הפרוטוקול נועד להציג את השימוש בספקטרומטר מסה מרובע משולש לניטור תגובה מרובה (MRM) של חלבונים מדגימות קליניות. סיפקנו זרימת עבודה שיטתית החל מהכנת מדגם לניתוח נתונים עבור דגימות קליניות עם כל אמצעי הזהירות הדרושים שיש לנקוט.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
הפרוטוקול נועד להציג את השימוש בספקטרומטר מסה מרובע משולש לניטור תגובה מרובה (MRM) של חלבונים מדגימות קליניות. סיפקנו זרימת עבודה שיטתית החל מהכנת מדגם לניתוח נתונים עבור דגימות קליניות עם כל אמצעי הזהירות הדרושים שיש לנקוט.
הניתוח הפרוטאומי של רקמת המוח האנושית בעשור האחרון שיפר מאוד את הבנתנו את המוח. עם זאת, הפרעות הקשורות למוח ממשיכות להיות התורם העיקרי של מקרי מוות ברחבי העולם, המחייב את הצורך בהבנה גדולה עוד יותר של הפתוביולוגיה שלהם. טכניקות מסורתיות המבוססות על נוגדנים כמו סופג מערבי או אימונוהיסטוכימיה סובלות מלהיות תפוקה נמוכה מלבד היותן עתירות עבודה ואיכותיות או חצי כמותיות. אפילו גישות רובה ציד מבוססות ספקטרומטריית מסה קונבנציונליות אינן מספקות ראיות חותכות התומכות בהשערה מסוימת. גישות פרוטאומיות ממוקדות מונעות במידה רבה בהשערות שונות מגישות הפרוטאומיות הקונבנציונליות של רובה הציד שנמצאות בשימוש זמן רב. ניטור תגובה מרובה הוא גישה ממוקדת אחת כזו הדורשת שימוש בספקטרומטר מסה מיוחד הנקרא ספקטרומטר מסה מרובע דו-מושבי או ספקטרומטר מסה מרובע משולש. במחקר הנוכחי, הדגשנו באופן שיטתי את הצעדים העיקריים הכרוכים בביצוע זרימת עבודה מוצלחת של פרוטאומיקה של מסה דו-מושבית המבוססת על ספקטרומטריה באמצעות רקמת מוח אנושית במטרה להציג זרימת עבודה זו לקהילת מחקר רחבה יותר.
במהלך העשור האחרון, התפתחויות מהירות בספקטרומטריית מסה (MS) יחד עם הבנה מוגברת של טכניקות כרומטוגרפיה עזרו מאוד בקידום פרוטאומיקה מבוססת טרה-ס. טכניקות מבוססות ביולוגיה מולקולרית כגון סופגות מערביות ואימונוהיסטוכימיה סבלו זה מכבר מבעיות רבייה, זמן תפנית איטי, שונות בין-משקיפה וחוסר יכולתם לכמת במדויק חלבונים, אם להזכיר כמה. לכך, הרגישות המעולה של גישות פרוטאומיות בעלות תפוקה גבוהה ממשיכה להציע לביולוגים מולקולריים כלי חלופי ואמין יותר במסעם להבין טוב יותר את תפקידי החלבונים בתאים. עם זאת, גישות פרוטאומיות רובה ציד (רכישה תלויה נתונים או DDA) לעתים קרובות לא מצליחים לזהות חלבונים בשפע נמוך ברקמות מורכבות מלבד להיות תלוי בכבדות על הרגישות והרזולוציה של המכשיר. במהלך השנים האחרונות, מעבדות ברחבי העולם פיתחו טכניקות כמו רכישה עצמאית של נתונים (DIA) הדורשות כוח מחשוב מוגבר ותוכנות אמינות שיכולות להתמודד עם ערכות נתונים מורכבות אלה. עם זאת, טכניקות אלה הן עדיין עבודה בתהליך ולא מאוד ידידותי למשתמש. גישות פרוטאומיות ממוקדות המבוססות על טרשתות שניה מספקות איזון מושלם בין אופי התפוקה הגבוה של גישות טרשת-בתים לבין הרגישות של גישות ביולוגיה מולקולרית כמו ELISA. ניסוי פרוטאומיקס מבוסס ספקטרומטריית מסה ממוקד מתמקד בזיהוי חלבונים מונעי השערה או פפטידים מניסויי פרוטאומיה מבוססי גילוי או באמצעות ספרות זמינה1,2. ניטור תגובה מרובה (MRM) היא גישה ממוקדת של טרשת נפוצה המשתמשת בספקטרומטר מסה מרובע דו-מושבי לגילוי וכימות מדויקים של חלבונים/פפטידים מדגימות מורכבות. הטכניקה מציעה רגישות וספציפיות גבוהות יותר למרות שהיא דורשת שימוש במכשיר ברזולוציה נמוכה.
ריבוע עשוי מ-4 מוטות מקבילים, כאשר כל מוט מחובר למוט הנגדי באלכסון. שדה משתנה נוצר בין מוטות quadrupole על ידי החלת מתחי RF ו- DC לסירוגין. מסלול היונים בתוך הקוואדרופול מושפע מנוכחותם של אותם מתחים על פני מוטות מנוגדים. על ידי החלת RF על מתח DC, המסלול של היונים ניתן לייצב. זהו מאפיין זה של quadrupole המאפשר לו לשמש כמסנן מסה אשר יכול באופן סלקטיבי לתת יונים ספציפיים לעבור. בהתאם לצורך, ניתן להפעיל ריבוע במצב הסטטי או במצב הסריקה. המצב הסטטי מאפשר רק יונים עם m/z שצוין לעבור, מה שהופך את המצב סלקטיבי מאוד ספציפי ליון של עניין. מצב הסריקה לעומת זאת מאפשר ליונים לאורך כל טווח m/z לעבור. לכן, ספקטרומטר מסה מרובע דו-מושבי יכול לפעול בארבע דרכים אפשריות: i) הרביעייה הראשונה הפועלת במצב סטטי בעוד השני פועל במצב סריקה; ii) הרביעייה הראשונה הפועלת במצב הסריקה בזמן שהשנייה פועלת במצב סטטי; iii) שני הרביעייה הפועלת במצב הסריקה; ו- iv) שני הרביעייה הפועלים במצבסטטי 3. בניסוי MRM טיפוסי, שני הרביעייה פועלים במצב סטטי ומאפשרים למבשרים ספציפיים והמוצרים המתקבלים שלהם לאחר הפיצול להיות במעקב. זה הופך את הטכניקה למאוד רגישה וסלקטיבית ומאפשרת כימות מדויק.
עבור ביולוגים מולקולריים, רקמת המוח האנושית ותאיה הם אוצר בלום. יחידות מדהימות אלה של איבר מעניין מתמיד של גוף האדם יכולות לספק תובנות מולקולריות ותאיות על תפקודו. חקירות פרוטאומיות של רקמת המוח יכולות לא רק לעזור לנו להבין את התפקוד המערכתי של מוח בריא, אלא גם את המסלולים התאיים כי לקבל dysregulated כאשר נגרם על ידי מחלה כלשהי4. עם זאת, רקמת המוח עם כל ההטרוגניות שלה היא איבר מורכב מאוד לנתח ודורש גישה מתואמת להבנה טובה יותר של השינויים ברמה המולקולרית. העבודה הבאה מתארת את כל זרימת העבודה החל החל חילוץ חלבונים מרקמת המוח, יצירת ומיטוב השיטות לבדיקת MRM, לאימות המטרות (איור 1). כאן, הדגשנו באופן שיטתי את הצעדים העיקריים הכרוכים בניסוי מוצלח המבוסס על MRM באמצעות רקמת מוח אנושית במטרה להציג את הטכניקה ואת האתגרים שלה לקהילת מחקר רחבה יותר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מחקר זה כולל דגימות רקמת מוח ממשתתפים אנושיים, שנבדקו ואושרו על ידי TMH ו- IITB IEC - (IITB-IEC/2018/019). המשתתפים סיפקו את הסכמתם מדעת ובכתב להשתתף במחקר זה.
1 מיצוי חלבון מרקמת המוח
2 כימות חלבונים ובדיקת איכות
3 עיכול חלבונים
4 התפלה וכימות פפטיד
הערה: התפלה או ניקוי פפטיד חיוני לפני טעינת הדגימות עבור LC-MS / MS. מלחים ומזהמים אחרים במדגם יכולים לסתום את העמודות ולגרום נזק גם למכשיר. ניתן לבצע את התהליך באמצעות עצות במה או עמודות C18 הזמינות מסחרית.
5 הכנת רשימת מעבר של יעדים שהושלמו
הערה: מעבר מתייחס לזוג המבשרים (Q1) לערכי m/z של מוצר (Q3) בניסוי MRM. לפפטיד יכול להיות מעבר אחד עד רבים, עם אותו ערך Q1 אך ערכי Q3 שונים. ספקטרומטר מסה מרובע משולש דורש מידע על המעברים עבור הפפטידים ומוצריהם כדי להתגלות. לפיכך, לפני תחילת ניסוי ממוקד, רשימת מעבר צריך להיות מוכן. ניתן לעשות זאת באמצעות המאגר המקוון של SRMAtlas6 (https://db.systemsbiology.net/sbeams/cgi/PeptideAtlas/GetTransitions) או תוכנת קוד פתוח בשם Skyline7 (https://skyline.ms/project/home/software/Skyline/begin.view).
6 פרמטרי LC
7 פרמטרי MS
הערה: ההסתה הסבירה פותחה ומותבה עבור ספקטרומטר מסה מרובע משולש TSQ Altis.
8 רצף ריצה ו- QC של מכשיר
9 עידון שיטתי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ביצענו כימות יחסי של 3 חלבונים מ-10 דגימות, 5 דגימות מכל קבוצה של חולים עם חריגות במוח. חלבונים אלה כללו Apolipoprotein A-I (APOA-I), Vimentin (VIM) ו Nicotinamide זרחן זרחן (NAMPT) אשר ידועים לבצע תפקידים מגוונים בתאי המוח. ניתוח לאחר הריצה של הנתונים בוצע באמצעות Skyline-daily (Ver 20.2.1.286). בסך הכל 10 פפטידים המתאימים ל -3 חלבונים היו במעקב. אלה כללו 3 פפטידים עבור APOA-I, 4 פפטידים עבור VIM ו 3 פפטידים עבור NAMPT. המספר הכולל של מעברים מ-10 פפטידים אלה הסתכם ב-57. הדגימות קובצו לאחת משתי הקבוצות בהתאם למצב אליו הן...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
טכניקות כמו אימונוהיסטוכימיה וכתמים מערביים נחשבו לסטנדרטים של זהב לאימות מטרות חלבון במשך שנים רבות. שיטות אלה מוצאות שימוש גם היום עם שינויים קלים בפרוטוקול ותלות מועטה בטכנולוגיה מה שהופך אותם מסורבלים ומייגע מאוד. מלבד זאת, הם כוללים גם שימוש בנוגדנים יקרים אשר לא תמיד מראים את אותה הספציפיות על פני אצוות ודורשים הרבה מומחיות. בנוסף, רק חלק קטן של חלבונים שזוהו באמצעות טכניקות תפוקה גבוהה כמו ספקטרומטריית מסה, יש נוגדנים תואמים זמינים, מה שמסבך עוד יותר את ההליך כולו. לפיכך, מתבצעות לאט לאט תקיפות פרוטאומיות כגישה הח...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים קיבלו תמיכה מתרמופישר עבור דמי הפרסום.
אנו מכירים בפרויקט MHRD-UAY (UCHHATAR AVISHKAR YOJANA), פרויקט #34_IITB למתקן SS ו- MASSFIITB ב- IIT בומביי הנתמך על ידי המחלקה לביוטכנולוגיה (BT / PR13114/ INF / 22/206/2015) לביצוע כל הניסויים הקשורים ל- MS.
אנו מודים למר רשאב ידב על עשייתו ועריכה של הסרטון כולו ולמר נישנט נרוקר על עבודתו בעריכת האודיו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזק>ריאגנטים | |||
| אצטוניטריל (דרגת MS)פישר | סיינטיפיק | A/0620/21 | |
| סרום בקר אלבומין | HiMedia | TC194-25G | |
| סידן כלוריד | פישר Scienific | BP510-500 | |
| חומצה פורמית (דרגת MS) | פישר סיינטיפיק | 147930250 | |
| יודואצטמיד | סיגמא | 1149-25G | |
| איזופרופנול (בדרגת MS) | Fisher Scientific | Q13827 | |
| מגנזיום כלוריד | פישר Scienific | BP214-500 | |
| מתנול (בדרגת MS) | Fisher Scientific | A456-4 | |
| MS בדרגת מים | פירס | 51140 | |
| מאגר פוספט מלוחים | HiMedia | TL1006-500ML | |
| קוקטייל מעכב פרוטאז | Roche Diagnostics | 11873580001 | |
| נתרן כלורי | Merck | DF6D661300 | |
| TCEP | Sigma | 646547 | |
| Tris Base | Merck | 648310 | |
| טריפסין (דרגת MS) | פירס | 90058 | |
| אוריאה | Merck | MB1D691237 | |
| <חזק>אספקה | |||
| Hypersil זהב C18 עמודה | Thermo | 25002-102130 | |
| מיקרופיפטות | גילסון | F167380 | |
| טיפים שלב | MilliPore | ZTC18M008 | |
| זירקוניה/חרוזי סיליקה | מוצרי BioSpec | 11079110z | |
| ציוד | |||
| חרוזים חזק (הומוגניזר) | ברטין מיניליס | P000673-MLYS0-A | |
| קורא מיקרופלייט (ספקטרופוטומטר) | Thermo | MultiSkan Go | |
| מד pH | Eutech | CyberScan pH 510 | |
| Probe Sonicator | Sonics Materials, Inc | VCX 130 | |
| רועד | יבש | תרמו 88880028 | |
| TSQ Altis ספקטרומטר מסה | Thermo | TSQ02-10002 | |
| uHPLC - Vanquish | Thermo | VQF01-20001 | |
| רכז ואקום | Thermo | Savant ISS 110 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה