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Les histones sont des protéines de base qui régulent la structure de la chromatine en interagissant avec l’ADN sous forme d’octamères constitués des quatre histones centrales (deux de chacune des H2A, H2B, H3 et H4)20. Les histones contiennent de nombreux résidus de lysine et d’arginine, qui sont facilement modifiés, ce qui conduit à des PTM étendus qui modifient la chimie de la chromatine en influençant la fonction des histones ou en se liant à d’autres protéines cellulaires21. Les PTM peuvent susciter des réponses biologiques en travaillant en tandem, des groupes spécifiques de PTM ayant été rapportés dans plusieurs maladies, notamment plusieurs types de cancer22.
Lorsque les dommages à l’ADN sont reconnus au niveau cellulaire, ils sont instantanément suivis par l’action d’une cascade de signalisation complexe où les lésions sont marquées, suivie de la coordination de la progression du cycle cellulaire et de l’activation des voies de réparation requises. De plus, les dommages à l’ADN induisent diverses modifications, telles que les adduits acétyle et méthyle, qui facilitent le recrutement des protéines23. La grande variété de PTM impliqués dans les lésions de l’ADN conduit à la question de savoir comment ces mécanismes moléculaires régulent leur coexistence et quelle est l’importance fonctionnelle de la défense de l’intégrité du génome à travers un réseau intégré extrêmement complexe. Par exemple, la triméthylation de la lysine 9 de l’histone H3 (H3K9me3) a été liée à différentes pathologies dans diverses maladies24. Pour de telles raisons, il est nécessaire de développer des méthodologies analytiques instrumentales qui permettent la caractérisation complète de ces modifications au niveau cellulaire23.
L’analyse des extractions d’histones HeLa S3 à l’aide d’un logiciel d’analyse manuelle des données et d’un logiciel d’analyse protéomique a révélé des PTM, y compris l’acétylation (+42,01 Da), la méthyl-propionylation (+70,04 Da), la diméthylation (+28,03 Da) et la triméthylation (+42,05) pour plusieurs protéines d’histones. De plus, la méthode MS/MS basée sur PASEF a permis de différencier certains peptides isomères positionnels portant les mêmes PTM.
Dans l’introduction, les avantages du couplage LC-TIMS-ToF MS/MS dans l’étude des PTM pour montrer les développements récents de la DDA en utilisant une accumulation parallèle dans le piège de mobilité suivie d’une fragmentation séquentielle et d’une dissociation induite par collision sont brièvement décrits. L’idée principale est d’établir une méthodologie qui permette de résoudre les signaux provenant de différents peptides et que, jusqu’à présent, les techniques classiques n’ont pas été en mesure de résoudre. Le processus de dérivatisation à l’aide d’anhydride propionique empêche le clivage des C-terminaux de la lysine par la trypsine, générant des peptides plus longs et plus informatifs. Des peptides ayant le même m/z et le même temps de rétention ont pu être identifiés par leurs modèles de fragmentation, mais il a également été constaté que certaines de ces espèces pouvaient être séparées dans le domaine de la mobilité en utilisant cette méthode LC-TIMS-PASEF-ToF MS/MS.
Pour mieux comprendre cela, la figure 8 représente trois caractéristiques principales de toute molécule, permettant ainsi l’identification d’un composé, qu’il s’agisse de protéines intactes, de lipides ou de peptides (en l’occurrence, l’histone H3 18-26), pour ne citer que quelques exemples. Ces caractéristiques comprennent le temps de rétention (min) d’un composé dans la colonne chromatographique, le rapport masse-charge (m/z) de chaque composé et la mobilité (1/Ko) que présentent ces composés lorsqu’ils interagissent avec le gaz de dérive. Dans la figure 8A, le peptide H3 non modifié 18-26 a un RT de 28,15 min et présente deux bandes dans son spectre de mobilité, indiquant qu’il a au moins deux conformations, un résultat qui est soupçonné d’être le résultat des deux lysines (18 et 23) qui ont été propionylées selon le protocole décrit précédemment. Les spectres suivants (Figure 8B,C) montrent le même peptide (H3 18-26) mais faisant varier la position du groupe acétylation (42.02) entre B, K18Ac et C, K23Ac. Ces deux isomères (K18Ac et K23Ac) ont été identifiés par le mobilogramme, car ils présentent des distributions spatiales différentes, ce qui entraîne des interactions différentes avec le gaz dans la cellule TIMS. L’importance de cette méthode réside dans la possibilité d’identifier et d’étudier plus en détail les différents PTM qui ont été associés à différentes maladies à travers, par exemple, des dommages à l’ADN.
Lorsque les données de fragmentation sont rares, il est difficile d’identifier une modification au niveau d’un résidu spécifique car deux ou plusieurs modifications dissemblables peuvent se produire simultanément au niveau (ou à proximité) des mêmes résidus et peuvent être comprises comme une seule modification25. Cela pourrait être résolu en s’assurant que le peptide non modifié a été identifié, en particulier en utilisant un étalon pour confirmer ou infirmer la présence d’une seule modification plutôt que de plusieurs modifications (tableau 1).
Pour éviter une contamination excessive ou des extractions d’histones impures, il est important de vérifier la qualité des réactifs avant utilisation. Par exemple, si la solution tampon NIB est stockée et utilisée en vrac, assurez-vous que la solution est claire et qu’elle n’a pas d’apparence extérieure de turbidité ou de présentation anormale. La turbidité peut être le résultat de la croissance bactérienne, qui contaminerait les échantillons et pourrait entraîner un mélange d’histones et de protéines bactériennes. De plus, il est recommandé de préparer de nouvelles courbes d’étalonnage pour les essais, tels que le test BCA ou Bradford utilisé pour déterminer la concentration en protéines, en veillant à ce que la protéine utilisée pour la courbe d’étalonnage ne soit pas périmée ou dégradée.
Cette méthode peut être étendue à d’autres types de cellules ou d’organismes, par exemple les moustiques. Dans le cas d’organismes entiers ou partiels, il est particulièrement important de sélectionner un nombre approprié d’organismes pour s’assurer que la concentration finale d’histones convient à l’analyse.
De plus, à titre de directive générale pour l’entretien du spectromètre de masse, l’avant doit être nettoyé périodiquement pour éviter l’accumulation sur l’instrument et la contamination entre les cycles. Ce nettoyage doit inclure le rideau, la plaque à orifice et le quadripôle, selon les besoins.
En général, lorsqu’un LC est utilisé, il est nécessaire de prendre en considération la préparation de la ou des phases mobiles fraîches chaque semaine à l’aide de solvants de qualité MS. Il est recommandé de conserver des pipettes et de la verrerie dédiées à la préparation de la phase mobile et de purger les lignes LC chaque fois que de nouvelles solutions sont placées sur le système. Les colonnes de protection et de séparation doivent généralement être remplacées toutes les 100 à 200 injections et 500 à 1500 injections, respectivement26. Assurez-vous d’injecter des blancs avant et après l’analyse d’un lot d’échantillons. S’il y a un grand nombre d’échantillons dans un lot donné, on peut également envisager d’analyser un blanc à différents intervalles dans le lot.
Le protocole fournit un flux de travail DDA basé sur PASEF pour détecter les PTM d’histones et différencier les espèces isobariques et isomères en fonction de la mobilité ionique.
Ce protocole nécessite une préparation approfondie des échantillons, et le temps total de préparation des échantillons expérimentaux doit être pris en compte. En moyenne, le protocole de préparation des échantillons nécessite 2 à 3 jours ouvrables. De plus, les différences entre les laboratoires et les versions des instruments peuvent affecter la sensibilité globale de l’analyse.
Très peu de logiciels d’analyse de données protéomiques ont été jugés adéquats pour une utilisation dans l’analyse des histones par des méthodes ascendantes sans ajustement ou correction manuelle 27,28,29. Les résultats doivent (au moins dans un premier temps) être confirmés à l’aide d’une analyse manuelle, ce qui prend également du temps. Si un logiciel analytique est utilisé, il doit avoir des capacités d’annotation MS/MS, qui sont généralement faciles à confirmer ou à rejeter.
Il convient également de mentionner qu’il est impossible de séparer les isomères par spectrométrie de masse à moins qu’une cellule TIMS ne soit insérée et que des valeurs de mobilité ne soient utilisées ; par exemple, les positions des modifications des histones peuvent être déterminées à l’aide de modèles de fragmentation (PASEF).