פרוטוקול מפורט ושלושה סקריפטים של פייתון מסופקים להפעלת מערכת טיפול בנוזל רובוטי בקוד פתוח לביצוע הכנת דגימת חלבון אוטומטית למחצה לניסויי ספקטרומטריית מסה, המכסים הסרת חומרי ניקוי, עיכול חלבונים ושלבי התפלת פפטידים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פרוטוקול מפורט ושלושה סקריפטים של פייתון מסופקים להפעלת מערכת טיפול בנוזל רובוטי בקוד פתוח לביצוע הכנת דגימת חלבון אוטומטית למחצה לניסויי ספקטרומטריית מסה, המכסים הסרת חומרי ניקוי, עיכול חלבונים ושלבי התפלת פפטידים.
ניסויי פרוטאומיקה של רובה ציד מבוססי ספקטרומטריה המונית דורשים מספר שלבי הכנה מדגם, כולל עיכול חלבון אנזימטי וניקוי, אשר יכול לקחת שעות אדם משמעותיות של עבודת ספסל ולהציג מקור של שונות אצווה לאצווה. אוטומציה של מעבדה עם רובוטים מקטרים יכולה להפחית את העבודה הידנית, למקסם את התפוקה ולהגדיל את יכולת הרבייה המחקרית. עם זאת, המחירים ההתחלתיים התלולים של תחנות אוטומציה סטנדרטיות הופכים אותם לבלתי ניתנים להפרדה עבור מעבדות אקדמיות רבות. מאמר זה מתאר זרימת עבודה של הכנת מדגם פרוטאומיקה באמצעות מערכת אוטומציה של קוד פתוח במחיר סביר (The Opentrons OT-2), כולל הוראות להגדרת הפחתת חלבון אוטומטית למחצה, אלקילציה, עיכול וניקוי; כמו גם נלווה סקריפטים Python קוד פתוח לתכנת את מערכת OT-2 באמצעות ממשק תכנות היישומים שלה.
פרוטאומיקה של רובה ציד מבוסס ספקטרומטריית מסה היא כלי רב עוצמה למדידת השפע של חלבונים רבים בדגימות ביולוגיות בו זמנית. ניסויי פרוטאומיקה בניתוח ביואינפורמטיקה משמשים באופן שגרתי לזיהוי סמנים ביולוגיים ולגלות מתחמים ביולוגיים ומסלולים הקשורים העומדים בבסיס מנגנונים פתולוגיים. עם הספציפיות האנליטית הגבוהה שלה ודיוק כמותי פוטנציאלי, פרוטאומיקה רובה ציד יש גם פוטנציאל מצוין להיות מאומץ על ידי מתקני מחקר ומעבדות אבחון לניתוח מדגם קליני ללא צורך להסתמך על נוגדנים1,2.
כדי להכין דגימות חלבון לניתוח פרוטאומיקה של רובה ציד, חלבונים המופקים מדגימות ביולוגיות (למשל, תאים ורקמות) בדרך כלל צריכים להיות מעובדים תחילה באמצעות פרוטוקולים ארוכים, כולל מדידת ריכוז החלבון לדוגמה, הפחתת חלבון ואלקלציה, ועיכול אנזימטי לפפטידים. יתר על כן, חלבונים המופקים במאגרי תמוגה נפוצים המכילים חומרי ניקוי דורשים לעתים קרובות שלבים נוספים של חילופי חוצץ או הסרת חומרי ניקוי לפני הניתוח מכיוון שדטרגנט יכול להפריע לעיכול טריפסין ולפגוע באופן משמעותי בביצועים של ספקטרומטריית מסה כרומטוגרפיה נוזלית במורד הזרם (ניתוח LC-MS /MS)3. פפטידים הם בדרך כלל מותפלים עוד יותר, מיובשים, ומחודשים בממסים תואמי LC-MS / MS בעקבות עיכול אנזימטי. הליכי ביוכימיה חלבונים אלה יכולים להיות עתירי עבודה וגוזלים זמן רב. לכן, הם ממשיכים להגביל את התפוקה של זרימות עבודה של פרוטאומיקה ולתרום לשונות של נתונים שנרכשו4,5. טעויות אנוש והטיות הוכרו כגורמים מכריעים המשפיעים על שונות הנתונים ועל רבייה6,7. כדי למזער טעויות אנוש בתהליכי עבודה של הכנת דגימת ספקטרומטריית מסה, נעשה שימוש במערכות רובוטיות אוטומטיות של צינורות כדי לשפר את התפוקה והשחזור של זיהוי חלבונים וכימות מפרוטאומיקה של רובה ציד וניתוח ספקטרומטריית מסה ממוקדת, שם התפתחויות כאלה הוכרזו כמסייעות להמשך הדחיפה לאימוץ נרחב של טכנולוגיות פרוטאומיקה במחקר קריטי ובהגדרות קליניות8, 9,10,11,12,13. עם זאת, רוב הפרוטוקולים הקיימים משתמשים בפלטפורמות רובוטיות לטיפול בנוזלים הדורשים השקעה והכשרה משמעותיות, ומגבילים את התועלת שלהם במעבדות רבות בסביבה האקדמית או בכל דרך אחרת עם תקציב מוגבל.
מאמר זה מתאר פרוטוקול המשתמש במערכת טיפול בנוזל רובוטי רובוטי בקוד פתוח בעלות נמוכה, OT-2, כדי להפוך חצי אוטומטית זרימת עבודה טיפוסית להכנת מדגם רובה ציד פרוטאומיקה. ל-OT-2 יש עלות נמוכה יותר ממערכות רבות אחרות לטיפול בנוזלים רובוטיים, ובזמן הכתיבה, הוא עולה כ-5,000 דולר אמריקאי. כאשר לוקחים בחשבון את המחירים של מודולים שונים ותוכנות מעבדה, העלות הכוללת להגדרת ניסויים בפרוטוקול זה בזמן הכתיבה היא סביב $10,000, מה שהופך אותו זול יותר לקבוצה רחבה בהרבה של מעבדות על פני אפשרויות יקרות יותר. ה- OT-2 תואם לתכנות קוד פתוח באמצעות סקריפטים של Python ומציע גמישות רבה בעיצוב פרוטוקול עשה זאת בעצמך המוגדר על-ידי המשתמש. באמצעות שלושה סקריפטים שפותחו בתוך הבית, הפרוטוקולים להלן מכסים ביצוע זרימת עבודה טיפוסית של הכנת דגימת פרוטאומיקה של רובה ציד בתחנת OT-2 עם תקן חלבון ארכיטיפי (אלבומין סרום בקר; BSA) ודגימת חלבון מורכבת של ליסט לב אנושי רגיל (איור 1). ההליכים לעיבוד (1) דגימת BSA ו-(2) דגימת ליסט לב מורכבת מפורטים בפרוטוקול סעיפים 1, 2, 5, 6 ו-3, 4, 5, 6, 6, בהתאמה. חרוזים מגנטיים שעברו שינוי קרבוקסילציה Sera-Mag מנוצלים בהכנת מדגם משופרת של שלב מוצק בסיר אחד (SP3) להסרת חומרי ניקוי ומלחים בדגימות החלבון והפפטיד. תקצירים טריפטיים מאלבומין בסרום בקר וחלבוני לב אנושיים מנוקים עוד יותר על ידי חרוזי SP3 ומוגשים לניתוח LC-MS/MS. ספקטרום המסה מנותח לאחר מכן באמצעות תוכנת MaxQuant לזיהוי פפטיד וחלבון. תוצאות מייצגות המבוצעות על ידינו מראות כי הפרוטוקול משיג מקדמים טכניים מצוינים של וריאציה (CV) תוך חיסכון בזמן הספסל ואינו נחות לעיכול ידני.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תסריטי פייתון המפותחים הופקדו ב- GitHub בכתובת: https://github.com/MaggieLam-Lab/StandardDigestion-Opentrons. עותק של קבצי ה- Script ניתן בקובץ משלים 1. נא עיין במאגר GitHub עבור הגירסאות העדכניות ביותר.
1. הכנות ניסיוניות
2. הכנת דגימת ספקטרומטריית מסה (MS) עם אלבומין סרום בקר חלבון יחיד (BSA)
3. ניקוי פפטיד באמצעות חרוזים פרמגנטיים SP3
4. הכנת דגימת טרשת נפוצה עם ליסאט חלבון של הלב האנושי (5 מ"ג / מ"ל) עם חרוזים פרמגנטיים SP3
5. ניקוי פפטיד באמצעות חרוזים פרמגנטיים SP3
6. כרומטוגרפיה נוזלית וספקטרומטריית מסה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שלושה סקריפטים Python מסופקים כאן התואמים לרובוט OT-2, ומבצעים הכנה מדגמית עבור פרוטאומיקה ספקטרומטרית מסה עם אלבומין סרום בקר סטנדרטי חלבון יחיד (טכני משכפל n = 5 עיכולים) ודגימת ליסט לב אנושי המכילה חומר ניקוי (n = 5 עיכולים). כל מוצר תקציר מחולק לשתי תגובות ניקוי פפטיד. מספר ההתאמות המזוהות בספקטרום הפפטיד (PSMs), הפפטידים והחלבונים בכל ריצה של דגימות ה-BSA והלב מוצג באיור 4 ובאיור 5. חציון של 728 PSMs ו 65 פפטידים זוהו עם מדגם BSA, עם 5.2% ו 3.2% מקדמי וריאצ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שלבים קריטיים בפרוטוקול
לקבלת הביצועים הטובים ביותר, יש להשתמש בתוכנות מעבדה מאומתות של Opentrons, מודולים וחומרים מתכלים התואמים ל- OT-2. תוכנות מעבדה מותאמות אישית ניתן ליצור בעקבות ההוראה של Opentrons ב Reference14. הקפד לכייל את סיפון OT-2, פיפטות, ו labware בעת שימוש בפעם הראשונה. זה גם קריטי לעקוב אחר הנחיות מיצרן חרוזי SP3 כדי להכין חרוזים לניקוי פפטיד וחלבון. ראוי לציין, במהלך תגובת מחייב חרוז ופפטיד, נפח האצטוניטריל בתגובה המחייבת צריך להיות ≥95%, וריכוז החרוזים צריך ל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין קונפליקטים להצהיר.
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי פרסי NIH F32-HL14919191 ל- YH; R00-HL144829 לאל על; R21-HL150456, R00-HL127302, R01-HL141278 ל- MPL. איור 1, איור 2, איור 3 נוצרים בעזרת כלי איור מדעי מבוסס אינטרנט, BioRender.com.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 300 ומיקרו; קצות פיפטה L | Opentrons | ||
| סט מתלה צינורות 4 ב-1 | Opentrons | כל סט כולל 2 מעמדי בסיס ו-4 צמרות מחזיק צינורות 1.5 מ"ל, 2 מ"ל, 15 מ"ל + 50 מ"ל, 15 מ"ל ו-50 מ"ל. אנו משתמשים ב-2 מ"ל ו-15 מ"ל + 50 מ"ל במחקר זה. | |
| שבחים PepMap 100 C18 HPLC עמוד | תרמו מדעי | #164568 | 3 μ חלקיק m; 100 וארינג; נקבוביות; 75 μ m x 150 מ"מ |
| אצטוניטריל LC-MS כיתה | VWR | ||
| סט בלוקים מאלומיניום | Opentrons | סט בלוקים זה כולל 3 צמרות התואמות לצינורות 96 בארות, 2.0 מ"ל ורצועת PCR לשימוש עם מודול הטמפרטורה OT-2. אנו משתמשים במחזיק הצינור של 2.0 מ"ל בכתב היד הזה. | |
| אמוניום ביקרבונט | סיגמא-אולדריץ' | # A6141 | |
| סרום בקר אלבומין סטנדרטי, 2 מ"ג / מ"ל | תרמו מדעי | # 23210 | |
| דימתילסולפוקסיד (DMSO) LC-MS כיתה | תרמו מדעי | # 85190 | |
| דיתיותרייטול | סיגמא-אולדריץ' | #D5545 | |
| עמודות HPLC EASY-Spray | תרמו מדעי | #ES800A | |
| EasynLC 1200 Nano LC | Thermo Scientific | #LC140 | |
| הוכחת אתנול 195-200 | Fisher | #04-355-720 | |
| חומצה פורמית LC-MS כיתה | Thermo Scientific | #85178 | |
| ליזאט לב אנושי | Novus Biologicals | NB820-59217 | |
| יודואצטמיד | סיגמא-אולדריץ' | #I1149 | |
| מתלה | צינור מגנטיThermo Scientific | #MR02 | |
| MAXQuant v.1.6.10.43 | Tyanova et al., 2016 (https://www.maxquant.org/) | ||
| mySPIN 6 מיני צנטריפוגה | Thermo Scientific | #75004061 | מיני צנטריפוגה ספסל לסיבוב מהיר |
| NEST 2 מ"ל 96 בארות צלחת באר עמוקה, V תחתון | Opentrons | ||
| OT-2 מודול מגנטי | Opentrons | GEN1 | |
| OT-2 P300 פיפטה חד ערוץ | Opentrons | GEN1 | |
| OT-2 P50 פיפטה חד ערוצית | Opentrons | GEN1 | |
| OT-2 רובוט פיפטינג | רובוט Opentrons | OT-2 | |
| OT-2 מודול טמפרטורה | Opentrons | GEN1 | |
| פירס כמותי בדיקת פפטיד קולורימטרי | תרמו מדעי | #23275 | |
| צינורות חלבון LoBind 2.0 מ"ל | Eppendorf | #022431102 | |
| מסד נתונים של רצף חלבונים | UniProt/SwissProt | https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:UP000005640% 20ביקורת:כן | |
| Sera-Mag SpeedBead חלקיקים מגנטיים שעברו שינוי קרבוקסילאט, Hydrophobic | Cytiva | #65152105050250 | |
| Sera-Mag SpeedBead Carboxylate-Modified חלקיקים מגנטיים, Hydrophylic | Cytiva | #45152105050250 | |
| SpeedVac | Thermo Scientific | מאייד ואקום | |
| Thermo Q אקסאקטיבי HF ספקטרומטר מסה | תרמו מדעי | #IQLAAEGAAPFALGMBFZ | |
| טריפסין MS כיתה | תרמו מדעי | # 90057 | |
| מים LC-MS כיתה | VWR | #BDH83645.400 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.