Le présent protocole décrit la préparation et la mesure quantitative de l’arginine libre et liée aux protéines et des méthyl-arginines par spectroscopie RMN 1H.
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Article de méthode
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Le présent protocole décrit la préparation et la mesure quantitative de l’arginine libre et liée aux protéines et des méthyl-arginines par spectroscopie RMN 1H.
L’arginine liée aux protéines est généralement méthylée dans de nombreuses protéines et régule leur fonction en modifiant les propriétés physico-chimiques, leur interaction avec d’autres molécules, y compris d’autres protéines ou acides nucléiques. Ce travail présente un protocole facilement réalisable pour quantifier l’arginine et ses dérivés, y compris la diméthylarginine asymétrique et symétrique (ADMA et SDMA, respectivement) et la monométhylarginine (MMA). Après l’isolement des protéines à partir de fluides corporels biologiques, de tissus ou de lysats cellulaires, une méthode simple d’homogénéisation, de précipitation des protéines et d’hydrolyse des protéines est décrite. Étant donné que les hydrolysats contiennent de nombreux autres composants, tels que d’autres acides aminés, lipides et acides nucléiques, une étape de purification par extraction en phase solide (SPE) est essentielle. L’EPS peut être effectuée manuellement à l’aide de centrifugeuses ou d’un robot de pipetage. La sensibilité pour ADMA utilisant le protocole actuel est d’environ 100 nmol/L. La limite supérieure de détection de l’arginine est de 3 mmol/L en raison de la saturation SPE. En résumé, ce protocole décrit une méthode robuste, qui s’étend de la préparation d’échantillons biologiques à la détection basée sur la RMN, fournissant des conseils précieux et des pièges pour un travail réussi lors de l’étude du méthylome d’arginine.
Au cours des deux dernières décennies, la méthylation des résidus d’arginine a été reconnue comme une modification post-traductionnelle essentielle des protéines. Il affecte les processus biologiques fondamentaux tels que la régulation de la transcription, la transduction du signal et bien d’autres1. Les principales protéines impliquées dans la régulation de la méthylation de l’arginine sont les protéines arginine méthyltransférases (PRMT)2. Les principaux dérivés de l’arginine sont la ω-(N G,N G)-diméthylarginine asymétrique (ADMA), la ω-(N G,N’G)-diméthylarginine symétrique (SDMA) et la ω-N G-monométhylarginine (MMA)2.
Les PRMT utilisent la S-adénosyl-l-méthionine pour transférer les groupes méthyle au groupe guanidino terminal (avec deux groupes aminés équivalents) de l’arginine1 liée aux protéines. Deux enzymes principales peuvent être distinguées: les enzymes de type I et de type II catalysent la première étape de méthylation pour former le MMA (qui perd ainsi sa symétrie). Après cette étape, les enzymes de type I (p. ex. PRMT1, 2, 3, 4, 6, 8) utilisent le MMA comme substrat pour former l’ADMA, tandis que les enzymes de type II (principalement PRMT5 et PRMT9) produisent de la SDMA. PRMT1 a été la première protéine arginine méthyltransférase à être isolée à partir de cellules de mammifères3. Pourtant, les PRMT ont été conservés au cours de l’évolution4 chez d’autres animaux comme les vertébrés non mammifères, les chordés d’invertébrés, les échinodermes, les arthropodes et les nématodes cnidaires5, les plantes6 et les protozoaires, y compris les champignons comme la levure7. Dans de nombreux cas, l’élimination de l’un des PRMT entraîne une perte de viabilité, révélant le rôle essentiel des espèces d’arginine méthylée impliquées dans des processus cellulaires fondamentaux tels que la transcription, la traduction, la transduction du signal, l’apoptose et la séparation de phase liquide-liquide (c’est-à-dire la formation d’organites sans membrane, par exemple des nucléoles), qui implique régulièrement des domaines riches en arginine 8,9,10 . À son tour, cela influence la physiologie et les états pathologiques, y compris le cancer 11,12,13, le myélome multiple 14, les maladies cardiovasculaires15, la pathogenèse virale, l’amyotrophie spinale 16, le diabète sucré 17 et le vieillissement1. On pense que l’augmentation des taux d’ADMA dans la circulation sanguine, par exemple dérivée du poumon18 en raison de la dégradation des protéines, est liée à un dysfonctionnement endothélial, à une maladie pulmonaire chronique19 et à d’autres syndromes de maladie cardiovasculaire20. La surexpression des PRMT a été trouvée pour accélérer la tumorigenèse et est associée à un mauvais pronostic21,22. Par ailleurs, l’ablation de PRMT6 et PRMT7 déclenche un phénotype de sénescence cellulaire23. Une diminution significative de l’ADMA et du PRMT1 a été observée au cours du vieillissement des fibroblastes WI-3824.
Le défi consiste à comprendre comment la méthylation agit dans les processus (physio)physiologiques en identifiant et en quantifiant la méthylation de la protéine arginine. La plupart des approches actuelles utilisent des anticorps pour détecter les arginines méthylées. Cependant, ces anticorps sont toujours spécifiques au contexte et pourraient ne pas reconnaître différents motifs des protéines méthylées de l’arginine25,26. Dans le protocole décrit, tous les dérivés de l’arginine mentionnés ci-dessus peuvent être quantifiés de manière fiable par spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN), c’est-à-dire seuls, en combinaison ou, comme dans la plupart des cas, dans des matrices biologiques complexes comme les cellules eucaryotes (par exemple, de levure, de souris ou d’origine humaine) et les tissus27, ainsi que le sérum28. Pour les protéines et ces matrices complexes, l’hydrolysedes protéines 29 est une condition préalable à la génération d’acides aminés libres (modifiés), tels que l’arginine, le MMA, la SDMA et l’ADMA. L’extraction en phase solide (SPE)30 permet l’enrichissement des composés d’intérêt. Enfin, la spectroscopie 1H-RMN permet la détection parallèle de l’arginine et de tous les principaux dérivés méthyliques de l’arginine. La spectroscopie RMN présente l’avantage d’être véritablement quantitative, hautement reproductible et d’être une technique robuste31,32. Les mesures RMN finales peuvent être effectuées par la suite lorsque de nombreux échantillons ont été prélevés et préparés. Enfin, ce protocole se concentre principalement sur la préparation des échantillons car cela ne nécessite pas de spectromètre RMN propre. Il peut être effectué dans la plupart des laboratoires biochimiques. Néanmoins, quelques indices sur lesquels les mesures de spectroscopie RMN devraient être effectuées sont fournis dans ce travail.
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Des hydrolysats de protéines de levure ont été utilisés comme échantillons pour les résultats représentatifs de ces travaux. L’ensemble du protocole est résumé à la figure 1.
1. Préparation des matériaux et des réactifs
2. Prélèvement et stockage des échantillons
3. Préparation préliminaire de l’échantillon
REMARQUE: Effectuez le travail sur la glace, en gardant MeOH froid. Les échantillons doivent également être conservés sur de la glace pour éviter la dégradation des protéines.
4. Hydrolyse des protéines
5. Extraction en phase solide (SPE)
6. Préparation finale pour la RMN
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Régulièrement, des projections 1H 1D de spectres RMN 2D résolus en J (JRES), virtuellement découplés, sont utilisées pour les assignations de pics et les quantifications dans notre laboratoire36. La figure 3 montre des spectres JRES représentatifs d’hydrolysats de protéines de levure purifiés à l’aide du protocole SPE actuel. Bien qu’à des concentrations très différentes, les deux substances peuvent être séparées et quantifiées dans une matrice cellulaire. ...
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Dans la section suivante, l’accent est mis sur la méthode elle-même; les implications biologiques de la méthylation de l’arginine sont décrites dans la section Introduction.
Tout d’abord, les tissus de rigidité différente peuvent nécessiter un ajustement de la lyse de l’échantillon: les cellules de culture cellulaire (y compris les bactéries, les levures, etc.) et les tissus comme le cerveau, le foie jeune, les muscles lisses, etc., peuvent rapidement être homogénéisés. Pour les tissus de fort...
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Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.
Le travail a été soutenu par les subventions P28854, I3792 du Fonds autrichien pour la science (FWF), doc.funds BioMolStruct DOC 130, DK-MCD W1226 BioTechMed-Graz (projet phare DYNIMO), les subventions 864690 de l’Agence autrichienne de promotion de la recherche (FFG) et 870454, le Centre de recherche sur le métabolisme intégratif de Graz; Programme d’infrastructure autrichien 2016/2017, gouvernement styrien (Zukunftsfonds) et Fonds de démarrage pour les talents de haut niveau de l’Université médicale du Fujian (XRCZX2021020). Nous remercions le Centre de recherche médicale pour l’accès aux installations de culture cellulaire. F.Z. a été formé dans le cadre du programme de doctorat en médecine moléculaire de l’Université médicale de Graz. Q.Z. a été formé dans le cadre du programme de doctorat sur les maladies métaboliques et cardiovasculaires de l’Université médicale de Graz.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Tubes de 15 mL | Greiner Bio One | 188271 | |
| 3-(triméthylsilyl)acide propionique-2,2,3,3-d4 sel de sodium (TSP) | Alfa Aesar | A1448 | |
| Tubes de 5 mL, fond rond | Greiner Bio One | 115101 | |
| Solution d’ammoniac 32 % | Roth | A990.1 | |
| Bruker Spectromètre RMN 600 MHz, équipé d’une tête de sonde TXI | Bruker | - | |
| Centrifugeuse, réfrigérée, par ex. 5430 R | Eppendorf | 5428000010 | |
| Chloroform &ge ; 99 % par an | Roth | 3313.1 | |
| Fluide caloporteur Cryocool | Thermo Scientific | SCC1 | pour système SpeedVac |
| Oxyde de deutérium (D2O) | Cambridge Isotope Laboratories | DLM-10-PK | |
| Dimethyl sulfoxide-d6 (d6-DMSO) | Cambridge Isotope Laboratories | DLM-6-1000 | |
| Liant de chambre de séchage | 9090-0018 | ||
| Tubes de culture DURAN, 13 x 100mm, GL 14, 9 mL | VWR International | 212-0375 | |
| Edwards Pompe à huile pour vide profond RV5 | Thermo Scientific | 16234611 | partie du système SpeedVac |
| Tubes Eppendorf 1,5 mL | Greiner Bio One | 616201 | |
| Gilson Robot de pipetage GX-241 Aspec | Gilson Inc. | ||
| L-arginine | AppliChem | A3675 | |
| Méthanol &ge ; 99 % | Roth | 8388.4 | |
| Milli-Q aparatus d’eau | Millipore | ZIQ7000T0 | |
| Oasis MCX 1cc/30 mg, 1 mL cartouches | Waters | 186000252 | https://www.waters.com/waters/en_US/Waters-Oasis-Sample-Extraction-SPE-Products/ |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Lonza | LONBE17-512F | |
| Precellys 24 homogénéisateur de tissus | Bertin Instruments | P000669-PR240-A | https://www.bertin-instruments.com/product/sample-preparation-homogenizers/precellys24-tissue-homogenizer/ |
| Tubes Precellys (tubes de mise en pâte) | VWR International | 432-0351 | |
| Precellyse 1,4 mm billes d’oxyde de zirconium | VWR International | 432-0356 | |
| Reacti-Therm/ReactiVap Modules de chauffage, d’agitation et d’évaporation | Thermo Scientific | TS-18820 | |
| https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/TS-18820 Rotor pour tubes de 1,5 mL, FA-45-30-11 | Eppendorf | 5427753001 | |
| Savant Piège réfrigéré | Thermo Scientific | 15996161 | partie du système SpeedVac |
| Concentrateur sous vide Savant SpeedVac SPD210 | Thermo Scientific | 15906181 | partie du système SpeedVac ; équipé avec rotor pour tubes de 1,5 ml |
| Bouchons à vis pour flacons en verre avec étanchéité en PTFE, DN9 | Dr. R. Forche Chromatographie | CT11B3011 | |
| Seasand | Roth | 8441.3 | |
| Flacons en verre à filetage court 1,5 mL, ND9 | Dr. R. Forche Chromatographie | VT1100309 | |
| Azoture de sodium (NaN3) | Roth | K305.1 | |
| Hydroxyde de sodium (NaOH) | VWR | BDH7363-4 | |
| Phosphate de sodium dibasique (Na2HPO4) | VWR | 80731-078 | |
| TopSpin 4.0 (Logiciel) | Bruker-https://www.bruker.com | ||
| &omega ;-NG-asymmetric dimethylarginine (ADMA) | Santa Cruz Biotechnology | sc-208093 | |
| &omega ;-NG-monomethylarginine (MMA) | Santa Cruz Biotechnology | sc-200739A | |
| &omega ;-NG-NG'-diméthylarginine symétrique (SDMA) | Santa Cruz Biotechnology | sc-202235A |
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