$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Les méthodes traditionnelles de lyse par vis sans fin présentent divers inconvénients. Par exemple, les méthodes de sonication et de battage de billes basées sur des sondes produisent une chaleur excessive en permettant le contact de la pointe métallique ou des billes directement avec les échantillons, ce qui entraîne des récupérations variables des protéines et une dénaturation des protéines. Le broyage à l’azote liquide suivi d’une sonication dans un tampon de lyse, peut prendre beaucoup de temps et nécessite un grand nombre de vers. En raison des limites des méthodes traditionnelles de lyse des vers, les flux de travail MS précédents, tels que les méthodes d’étiquetage iTRAQ ou les méthodes sans marquage qui ont été historiquement utilisées dans le système de modèle C . elegans pour obtenir des informations quantitatives sur l’insolublome, nécessitent un apport important de matériel de départ (au moins 40 000 vers). Un travail laborieux d’élevage de vers est nécessaire pour obtenir ce nombre de vers. De plus, les méthodes d’étiquetage nécessitent des étiquettes chimiques isobares coûteuses. Les méthodes de quantification sans marquage sont rentables et offrent des méthodes de préparation et de marquage des échantillons plus faciles et plus simples, mais nécessitent un nombre considérablement élevé de vers pour obtenir une couverture d’analyse MS suffisante.
Le sonicateur que nous avons utilisé augmente considérablement l’efficacité et la reproductibilité de la lyse des vers en lysant simultanément plusieurs échantillons de vers dans un sonicateur à bain d’eau à température contrôlée sans contamination croisée14, réduisant ainsi considérablement la quantité de matériau de vis sans fin de départ nécessaire. En combinant la méthode de sonication très efficace et l’approche quantitative de la MS sans marquage DIA, nous avons pu quantifier de manière robuste l’insolublme des vers âgés et jeunes en utilisant ~3 000 vers. Ici, nous avons testé et validé l’efficacité du protocole et comparé l’insolublome de vers âgés et jeunes d’une souche de ver de type sauvage, N2-Bristol C. elegans. Nous avons appliqué ce protocole pour extraire et isoler l’insolublome de ~3 000 N2 C. elegans âgés et jeunes (deux réplicats biologiques pour chaque condition), suivi d’une analyse MS avec un spectromètre de masse quadripolaire à temps de vol ou d’autres systèmes MS utilisant une combinaison d’acquisition dépendante des données (DDA) et d’acquisitions indépendantes des données (DIA/SWATH) pour l’identification et la quantification des protéines. Les protéines insolubles ont d’abord été analysées sur un gel Bis-Tris à gradient de 4 à 12 % afin de déterminer la quantité de protéines dans chaque échantillon insolublome. Comme le montre la figure 2, l’échantillon d’insolublome des vers âgés N2 (voies 2 et 3, expériences de réplication biologique) contient significativement plus de protéines que les échantillons de jeunes vers N2 (voies 1 et 4, expériences de réplication biologique).
Après la digestion dans le gel, les profils protéiques de l’insolublome ont été analysés par HPLC-MS. À l’aide de ce flux de travail, nous pouvons généralement identifier 1000 à 1500 protéines et quantifier 500 à 1 000 protéines de la fraction insoluble SDS avec une reproductibilité élevée (données non publiées). Ici, nous avons pu quantifier 989 protéines de l’insolublome de N2-Bristol C. elegans en analysant les données DIA et en supprimant la redondance : 768 protéines ont été significativement enrichies et 27 protéines ont été significativement diminuées dans l’insolublome du ver N2 âgé (jour 10) par rapport au jeune (jour 2) en utilisant un changement de pli d’au moins 1,5 et une valeur Q inférieure à 0,01 (Figure 3A). Comme le montre le graphique de l’histogramme (figure 3B), le changement de pliage des protéines significativement modifiées montre une distribution normale. Il a été démontré que les vers âgés étaient significativement enrichis pour l’insolublome : le plus grand changement observé a montré que l’abondance relative des protéines chez l’insolublome était 592 fois plus élevée chez les vers âgés que chez les jeunes vers ; Et pour 32 protéines, l’abondance relative des protéines dans l’insolublome était >250 fois plus élevée chez les vers âgés que chez les jeunes vers, indiquant des changements spectaculaires de l’insolublome avec l’âge.
Après avoir extrait la liste des protéines insolubles qui sont significativement augmentées chez les vers âgés et identifiées par la base de vers (WS271), l’analyse de la voie KEGG et de l’ontologie génétique (GO) a été effectuée pour déterminer les voies qui sont enrichies dans l’insolublome âgé afin d’obtenir des informations biologiques sur la façon dont elles sont liées au vieillissement. L’analyse de la voie KEGG des protéines identifiées dans cette étude montre un enrichissement de plusieurs voies impliquant les ribosomes, les mitochondries, le protéasome et l’épissage (Figure 4A). L’analyse de l’ontologie génétique montre que l’insolublome des vers âgés comprend de nombreuses protéines dans des catégories particulières, notamment les protéines mitochondriales, développementales, déterminantes de la durée de vie adulte et ribosomales (figure 4B et tableau supplémentaire 1A). Nous avons ensuite comparé la liste des protéines identifiées dans cette étude avec les travaux précédemment publiés de David et al.2 et Mark et al.11 , comme le démontrent les diagrammes de Venn (Figure 5, A, 5B). La comparaison a montré un chevauchement significatif des protéines identifiées 394/721 et 444/721 avec l’étude de David et al (Figure 5A) et de Mark et al. (Figure 5B), respectivement. Les voies biologiques révélées par l’analyse KEGG de l’insolublome à partir de cette étude ont également été identifiées dans le passé, validant ainsi notre méthodologie (tableau supplémentaire 1B). L’identification de ces voies et protéines suggère qu’elles pourraient servir de candidats pour une étude biologique plus approfondie en ce qui concerne leur fonction dans le contexte du vieillissement.
En résumé, l’utilisation de la méthode de sonication efficace permet la lyse de plusieurs échantillons de vers en même temps dans un environnement avec des températures bien contrôlées et une contamination croisée réduite pour obtenir une couverture protéique élevée avec beaucoup moins de matière de vers de départ. La combinaison de la méthode de sonication efficace avec un flux de travail de quantification des protéines sans marquage DIA a permis d’obtenir des résultats fiables et reproductibles pour la quantification des protéines de ver insolubles.

Graphique 1. Flux de travail expérimental du protocole. C. elegans a été cultivé et récolté à des jours différents. Après lyse par lombricompost avec un sonicateur, la fraction protéique insoluble à 1 % du SDS (insolublome) a été extraite et isolée du lysat. L’insolublome a ensuite été digéré par digestion à la trypsine dans le gel et quantifié par spectrométrie de masse DIA, suivi d’une analyse bioinformatique. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Graphique 2. Le gel SDS-PAGE de l’insolublome isole les jeunes vers par rapport aux vieux vers de la souche N2-Bristol. Les insolublomes des jeunes vers par rapport aux vers âgés de la souche N2-Bristol ont été analysés par SDS-PAGE pour déterminer la quantité de protéines présentes. Le gel SDS-PAGE a été coloré avec une coloration protéique fluorescente pour visualiser les bandes de protéines. Couloirs 1 et 4 : Insolublome issu de deux expériences de réplication biologique de jeunes vers N2 (Jour 2). Couloirs 2 et 3 : Insolublome issu de deux expériences de réplication biologique de vers N2 âgés (Jour 10). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Graphique 3. Les protéines candidates identifiées comme montrant une altération significative chez l’insolublome âgé par rapport au jeune et leurs distributions de changement de plissement. (A) Graphique volcanique pour la quantification de l’insolublème des vers N2-Bristol âgés par rapport aux jeunes vers. Les candidats avec un changement de pli absolu >=1,5 et une valeur Q <0,01 sont représentés par des points rouges. (B) Graphique d’histogramme pour la distribution des changements de pli des protéines insolubles SDS significativement enrichies dans des échantillons de vers âgés par rapport à de jeunes vers. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Graphique 4. Analyse du parcours KEGG et de l’ontologie génétique (GO). (A) Analyse de la voie KEGG de l’insolublome du jour 10 disposé en fonction de la valeur p avec une voie très significative indiquée en haut. (B) L’analyse de l’ontologie génétique montre que l’insolublome des vers âgés est enrichi pour de nombreuses protéines dans des catégories particulières, notamment les protéines mitochondriales, développementales, déterminantes de la durée de vie adulte et ribosomiales. La vue en nuage de points visualise les termes GO dans un « espace sémantique » où les termes les plus similaires sont positionnés plus près les uns des autres. La couleur de la bulle reflète la valeur p obtenue dans l’analyse STRING, tandis que sa taille reflète la généralité du terme GO dans la base de données UniProt-GOA. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Graphique 5. Le chevauchement de la protéine insolublome identifié dans l’insolublome du jour 10 compare cette étude avec (A) David et al.2 et (B) les études Mark et al.11 . Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Tableau supplémentaire 1 (en lien avec les figures 4 et 5). (A) Ontologie génétique (processus biologique) analysée avec la base de données STRING. (B) Liste détaillée des protéines et des voies KEGG identifiées dans cette étude avec des codes de couleur décrivant leur chevauchement avec les travaux publiés. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.