Name: Capture assistée par résine couplée à un étiquetage de masse en tandem isobare pour la quantification multiplexée de l’oxydation des protéines thiols (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-06-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 16 s
Description: Découvrez une méthode de capture assistée par résine et d'étiquetage isobare pour identifier et quantifier les résidus de cystéine oxydés dans les protéines. Cette approche de protéomique redox fournit des données site-spécifiques précises.

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Certaines parties du travail ont été soutenues par les subventions NIH R01 DK122160, R01 HL139335 et U24 DK112349

Toutes les procédures décrites dans le protocole concernant les échantillons/tissus animaux ou humains ont été approuvées et suivies par les lignes directrices institutionnelles du comité d’éthique de la recherche sur les humains et les animaux.
1. Homogénéisation/lyse des échantillons
<ol><li>Échantillons de tissus congelés<ol><li>Hacher du tissu congelé (~30 mg) sur une lame de microscope en verre sur de la glace sèche à l’aide d’une lame de rasoir prérefroidie et d’une pince. Transférer le tissu haché dans un tube de polystyrène à fond rond prérefroidi de 5 mL contenant 700 μL de tampon A (voir le tableau 1) et incuber sur de la glace pendant 30 minutes, à l’abri de la lumière.</li>
		<li>Perturber le tissu pendant 30 s ou jusqu’à ce qu’il soit complètement homogénéisé à l’aide d’un homogénéisateur de tissu portatif. Placez les échantillons sur de la glace et laissez la mousse s’affaisser pendant encore 10 minutes. REMARQUE: Une plaque à pâtisserie en aluminium placée sur de la glace sèche fournit une surface de travail stable et une plate-forme pour le traitement initial / hachage du tissu.</li>
	</ol></li>
	<li>Alternativement, utilisez des cultures cellulaires adhérentes dans des boîtes de culture de 100 mm comme matière première.<ol><li>Gardez les cellules sur de la glace et utilisez une pipette sérologique pour rincer les cellules deux fois avec 10 ml de PBS glacé contenant 100 mM NEM.</li>
		<li>Lyser les cellules en ajoutant 1 mL de tampon d’homogénéisation/lyse à froid et en grattant vigoureusement avec un racleur cellulaire rigide. Transférer le lysat dans un tube centrifuge de 2 mL à l’aide d’une micropipette. REMARQUE : Le tampon de rinçage et le tampon de lyse peuvent être adaptés aux récipients de culture de différentes tailles. En règle générale, 2 à 5 millions de cellules sont nécessaires; Cependant, cela varie en fonction de l’efficacité de la lyse et du rendement en protéines pour des types de cellules spécifiques. Un tampon d’homogénéisation peut être préparé sans NEM pour les échantillons analysés pour les thiols totaux.</li>
	</ol></li>
	<li>Transvaser l’homogénat résultant (étape 1.1.2 ou 1.2.2) dans un tube à centrifuger de 2 mL à l’aide d’une micropipette et centrifuger à pleine vitesse (≥16 000 × g) à 4 °C pendant 10 min.</li>
	<li>Transférer le surnageant (~700 μL ou ~1 mL pour la culture cellulaire) à l’aide d’une micropipette dans un tube de microcentrifugation conique de 5 mL et incuber pendant 30 min à 55 °C dans l’obscurité en agitant à 850 tr/min.</li>
	<li>À l’aide d’une pipette sérologique en verre, ajouter 4 mL d’acétone glacée aux échantillons et incuber à -20 °C pendant la nuit pour la précipitation des protéines et l’élimination de l’excès de N-éthylmaléimide.</li>
</ol>2. Capture assistée par résine
<ol><li>Laver deux fois les pastilles de protéines précipitées avec de l’acétone en centrifugeant à 20 500 × g à 4 °C pendant 10 min, en décantant l’acétone, en éliminant toute acétone restante à l’aide d’une micropipette et en ajoutant 3 ml d’acétone fraîche et glacée à l’aide d’une pipette sérologique en verre. Inversez plusieurs fois pour mélanger. Après le deuxième lavage, laissez les granulés sécher à l’air pendant 1-2 minutes, en prenant soin de ne pas trop sécher car la remise en suspension peut devenir difficile.</li>
	<li>À l’aide d’une micropipette, ajouter 1 mL de tampon B (voir le tableau 1) et solubiliser la protéine en utilisant une sonication répétée pendant 15 à 30 s à la fois à l’aide d’un sonicateur de bain avec une sortie de 250 W et un bref tourbillon. Mesurer la concentration en protéines à l’aide du dosage de l’acide bicinchoninique (BCA) conformément au protocole du fabricant.</li>
	<li>Pour normaliser les concentrations de protéines dans les échantillons en vue d’un traitement ultérieur et assurer l’élimination complète de la NEM, transférer 500 μg de protéines dans un filtre centrifuge de 0,5 mL et 10 kDa à l’aide d’une micropipette et ajuster à un volume final de 500 μL avec tampon de remise en suspension.</li>
	<li>Centrifuger à 14 000 × g à température ambiante jusqu’à ce que le volume dans le filtre centrifuge soit inférieur à 100 μL. Prélever les échantillons en inversant le filtre dans un tube de collecte. Centrifuger à 1 000 × g pendant 2 min et ajuster à un volume final de 500 μL à l’aide du tampon C (voir tableau 1).</li>
	<li>Réduire les thiols protéiques en ajoutant 20 μL de dithiothréitol (DTT) à 500 mM à l’aide d’une micropipette jusqu’à une concentration finale de 20 mM et en incubant les échantillons pendant 30 min à 37 °C tout en agitant à 850 tr/min.</li>
	<li>Après réduction, transférer les échantillons à l’aide d’une micropipette dans des filtres centrifuges de 0,5 mL 10 kDa et centrifuger pendant 15 min à 14 000 × g à température ambiante ou jusqu’à ce que le volume dans le filtre centrifuge soit inférieur à 100 μL. Ajouter le tampon D (voir le tableau 1) pour porter le volume dans le filtre centrifuge à 500 μL.<ol><li>Répéter la centrifugation et l’ajouter à 500 μL à l’étape 2.6 trois fois, et après la quatrième centrifugation, prélever les échantillons en inversant le filtre dans un tube de collecte et en centrifugeant à 1 000 × g pendant 2 min.</li>
	</ol></li>
	<li>Mesurer la concentration en protéines à l’aide du dosage BCA selon le protocole du fabricant.</li>
	<li>Au cours de cet échange tampon, préparer la résine d’affinité thiol en pesant la quantité appropriée de résine (30 mg/échantillon) à l’aide d’une microbalance et en la transférant dans un tube à centrifuger de 50 mL. Ensuite, à l’aide d’une pipette sérologique, ajouter de l’eau pour une concentration finale de 30 mg/mL de résine et incuber à température ambiante pendant 1 h en agitant pour une bonne hydratation de la résine. REMARQUE: La résine d’affinité thiol mentionnée ci-dessus a été abandonnée par le fabricant. Un remplacement possible de cette résine d’affinité thiol est disponible dans le commerce. Cependant, ce remplacement a une capacité de liaison presque 5 fois inférieure (voir Informations supplémentaires). Alternativement, la résine thiol-affinité peut être synthétisée à l’aide de chlorhydrate de 2-(pyridyldithio) éthylamine et de résine activée par N-hydroxysuccinimide (voir Informations supplémentaires).<ol><li>Après hydratation de la résine, placer les colonnes de spin sur un collecteur à vide et transférer 500 μL de la boue de résine à l’aide d’une micropipette à chaque colonne. Appliquer le vide pour éliminer l’eau; Répétez cette étape une fois pour obtenir un total de 30 mg de résine par colonne. Sinon, centrifuger à 1 000 × g pendant 2 minutes au lieu d’utiliser le collecteur à vide pour cela et toutes les étapes de lavage et d’élution de la résine. REMARQUE: Couper l’extrémité d’une pointe de pipette de 1000 μL pour augmenter la taille de l’alésage aide au transfert de la résine. Il est important de triturer entre le pipetage pour s’assurer que la résine reste en suspension et que des quantités homogènes et égales de résine sont transférées à chaque colonne.</li>
		<li>Laver la résine en ajoutant 500 μL d’eau ultrapure avec une micropipette et en appliquant le vide pour éliminer l’eau; Répétez cette opération 5 fois. Ensuite, lavez la résine 5 fois avec 500 μL de tampon E (voir Tableau 1). NOTA: Une autre solution peut être utilisée par centrifugation à 1 000 x g pendant 2 minutes à la place d’un collecteur à vide pour toutes les étapes de lavage ultérieures. Toutes les étapes de lavage sont effectuées avec un volume de 500 μL. Lors de l’ajout de tampons de lavage à la colonne, ajoutez soigneusement avec suffisamment de force pour remettre complètement la résine en suspension tout en évitant les éclaboussures et la perte de résine; Cela permet un lavage complet et efficace de la résine.</li>
	</ol></li>
	<li>À l’aide d’une micropipette, transférer 150 μg de protéines de chaque échantillon réduit dans un nouveau tube et ajuster à un volume final de 120 μL de tampon C (voir le tableau 1). Transférer la solution protéique à l’aide d’une micropipette dans une colonne d’essorage bouché contenant la résine, placer le bouchon sur la colonne et incuber pendant 2 h à température ambiante en agitant à 850 tr/min.</li>
	<li>Laver la résine cinq fois avec 25 mM HEPES, pH 7,0; 8 M d’urée; suivi de cinq fois avec 2 M NaCl; suivi de cinq fois avec 80% d’acétonitrile (ACN) avec 0,1% d’acide trifluoroacétique (TFA); et enfin cinq fois avec 25 mM HEPES, pH 7,7, comme décrit à l’étape 2.8.2 et remplacer le bouchon. REMARQUE : Les échantillons peuvent être élués ici pour analyse au niveau de la protéine (p. ex. électrophorèse sur gel de SDS-polyacrylamide (SDS-PAGE), transfert Western) comme décrit à l’étape 4.1.</li>
</ol>3. Digestion tryptique sur résine et marquage TMT
<ol><li>Préparer suffisamment de solution de trypsine modifiée de qualité séquentielle pour 6 à 8 μg par échantillon en la solubilisant à une concentration de 0,5 μg/μL dans le tampon C (voir le tableau 1) de sorte que le volume final permette d’obtenir au moins 120 μL par échantillon. À l’aide d’une micropipette, ajouter 120 μL de cette solution de trypsine aux échantillons et incuber pendant une nuit à 37 °C en agitant à 850 tr/min. REMARQUE: Pour augmenter l’efficacité de la digestion, une étape de digestion supplémentaire peut être incluse le lendemain en retirant la solution de trypsine et en la remplaçant par une solution fraîche, et continuer la digestion pendant 2 h.</li>
	<li>Laver la résine cinq fois avec 25 mM HEPES, pH 7,0; suivi de cinq fois 2 M NaCl; suivi de cinq fois avec 80% ACN avec 0,1% TFA; suivi de trois fois avec 25 mM HEPES, pH 7,7. Enfin, lavez la résine deux fois avec un tampon de bicarbonate de triéthylammonium 50 mM (TEAB) et replacez le bouchon.</li>
	<li>Préparer les réactifs de marquage TMT en les laissant d’abord se réchauffer à température ambiante avant de les faire tourner brièvement à l’aide d’une centrifugeuse à 16 000 × g. Ajouter 150 μL d’ACN anhydre à chaque flacon de réactif de marquage TMT à l’aide d’une micropipette. Incuber les flacons à température ambiante sur un thermomélangeur réglé à 850 tr/min pendant 5 min pour solubiliser complètement le réactif. Vortex brièvement et rotation vers le bas à 16 000 × g pour recueillir le réactif.</li>
	<li>À l’aide d’une micropipette, ajouter 40 μL de TEAB 100 mM à la résine lavée, puis ajouter 70 μL du réactif TMT dissous et incuber pendant 1 h à température ambiante en agitant à 850 tr/min. Conserver tout réactif TMT restant à -80 °C. REMARQUE : Prenez note des étiquettes TMT individuelles attribuées à chaque échantillon biologique (Figure 1).</li>
	<li>Lavez la résine cinq fois avec 80% d’ACN avec 0,1% de TFA, trois fois avec un tampon de bicarbonate d’ammonium (ABC) de 100 mM, pH 8,0 et deux fois avec de l’eau comme décrit précédemment et remplacez le bouchon.</li>
</ol>4. Élution peptidique
<ol><li>Éluder les peptides marqués en ajoutant 100 μL de DTT 20 mM dans 100 mM ABC, pH 8,0, à chaque colonne à l’aide d’une micropipette et incuber à température ambiante pendant 30 min sur un thermomélangeur réglé à 850 tr/min. REMARQUE: Après l’ajout de TNT, la résine s’agglutine. La résine peut être perturbée avec une pointe de pipette pour briser les amas et assurer l’élution complète des peptides.</li>
	<li>Après cette incubation, placer la colonne sur un collecteur à vide destiné à l’extraction en phase solide (SPE), appliquer le vide et éluer les échantillons dans un tube microcentrifuge de 5 mL. Répétez cette étape une fois.</li>
	<li>Enfin, ajouter 100 μL d’ACN à 80 % avec 0,1 % de TFA, incuber pendant 10 min à température ambiante et éluer dans le même tube à centrifuger de 5 mL. Recueillir toutes les fractions dans le même tube microcentrifuge de 5 mL. REMARQUE : Pour éviter la perte d’échantillon, des tubes à faible liaison doivent être utilisés pour l’élution et les volumes doivent être maintenus à un volume égal ou inférieur à un volume de 4,0 mL pour un seul tube de 5 mL.</li>
	<li>Placer les échantillons élués dans un concentrateur sous vide jusqu’à ce qu’ils soient secs. Conservez les peptides secs à -80 °C et remettez-les en suspension plus tard. NOTE: Les échantillons peuvent également être élués séparément, et une partie aliquote peut être retirée et analysée par SDS-PAGE pour analyse au niveau peptidique avant de combiner les échantillons.</li>
</ol>5. Alkylation peptidique et dessalage/nettoyage
<ol><li>Remettez en suspension les peptides séchés en ajoutant un petit volume de tampon ABC de 100 mM, pH 8,0 (pas plus de 500 μL), à l’aide d’une micropipette. Utilisez une sonication répétée pendant 15 à 30 s à la fois à l’aide d’un sonicateur de bain d’une puissance de 250 W et d’un vortex pour solubiliser et transférer dans un tube de 2 mL. NOTE: Le volume de 100 mM ABC, pH 8,0 à ajouter est basé sur le volume nécessaire pour remettre en suspension le DTT à une molarité de 150 mM. Les utilisateurs devront déterminer la quantité de TNT présente dans leur échantillon en fonction de ce qui a été ajouté à l’origine à l’étape 4.1.</li>
	<li>Ajouter suffisamment de solution mère concentrée (600 mM) d’iodoacétamide (IAA) dissous dans ABC à l’aide d’une micropipette pour obtenir un rapport molaire de DTT:IAA de 1:4 et incuber les échantillons à TA pendant 1 h en agitant à 850 tr/min.</li>
	<li>Acidifier les échantillons à pH < 3 en ajoutant du TFA concentré (10%) à l’aide d’une micropipette et effectuer le dessalage de l’échantillon en utilisant le nettoyage en phase inverse selon les instructions du fabricant.</li>
	<li>Placez les peptides propres dans un concentrateur sous vide jusqu’à ce qu’ils soient secs. Conservez les peptides secs à -80 °C jusqu’à une analyse plus approfondie.</li>
</ol>6. Chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem
<ol><li>Remettez en suspension les peptides séchés par sonication répétée pendant 15-30 s à la fois en utilisant un sonicateur de bain avec une sortie de 250 W et en vortex dans 20-40 μL d’eau contenant 3% d’ACN. Déterminer la concentration de peptides en effectuant un test BCA selon le protocole du fabricant.</li>
	<li>Séparer les échantillons par phase inverse LC et MS/MS comme décrit précédemment6 et enregistrer les spectres MS1 sur la plage m/z de 400-2000. S’assurer que la dissociation collisionnelle à haute énergie (HCD) est utilisée pour obtenir des informations sur l’intensité des ions rapporteurs pour l’analyse de peptides marqués isobarement. Voir les sections méthodes des rapports précédents pour plus de détails sur les conditions de fonctionnement des instruments 27,30 et l’analyse des données MS27,31. REMARQUE: Différents systèmes ou paramètres LC-MS / MS peuvent être utilisés pour analyser les échantillons de peptides. La couverture et la sensibilité de l’identification peptidique dépendront du système particulier et des paramètres utilisés.</li>
</ol>

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<li>Olson, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+biological+legacy+of+sulfur%3A+A+roadmap+to+the+future%5BTitle%5D)+AND+%22Comparative+Biochemistry+and+Physiology+Part+A%3A+Molecular+%26+Integrative+Physiology%22%5BJournal%5D)">The biological legacy of sulfur: A roadmap to the future.</a> Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. 252, 110824(2021).</li>
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</ol>

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts, financier ou autre.

La capture assistée par résine a été utilisée dans divers types d’échantillons et systèmes biologiques pour étudier les modifications oxydatives des résidus de cystéine25,29,30. Cette méthode permet d’évaluer des échantillons à plusieurs niveaux et lectures, y compris des protéines et des peptides à l’aide de SDS-PAGE et de Western blot, ainsi que des sites individuels de cystéine à l’aide de la spectrométrie de masse. Quel que ...

Dans des conditions homéostatiques, les cellules génèrent des espèces réactives d’oxygène, d’azote ou de soufre qui aident à faciliter les processus, tels que le métabolisme et la signalisation 1,2,3, s’étendant à la fois aux procaryotes et aux eucaryotes. Les niveaux physiologiques de ces espèces réactives sont nécessaires au bon fonctionnement cellulaire, également connu sous le nom d'«eustress»1,4. En revanche, une augmentation des oxydants qui entraîne un déséquilibre entre les oxydants et les antioxydants peut provoquer un stress oxydatif, ou « détresse »1, qui entraîne des dommages cellulaires. Les oxydants transduisent les signaux aux voies biologiques en modifiant différentes biomolécules, y compris les protéines, l’ADN, l’ARN et les lipides. En particulier, les résidus de cystéine des protéines sont des sites très réactifs sujets à l’oxydation en raison du groupe thiol sur la cystéine, qui est réactif envers différents types d’oxydants5. Cela donne lieu à une gamme variée de modifications post-traductionnelles réversibles à base de redox (PTM) pour la cystéine, y compris la nitrosylation (SNO), la glutathionylation (SSG), la sulfénylation (SOH), la persulfidation (SSH), la polysulfuration (SSnH), l’acylation et les disulfures. Les formes irréversibles d’oxydation de la cystéine comprennent la sulfinylation (SO2H) et la sulfonylation (SO3H).
Les modifications oxydatives réversibles des résidus de cystéine peuvent jouer un rôle protecteur empêchant une oxydation irréversible ultérieure ou servir de molécules de signalisation pour les voies cellulaires en aval 6,7. La réversibilité de certains PTM redox thiol permet aux sites cystéine de fonctionner comme des « commutateurs redox»8,9, dans lesquels les changements dans l’état redox de ces sites modifient la fonction protéique pour réguler leur rôle dans les processus transitoires. Les effets modulateurs des PTM redox 10 ont été observés dans de nombreux aspects de la fonction protéique11, notamment la catalyse 12, les interactions protéine-protéine 13, le changement de conformation 14, la coordination des ions métalliques 15 ou la liaison inhibitrice pharmacologique 16. De plus, les PTM redox sont impliqués dans les sites cystéine des protéines qui régulent des voies telles que la transcription17, la traduction 18 ou le métabolisme19. Compte tenu de l’impact que les PTM redox ont sur la fonction protéique et les processus biologiques, il est important de quantifier l’étendue de l’oxydation qu’un site cystéine subit en réponse à une perturbation de l’état redox.
L’identification des sites de cystéine avec des états redox altérés est axée sur la comparaison de l’état d’oxydation au niveau spécifique du site entre les conditions normales et perturbées. Les mesures de changement de pli sont souvent utilisées pour déterminer quels sites sont significativement modifiés, car cela aide les utilisateurs à interpréter quels sites de cystéine peuvent être physiologiquement significatifs pour l’étude. Alternativement, les mesures stœchiométriques de l’oxydation réversible du thiol sur un type d’échantillon spécifique donnent une image générale de l’état physiologique par rapport à l’oxydation cellulaire, une mesure importante qui est souvent négligée et sous-utilisée. La stœchiométrie de modification est basée sur la quantification du pourcentage de thiol modifié par rapport au thiol protéique total (modifié et non modifié)20,21. En conséquence, les mesures stœchiométriques offrent une mesure plus précise que le changement de pli, en particulier lors de l’utilisation de la spectrométrie de masse. L’importance de l’augmentation de l’oxydation peut être plus facilement déterminée en utilisant la stœchiométrie pour déterminer l’occupation PTM d’un site particulier de cystéine. Par exemple, une multiplication par 3 de l’oxydation du thiol pourrait résulter d’une transition d’aussi peu que 1% à 3% ou aussi grande que 30% à 90%. Une multiplication par 3 de l’oxydation pour un site qui n’est occupé qu’à 1% peut avoir peu d’impact sur la fonction d’une protéine; Cependant, une multiplication par 3 pour un site avec un taux d’occupation de 30% à l’état de repos peut être plus substantiellement affectée. Les mesures stœchiométriques, lorsqu’elles sont effectuées entre les thiols oxydés totaux et des modifications oxydatives spécifiques, y compris la glutathionylation des protéines (SSG) et la nitrosylation (SNO), peuvent révéler des ratios et des informations quantitatives par rapport à des types de modification spécifiques.
Étant donné que l’oxydation réversible du thiol est généralement une modification post-traductionnelle de faible abondance, de multiples approches ont été développées pour l’enrichissement des protéines contenant ces modifications à partir d’échantillons biologiques. Une première approche conçue par Jaffrey et d’autres, appelée la technique de commutation de la biotine (BST)22, implique plusieurs étapes dans lesquelles les thiols non modifiés sont bloqués par alkylation, les thiols modifiés de manière réversible sont réduits en thiols libres naissants, les thiols libres naissants sont marqués avec de la biotine et les protéines marquées sont enrichies par la pulldown d’affinité de streptavidine. Cette technique a été utilisée pour établir le profil de l’ONS et de la SSG dans de nombreuses études et peut être adaptée pour sonder d’autres formes d’oxydation réversible du thiol23,24. Bien que la BST ait été utilisée pour sonder différentes formes d’oxydation réversible du thiol, l’une des préoccupations de cette approche est que l’enrichissement est affecté par la liaison non spécifique de protéines non biotinylées à la streptavidine. Une autre approche développée dans notre laboratoire, appelée capture assistée par résine (RAC)25,26 (Figure 1), contourne la question de l’enrichissement des groupes thiol via le système biotine-streptavidine.
Après la réduction des thiols oxydés de manière réversible, les protéines avec des thiols libres naissants sont enrichies par la résine d’affinité thiol, qui capture de manière covalente les groupes thiols libres, permettant un enrichissement plus spécifique des protéines contenant de la cystéine que la BST. Le couplage du RAC avec la puissance de multiplexage des progrès récents du marquage isobare et de la spectrométrie de masse crée un flux de travail robuste et sensible pour l’enrichissement, l’identification et la quantification des résidus de cystéine oxydés de manière réversible au niveau du protéome. Les progrès récents de la spectrométrie de masse ont permis un profilage beaucoup plus approfondi du protéome thiol redox, améliorant ainsi la compréhension de la cause et de l’effet de l’oxydation des protéines thiol27. Les informations obtenues à partir de données quantitatives spécifiques au site permettent d’étudier plus avant les impacts mécanistes et les effets en aval des modifications oxydatives réversibles28. L’utilisation de ce flux de travail a permis de mieux comprendre les impacts physiologiques de l’oxydation réversible de la cystéine par rapport aux événements physiologiques normaux tels que le vieillissement, dans lesquels les niveaux de SSG différaient en fonction de l’âge. Les effets du vieillissement sur la SSG ont été partiellement inversés à l’aide de SS-31 (élamipretide), un nouveau peptide qui améliore la fonction mitochondriale et réduit les niveaux de SSG chez les souris âgées, ce qui leur donne un profil SSG plus similaire à celui des jeunes souris29.
Il a été démontré que les conditions physiopathologiques attribuées à l’exposition aux nanoparticules impliquent la SSG dans un modèle de macrophage murin. En utilisant RAC couplé à la spectrométrie de masse, les auteurs ont montré que les niveaux de SSG étaient directement corrélés au degré de stress oxydatif et à l’altération de la fonction phagocytaire des macrophages. Les données ont également révélé des différences spécifiques à la voie dans la réponse à différents nanomatériaux manufacturés qui induisent différents degrés de stress oxydatif30. La méthode a également prouvé son utilité chez les espèces procaryotes, où elle a été appliquée pour étudier les effets des cycles diurnes chez les cyanobactéries photosynthétiques en ce qui concerne l’oxydation du thiol. De vastes changements dans l’oxydation du thiol à travers plusieurs processus biologiques clés ont été observés, y compris le transport d’électrons, la fixation du carbone et la glycolyse. De plus, grâce à la validation orthogonale, plusieurs sites fonctionnels clés ont été confirmés comme étant modifiés, suggérant des rôles régulateurs de ces modifications oxydatives6.
Nous décrivons ici les détails d’un flux de travail standardisé (Figure 1), démontrant l’utilité de l’approche RAC pour l’enrichissement des thiols de cystéine oxydés totaux des protéines et leur marquage ultérieur et leur quantification stœchiométrique. Ce flux de travail a été mis en œuvre dans des études de l’état redox dans différents types d’échantillons, y compris les cultures cellulaires27,30 et les tissus entiers (par exemple, muscle squelettique, cœur, poumon)29,31,32,33. Bien qu’il ne soit pas inclus ici, le protocole RAC est également facilement adapté à l’étude de formes spécifiques de modifications redox réversibles, y compris SSG, SNO et S-acylation, comme mentionné précédemment25,29,34.

<table><tbody><tr><td>Chlorhydrate de 2-(pyridyldithio)éthylamine</td><td>Med Chem Express</td><td>HY-101794</td><td>Réactif pour la synthèse de résine en interne</td></tr><tr><td>Tubes à centrifuger LoBind 2,0 mL</td><td>Eppendorf</td><td>22431048</td><td></td></tr><tr><td>5,0 mL Tubes à centrifuger LoBind</td><td>Eppendorf</td><td>30108310</td><td></td></tr><tr><td>5,0 mL Tubes à fond rond</td><td>Falcon</td><td>352054</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Scientific</td><td>A949-1</td><td></td></tr><tr><td>Acétonitrile</td><td>Sigma Aldrich</td><td>34998</td><td></td></tr><tr><td>Activé Thiol&ndash ; Sepharose&nbsp ; 4B</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T8512</td><td>Remplacement potentiel de la résine d’affinité thiolaire</td></tr><tr><td>Filtre centrifuge Amicon Ultra 0,5 mL</td><td>Millipore Sigma</td><td>UFC5010BK</td><td></td></tr><tr><td>Bicarbonate d’ammonium</td><td>Sigma Aldrich</td><td>09830</td><td></td></tr><tr><td>Acide bicinchonicique (BCA)</td><td>Thermo Scientific</td><td>23227</td><td>Réactif de dosage des protéines</td></tr><tr><td>Centrifugeuse</td><td>Eppendorf</td><td>5810R</td><td></td></tr><tr><td>Centrifugeuse</td><td>Eppendorf</td><td>5415R</td><td></td></tr><tr><td>Dithiothreitol (DTT)</td><td>Thermo Scientific</td><td>20291</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E5134</td><td></td></tr><tr><td>HEPES buffer</td><td>Sigma Aldrich</td><td>H4034</td><td></td></tr><tr><td>Homogénéisateur</td><td>BioSpec Products</td><td>985370</td><td></td></tr><tr><td>Iodoacetimide (IAA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>I1149</td><td></td></tr><tr><td>N-éthylmaléimide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>4259</td><td></td></tr><tr><td>NHS-Activated Sepharose 4 Fast Flow</td><td>Cytiva</td><td>17-0906-01</td><td>Réactif pour la synthèse de résine interne</td></tr><tr><td>QIAvac 24 Plus Collecteur à vide</td><td>Qiagen</td><td>19413</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure</td><td>de sodium Sigma Aldrich</td><td>S3014</td><td></td></tr><tr><td>Dodécylsulfate de sodium (SDS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>L6026</td><td></td></tr><tr><td>Sonicateur</td><td>Branson</td><td>1510R-MT</td><td></td></tr><tr><td>Colonnes de centrifugation</td><td>Thermo Scientific</td><td>69705</td><td></td></tr><tr><td>Strata C18-E colonnes de phase inverse</td><td>Phenomenex</td><td>8B-S001-DAK</td><td>Dessalage des peptides</td></tr><tr><td>Thermomixeur</td><td>Eppendorf</td><td>5355</td><td></td></tr><tr><td>Thiopropyl Sepharose 6B</td><td>GE Healthcare</td><td>17-0420-01</td><td>Résine d’affinité thiol ; *La production de résine Thiopropyl Sepharose 6B a été arrêtée par le fabricant (voir protocole pour plus de détails).</td></tr><tr><td>Marquages isobares TMT (16 plex)</td><td>Thermo Scientific</td><td>A44522</td><td>Réactif de marquage peptidique ; disponible en plusieurs formats</td></tr><tr><td>Tampon de bicarbonate de triéthylammonium (TEAB)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T7408</td><td></td></tr><tr><td>Acide trifluoroacétique (TFA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T6508</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T8787</td><td></td></tr><tr><td>Trypsine</td><td>Promega</td><td>V5820</td><td></td></tr><tr><td>Urea</td><td>Sigma Aldrich</td><td>U5378</td><td></td></tr><tr><td>Vacufuge Plus speedvac</td><td>Eppendorf</td><td>22820001</td><td>concentrateur sous vide</td></tr><tr><td>Mélangeur Vortex</td><td>Scientific Industries</td><td>SI-0236</td><td></td></tr></tbody></table>

capture assistée par résine couplée à un étiquetage de masse en tandem isobare pour la quantification multiplexée de l’oxydation des protéines thiols

Resin-Assisted Capture Coupled with Isobaric Tandem Mass Tag Labeling for Multiplexed Quantification of Protein Thiol Oxidation

Les modifications oxydatives réversibles sur les thiols protéiques sont récemment apparues comme des médiateurs importants de la fonction cellulaire. Nous décrivons ici la procédure détaillée d’une méthode quantitative de protéomique redox qui utilise la capture assistée par résine (RAC) en combinaison avec le marquage isobare par étiquette de masse en tandem (TMT) et la chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem (LC-MS / MS) pour permettre la quantification stochiométrique multiplexée des thiols de protéines oxydées au niveau du protéome. Les informations quantitatives spécifiques au site sur les résidus oxydés de cystéine fournissent des informations supplémentaires sur les impacts fonctionnels de ces modifications. 
Le flux de travail est adaptable à de nombreux types d’échantillons, y compris les cellules en culture (par exemple, mammifères, procaryotes) et les tissus entiers (par exemple, le cœur, les poumons, les muscles), qui sont initialement lysés / homogénéisés et avec des thiols libres alkylés pour empêcher l’oxydation artificielle. Les thiols de protéines oxydées sont ensuite réduits et capturés par une résine d’affinité thiol, qui rationalise et simplifie les étapes du flux de travail en permettant aux procédures de digestion, d’étiquetage et de lavage d’être effectuées sans transfert supplémentaire de protéines / peptides. Enfin, les peptides marqués sont élués et analysés par LC-MS/MS pour révéler des changements stœchiométriques complets liés à l’oxydation du thiol sur l’ensemble du protéome. Cette méthode améliore considérablement la compréhension du rôle de la régulation redox-dépendante dans les états physiologiques et physiopathologiques liés à l’oxydation des protéines thiol.

L’achèvement du protocole entraînera un enrichissement hautement spécifique de peptides contenant de la cystéine anciennement oxydés, souvent avec une spécificité de &gt;95% 27,35,36. Cependant, plusieurs étapes clés du protocole nécessitent une attention particulière, par exemple le blocage initial des thiols libres avant la lyse/homogénéisation de l’échantillon, qui interdit l’oxydation artificielle et l’enrichissement non spé...

L’oxydation des protéines thiols a des implications significatives dans des conditions physiologiques et physiopathologiques normales. Nous décrivons les détails d’une méthode quantitative de protéomique redox, qui utilise la capture assistée par résine, le marquage isobare et la spectrométrie de masse, permettant l’identification et la quantification spécifiques au site des résidus de cystéine oxydés de protéines de manière réversible.

Capture assistée par résine couplée à un étiquetage de masse en tandem isobare pour la quantification multiplexée de l’oxydation des protéines thiols

Reversible oxidative modifications on protein thiols have recently emerged as important mediators of cellular function. Herein we describe the detailed ...

Ce protocole décrit une méthode qui permet l’identification spécifique au site des résidus oxydés de cystine de protéines. La méthode permet de générer des données quantitatives et spécifiques au site sur les résidus de cystine oxydés à partir de différents types d’échantillons. Pour commencer la procédure de capture assistée, laver deux fois les granulés de protéines précipités avec de l’acétone en centrifugeant à 20, 500 G, dans quatre degrés Celsius pendant 10 minutes.Ensuite, décantez l’acétone et retirez l’acétone restante avec une micro-pipette. À l’aide d’une pipette sérologique en verre, ajoutez trois millilitres d’acétone fraîche glacée dans le tube et mélangez bien en retournant le tube plusieurs fois. Après le deuxième lavage, laissez les granulés sécher à l’air pendant une à deux minutes sans les laisser sécher.Ajouter un millilitre de tampon B à la pastille de protéine séchée. Pour solubiliser la protéine, sonicer la pastille à plusieurs reprises dans un sonicateur de bain avec une sortie de 250 watts pendant 15 à 30 secondes à la fois, avec un bref vortex. Effectuer le test de l’acide bicinchoninique ou BCA pour mesurer la concentration en protéines.Pour normaliser les concentrations de protéines, transférez 500 microgrammes d’échantillon de protéines dans un filtre centrifuge de 0,5 millilitre et 10 kilodaltons et augmentez le volume de l’échantillon à 500 microlitres avec un tampon de remise en suspension. Centrifuger le mélange tampon protéique à 14 000 g à température ambiante, jusqu’à ce que le volume dans le filtre centrifuge soit inférieur à 100 microlitres. Prélever l’échantillon en inversant le filtre dans un tube de collecte.Centrifuger l’échantillon à 1000 G pendant deux minutes et ajouter le tampon C pour obtenir un volume final de 500 microlitres. Pour réduire les thiols protéiques, ajoutez 20 microlitres de dithiothréitol ou de DTT à 500 millimolaires à l’échantillon pour obtenir une concentration finale de 20 millimolaires et incuber les échantillons pendant 30 minutes à 37 degrés Celsius avec agitation à 850 tr / min. Après réduction, centrifuger les échantillons dans des filtres centrifuges de 0,5 millilitre et 10 kilodaltons à 14 000 g à température ambiante, jusqu’à ce que le volume dans le filtre centrifuge soit inférieur à 100 microlitres.Ajouter le tampon D pour porter le volume à 500 microlitres et répéter la centrifugation. Après la quatrième centrifugation, prélever les échantillons en inversant le filtre dans un tube de collecte pour centrifuger à 1000 G pendant deux minutes. Ensuite, mesurez la concentration en protéines à l’aide du test BCA.Ensuite, placez les colonnes de spin sur un collecteur à vide et, à l’aide d’une micro-pipette, transférez 500 microlitres de la boue de résine d’affinité thiol fraîchement préparée à chaque colonne. Appliquer le vide pour éliminer l’eau. Répétez la procédure une fois pour obtenir 30 milligrammes de résine par colonne.Lavez la résine cinq fois avec 500 microlitres d’eau ultrapure, en appliquant un vide pour éliminer l’eau, puis cinq fois avec 500 microlitres de tampon E.In un nouveau tube, ajoutez le tampon C à 150 microgrammes de l’échantillon de protéines réduit jusqu’à ce que le volume final soit de 120 microlitres. Transférer la solution protéique dans une colonne de spin bouché contenant la résine. Placer le bouchon sur la colonne et incuber pendant deux heures à température ambiante en agitant à 850 tr/min.Lavez la résine comme décrit dans le manuscrit. Remplacez la fiche. Pour effectuer une digestion tryptique sur résine, ajoutez 120 microlitres de solution de trypsine fraîchement préparée aux échantillons et incuber la colonne pendant une nuit à 37 degrés Celsius, en agitant à 850 tr / min.Le lendemain, lavez la résine plusieurs fois comme décrit dans le manuscrit et remplacez le bouchon. À l’aide d’une micropipette, ajouter 40 microlitres de tampon de bicarbonate de triéthylammonium de 100 millimolaires à la résine lavée. Ajoutez ensuite 70 microlitres de l’étiquette de masse en tandem dissous ou du réactif de marquage TMT, et incuber pendant une heure à température ambiante en agitant à 850 tr / min.Conservez tout réactif TMT restant à moins 80 degrés Celsius. Lavez la résine et remplacez le bouchon. Éluer les peptides marqués TMT en ajoutant 100 microlitres de tampon de bicarbonate d’ammonium 100 millimolaires à pH 8,0, contenant 20 millimolaires de DTT, à la colonne, et en incubant la colonne sur un mélangeur thermique à température ambiante pendant 30 minutes à 850 tr / min.Après l’incubation, effectuer l’élution en plaçant la colonne sur un collecteur à vide, en appliquant le vide et en éluant les échantillons dans un tube microcentrifuge de cinq millilitres. Répétez l’étape une fois, puis ajoutez 100 microlitres d’acétonitrile à 80% avec 0,1% d’acide trifluoroacétique dans la colonne. Après avoir incubé la colonne pendant 10 minutes à température ambiante, éluer l’échantillon dans le même tube à centrifuger de cinq millilitres.Placer les échantillons élués dans un concentrateur sous vide jusqu’à ce qu’ils soient secs. Ensuite, conservez les peptides secs à moins 80 degrés Celsius jusqu’à une utilisation ultérieure. L’analyse qualitative d’échantillons peptidiques de cellules RAW 264.7 a été réalisée avec SDS-PAGE, dans laquelle les échantillons ont été comparés en déterminant différents niveaux d’oxydation dus aux traitements.Les protéines séparées ont ensuite été sondées par transfert Western pour étudier plus en détail les niveaux d’oxydation des protéines individuelles. Les intensités ioniques rapportées de peptides contenant de la cystine ont été analysées par chromatographie liquide par spectrométrie de masse en tandem. La stœchiométrie d’oxydation thiol de l’iTRAQ, des peptides enrichis et oxydés marqués aux niveaux individuels du site cystine a été quantifiée.Retirez soigneusement l’acétone sans déranger la pastille de protéine. Assurez-vous que la pastille de protéine est complètement solubilisée et quantifiée avec précision, et que la résine est allouée avec précision aux colonnes de spin. Assurez-vous de remettre en suspension la résine pendant les étapes de lavage.Une évaluation plus approfondie des protéines et peptides enrichis peut être effectuée par SDS-PAGE et coloration, Western blot et spectrométrie de masse.

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