totale de l’échantillon entre 63 et 89 % sur deux répliques biologiques, tandis que la capillaire de 150 m i.d. ne montre que 21 à 31 % de récupération(figure 3A). L’utilisation d’un plus grand i.d. capillaire (250 m) conduit à un meilleur flux de vers pendant le FLUX DE ver IV-FPOP et un seul ver(figure 3B) par rapport à un plus petit i.d. capillaire (150 m)(figure 3C). Le capillaire i.d. de 150 m ne permet pas le flux de vers unique(figure 3C) et les vers multiples sont vus s’écoulant ensemble à la fenêtre d’irradiation au laser qui diminue la quantité d’exposition au laser par ver unique.
IV-FPOP est une technique d’étiquetage covalent qui sonde l’accessibilité des solvants à C. elegans. La figure 4A montre un chromatogramme d’ion extrait représentatif (EIC) d’un peptide modifié et non modifié de FPOP. L’étiquette radicale hydroxyl modifie la chimie des peptides oxydativement modifiés, rendant ainsi les peptides modifiés FPOP plus polaires. Dans la chromatographie de phase inverse, les peptides modifiés IV-FPOP ont des temps de rétention plus tôt que les peptides non modifiés. La fragmentation de la SP/SEP des peptides isolés permet d’identifier les résidus oxydativement modifiés(figure 4B).
IV-FPOP a montré qu’il a modifié avec oxydativement un total de 545 protéines sur deux répliques biologiques dans C. elegans (figure 5A,B). Un avantage de IV-FPOP en tant que méthode d’empreinte protéique repose sur la capacité de la technique à modifier les protéines dans une variété de systèmes corporels dans les vers (figure 5C). Cette méthode permettrait de sonder la structure des protéines et les interactions protéiques indépendamment du tissu corporel ou de l’organe dans le ver. De plus, l’analyse de la SP en tandem confirme l’accessibilité des sondes IV-FPOP in vivo. Le modèle d’oxydation de la protéine de choc thermique 90 (Hsp90) en complexe avec la protéine de chaperon de myosine UNC-45 a été analysée(figure 6). L’analyse MS/MS pour Hsp90 montre que quatre résidus oxydativement modifiés(figure 6C,D),l’étendue normalisée de la modification FPOP (ln(PF))5 indique que les résidus M698 de Hsp90 sont moins solvables que les résidus R697, E699 et E700 lorsqu’ils sont liés à UNC-45(figure 6C). Ces différences d’oxydation sont validées par des calculs de surface accessibles aux solvants (SASA) (PDB 4I2Z13). Résidu M698 a une valeur SASA de 0,03 qui est considéré comme un résidu enfoui par rapport aux résidus R697, E699, et E700 avec des valeurs SASA plus élevées (figure 6C). 14

Figure 1. In vivo FPOP système de débit microfluidique schématique. (A) Les deux lignes d’infusion (orange) du système de débit IV-FPOP sont montrées à l’intérieur du tube FEP (jaune), la position de liaison correcte de la résine époxy est représentée par le cercle bleu clair. (B) Compléter le mixage-T assemblé formé par les trois capillaires i.d. de 250 m. La position correcte de liaison de résine du capillaire de sortie au tube FEP est représentée par le cercle bleu clair. (C) Le système de débit assemblé complet pour l’étiquetage covalent in vivo de C. elegans. Avant FPOP, les vers sont séparés de H2O2 jusqu’à ce que juste avant l’étiquetage; la fenêtre d’irradiation laser est montrée en bleu clair et le faisceau laser est représenté par l’éclair violet. Les chiffres ne sont pas à l’échelle. Ce chiffre a été modifié à partir d’Espino et coll.4. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2. Système microfluidique pendant IV-FPOP. (A) Image représentative de C. elegans à l’intérieur de la seringue de 5 ml. Sans remuer, les vers s’installent au fond de la seringue (à gauche). Les agitateurs magnétiques et le bloc d’agitateur maintiennent les vers en suspension pendant les expériences IV-FPOP (à droite). (B) Image représentative d’une seringue de 5 ml, infusant le capillaire et retirant le capillaire relié à la soupape 3-2. La poignée de soupape 3-2 est indiquée dans la position de retrait. (C) Système de débit microfluidique pendant IV-FPOP, le bloc d’agitateur magnétique est position au-dessus de la seringue de 5 mL des vers. (D) Outlet capillaire fixé à l’étape rayonnante. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3. Comparaison du flux et de la récupération de C. elegans à l’aide de deux capillaires i.d. (A) Pourcentage de récupération des vers après IV-FPOP pour deux répliques biologiques (BR) avec 250 (gris) et 150 (noir) i.d. capillaires. Les barres d’erreur sont calculées à partir de l’écart standard entre les triplicates techniques. C. elgans circulant à travers la fenêtre d’irradiation laser à travers un 250 m (B) et 150 m ( C ) c.-à-d. capillaires.C Les vers sont plus étroitement compactés dans le plus petit capillaire. Le capillaire i.d. de 150 m montre des vers agglutinants. Ce chiffre a été modifié à partir d’Espino et coll.4. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4. Résultats représentatifs LC-MS/MS après IV-FPOP. (A) EIC d’un peptide modifié FPOP (rouge) et non modifié (bleu). Le peptide sélectionné appartient à la protéine actin-1. (B) SPECTRE MS/MS de peptide non modifié doublement chargé 317-327. (C) MS/MS spectrum of doublely charged FPOP modified actin-1 peptide 317-327, in this example P323 was oxidatively modified (y5'ion, red). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 5. IV-FPOP modifie oxydativement les protéines dans C. elegans. (A) Diagramme venin de protéines oxydativement modifiées en présence de peroxyde d’hydrogène de 200 mM à 50 Hz sur deux répliques biologiques (BR), BR1 est en bleu et BR2 est en jaune. (B) Diagramme venin des protéines oxydativement modifiées identifiées dans les échantillons irradiés, le contrôle du peroxyde d’hydrogène, et le contrôle de ver-seulement dans BR2 à travers les triplicates techniques. (C) Graphique à tarte des protéines oxydativement modifiées dans différents systèmes de corps C. elegans. Ce chiffre a été modifié à partir d’Espino et coll.4. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 6. Corrélation des modifications IV-FPOP à l’accessibilité des solvants. (A) Myosin chaperon protéine UNC-45 (gris) (PDB ID 4I2Z13) mettant en évidence deux peptides modifiés identifiés par LC / MS / MS / MS analyse, 669-680 et 698-706 (vert, encart gauche). UNC-45 est lié au fragment de peptide Hsp90 (bleu). Les résidus oxydatifs modifiés à l’intérieur de ce fragment sont indiqués dans des bâtons (rouges), et l’UNC-45 est rendu en surface (encart droit). (B) Spectres de la M.A. Tandem de peptide UNC-45 669-680 (en haut) et 698-706 (en bas) montrant b- et y-ions pour la perte de CO2, une modification FPOP. (C) Le ln calculé (PF) pour les résidus Hsp90 oxydativement modifiés, R697, M698, E699 et E700. Les valeurs SASA calculées pour Hsp90 sont indiquées au-dessus de chaque résidu. (D) Tandem MS spectra pour R697, M698, E699, et E700 montrant une modification FPOP de 16. Ce chiffre a été modifié à partir d’Espino et coll.4. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Cette publication a été écrite en réponse partielle à la thèse du doctorat JAE. Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
In vivo l’oxydation photochimique rapide des protéines (IV-FPOP) est une technique d’empreinte de protéine radicale hydroxyl qui permet la cartographie de la structure des protéines dans leur environnement indigène. Ce protocole décrit l’assemblage et la mise en place du système de flux microfluidique IV-FPOP.
Ce travail a été soutenu par des fonds de démarrage de l’Université du Maryland, Baltimore et les NIH 1R01 GM 127595 attribués à LMJ. Les auteurs remercient le Dr Daniel Deredge pour son aide dans l’édition du manuscrit.
| Tubes de centrifugation coniques de 15 ml | Fisher Scientific | 14-959-53A | n’importe quelle marque suffit |
| Seringue étanche au gaz de 5 ml, Luer Lock amovible | SGE Analytical Science | 008760 | 2 minimum |
| 60 Démembreur sonique | Fisher Scientific | FM3279 | Cet article n’est plus disponible. Tout sonicateur à faible volume sera suffisant |
| Acétone, Grade HPLC | Fisher Scientific | A929-4 | 4 La quantité de 4 L n’est pas nécessaire |
| Acétonitrile avec 0,1 % d’acide formique (v/v), LC/MS Grade | Fisher Scientific | LS120-500 | |
| ACQUITY UPLC M-Class Symmetry C18 Trap Column, 100Å ;, 5 & micro ; m, 180 et micro ; m x 20 mm, 2G, V/M, 1/pqt | Waters | 186007496 | |
| ACQUITY UPLC M-Class System | Waters | ||
| Feuille d’aluminium | Fisher Scientific | 01-213-100 | n’importe quelle marque suffit |
| Aqua 5 µ ; m C18 125 et Aring ; matériau d’emballage | Phenomenex | ||
| Centrifuge | Eppendorf | 022625501 | |
| Delicate Task Wipers | Fisher Scientific | 06-666A | |
| Aiguille de dissection | Fisher Scientific | 50-822-525 | seulement quelques sont nécessaires |
| Dithiothreiotol (DTT) | AmericanBio | AB00490-00005 | |
| DMSO, anhydre | Invitrogen | D12345 | |
| Époxy mélange instantané 5 minutes | Loctite | 1365868 | |
| Acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) | Fisher Scientific | S311-100 | |
| EX350 laser excimer (longueur d’onde 248 nm) | GAM Laser | ||
| FEP Tubing 1/16 » OD x 0.020 » ID | IDEX Santé & Sciene | 1548L | |
| Acide formique, grade LC/MS | Fisher Scientific | A117-50 | |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310-500 | |
| HV3-2 VALVE | Hamilton | 86728 | 2 minimum |
| Acide chlorhydrique | Fisher Scientific | A144S-500 | |
| Peroxyde d’hydrogène | Fisher Scientific | H325-100 | n’importe lequel 30 % le peroxyde d’hydrogène est suffisant |
| Iodoacétamide (IAA) | ACROS Organics | 122270050 | |
| Legato 101 pousse-seringue | KD Scientific | 788101 | |
| Luer Adaptateur Luer femelle à 1/4-28 Mâle Polypropylène | IDEX Santé & quantité de Sciene | P-618L | 2 minimum |
| Sulfate de magnésium | Fisher Scientific | M65-500 | |
| Méthanol, grade LC/MS | Fisher Scientific | A454SK-4 | 4 L n’est pas nécessaire |
| Microcentrifugeuse | Thermo Scientific | 75002436 | |
| N,N&prime ;-Dimethylthiourea (DMTU) | ACROS Organics | 116891000 | |
| Manchon NanoTight Vert 1/16 » ID x .0155 » ID x1.6"'IDEX | Santé & Sciene | F-242X | |
| NanoTight Manchon Jaune 1/16 » OD x 0.027 » ID x 1.6" | IDEX Santé & Sciene | F-246 | |
| N-tert-Butyl-&alpha ;-phénylnitrone (PBN) | ACROS Organics | 177350250 | |
| OmniPur Phénylméthyl Sulfonyle Fluorure (PMSF) | Sigma-Aldrich | 7110-OP | n’importe quel inhibiteur de protéase suffit |
| Orbitrap Fusion Lumos Tribrid Mass Spectrometer | Thermo Scientific | autres instruments à haute résolution (par exemple Q exactive Orbitrap ou Orbitrap Fusion) peut être utilisé | |
| Compteur d’énergie pyroélectrique PE50-C | Ophir Optronics | 7Z02936 | |
| Pierce Quantitative Colorimetric Peptide Assay | Thermo Scientific | 23275 | |
| Pierce Rapid Gold BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | A53225 | |
| Pierce Trypsin Protease, MS | Grade Thermo Scientific | 90058 | |
| Pierre de clivage Polymicro, 1 » x 1 » x 1/32 » | Molex | 1068680064 | n’importe quel coupe-tube capillaire est suffisant |
| Tube capillaire en silice fondue flexible Polymicro, diamètre intérieur 250 & micro ; m, diamètre extérieur 350 & micro ; m, TSP250350 | Polymicro Technologies | 1068150026 | |
| Tube capillaire en silice fondue flexible Polymicro, diamètre intérieur 450µ ; m, diamètre extérieur 670 & micro ; m, TSP450670 | Polymicro Technologies | 1068150625 | |
| Tube capillaire en silice fondue flexible Polymicro, diamètre intérieur 75µ ; m, diamètre extérieur 375 & micro ; m, TSP075375 | Polymicro Technologies | 1068150019 | |
| Phosphate de potassium monobasique | Fisher Scientific | P382-500 | |
| Proteome Discover (logiciel de protéomique ascendant) | Thermo Scientific | OPTON-30799 | |
| Agitateur rotatif magnétique | V& P Scientific, Inc. | VP 710D3 | |
| Agitateur rotatif magnétique, kit d’accessoires pour une utilisation avec des pousse-seringues | V& P Scientific, Inc. | VP 710D3-4 | |
| Ciseaux | Fisher Scientific | 50-111-1315 | tous les ciseaux suffisent |
| Ruban d’étiquette autocollant | Fisher Scientific | 15937 | un rouleau suffit |
| Microcentrifugeuse à capuchon à pression Tubes Flex-Tube | Fisher Scientific | 05-402 | n’importe quelle marque suffit |
| Chlorure de sodium | Fisher Scientific | S271-500 | |
| Dodécylsulfate de sodium (FDS) | Fisher Scientific | 15-525-017 | |
| Phosphate de sodium dibasique heptahydraté | Fisher Scientific | S373-500 | |
| Microscope stéréo zoom | Fisher Scientific | 03-000-014 | une loupe suffit |
| virole sans bride avec anneau SST, téfzel (ETFE), 1/4-28 à fond plat, pour 1/16" OD | IDEX Health & Sciene | P-259X | |
| Super Flangeless Nut PEEK 1/4-28 Flat-Bottom, pour 1/16 » & 1/32 » OD | IDEX Health & Sciene | P-255X | |
| Super Tumble Mixeurs, 3,35 mm de diamètre, 0,61 mm d’épaisseur | V& P Scientific, Inc. | VP 722F | |
| Tris Base | Fisher Scientific | BP152-500 | |
| Plaque de base universelle, 2,5 » x 2,5 » x 3/8 » | Thorlabs Inc. | UBP2 | |
| Urea | Fisher Scientific | U5378 | |
| VHP MicroTight Union pour 360µ ; m OD | IDEX Santé & Sciene | UH-436 | 2 minimum |
| Eau avec 0,1 % d’acide formique (v/v), Eau Fisher Scientific | LS118-500 | de qualité | |
| LC/MS, | FisherScientific | W6-4 | de qualité LC/MS |