חיפוש פתוח מאפשר זיהוי של גליקופפטידים מעוטרים בקומפוזיציות גליקאן שלא היו ידועות קודם לכן. בתוך מאמר זה, גישה יעילה לביצוע חיפוש פתוח וחיפושי גליקופפטיד ממוקדי גליקן הבאים מוצגים עבור דגימות חיידקים באמצעות Acinetobacter baumannii כמודל.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
חיפוש פתוח מאפשר זיהוי של גליקופפטידים מעוטרים בקומפוזיציות גליקאן שלא היו ידועות קודם לכן. בתוך מאמר זה, גישה יעילה לביצוע חיפוש פתוח וחיפושי גליקופפטיד ממוקדי גליקן הבאים מוצגים עבור דגימות חיידקים באמצעות Acinetobacter baumannii כמודל.
גליקוסילציה של חלבון מוכרת יותר ויותר כשינוי נפוץ בתוך אורגניזמים חיידקיים, התורמת לפיזיולוגיה פרוקריוטית ולזיהום אופטימלי של מינים פתוגניים. בשל כך, יש עניין גובר באפיון גליקוסילציה חיידקית וצורך בכלים אנליטיים בעלי תפוקה גבוהה כדי לזהות אירועים אלה. למרות פרוטאומיקה מלמטה למעלה בקלות מאפשרת את הדור של נתוני גליקופפטיד עשירים, הרוחב והמגוון של הגליקנים שנצפו במינים פרוקריוטים הופכים את הזיהוי של אירועי גליקוזילציה חיידקית למאתגר ביותר.
באופן מסורתי, הקביעה הידנית של הרכבי הגליקנים בערכות נתונים פרוטאומיות חיידקיות הפכה את זה לניתוח מותאם אישית במידה רבה המוגבל למומחים ספציפיים לשטח. לאחרונה, גישות פתוחות המבוססות על חיפוש התגלו כחלופה רבת עוצמה לזיהוי שינויים לא ידועים. על ידי ניתוח התדירות של שינויים ייחודיים שנצפו על רצפי פפטיד, טכניקות חיפוש פתוחות מאפשרות זיהוי של גליקנים נפוצים המחוברים לפפטידים בתוך דגימות מורכבות. מאמר זה מציג זרימת עבודה יעילה לפרשנות וניתוח של נתונים גליקופרוטומיים, המדגים כיצד ניתן להשתמש בטכניקות חיפוש פתוחות לזיהוי גליקופפטידים חיידקיים ללא ידע מוקדם על הרכבי הגליקנים.
באמצעות גישה זו, גליקופפטידים בתוך דגימות ניתן לזהות במהירות כדי להבין הבדלי גליקוסילציה. באמצעות Acinetobacter baumannii כמודל, גישות אלה מאפשרות השוואה של קומפוזיציות גליקאניות בין זנים וזיהוי של גליקופרוטאין חדשניים. יחד, עבודה זו מדגימה את הרבגוניות של טכניקות חיפוש מסד נתונים פתוחות לזיהוי גליקוסילציה חיידקית, מה שהופך את האפיון של גליקופרוטומים מגוונים אלה קל יותר מאי פעם.
גליקוסילציה של חלבון, תהליך הצמדת פחמימות למולקולות חלבון, הוא אחד השינויים הנפוצים ביותר לאחר התרגום (PTMs) בטבע 1,2. בכל תחומי החיים התפתח מגוון של מכונות מורכבות המוקדשות לדור הגליקופרוטאינים המשפיעים על מספר עצום של פונקציות תאיות 1,3,4,5. בעוד גליקוסילציה חלבון מתרחשת על מגוון של חומצות אמינו 6,7, N מקושר ו O הקשורים Glycosylation אירועים הם שתי צורות דומיננטיות שנצפו בטבע. גליקוסילציה הקשורה ל- N כרוכה בחיבור של גליקנים לאטום חנקן של שאריות אספרגין (Asn), ואילו בגליקוזילציה המקושרת ל- O, הגליקנים מחוברים לאטום חמצן של סרין (Ser), תרונין (Thr) או טירוזין (Tyr) שאריות7. למרות הדמיון בשאריות הממוקדות על ידי מערכות גליקוסילציה, ההבדלים בתוך הגליקנים המחוברים לחלבונים גורמים לגליקוזילציה להיות המעמד המגוון ביותר מבחינה כימית של PTMs שנמצא בטבע.
בעוד שלמערכות הגליקוסילציה האוקריוטית יש מגוון גליקן, מערכות אלה מוגבלות בדרך כלל במספר הפחמימות הייחודיות המנוצלות. המגוון המתקבל נובע מהאופן שבו פחמימות אלה מסודרות בגליקנים 8,9,10,10,11,12. לעומת זאת, מינים חיידקיים וארכאיים בעלי מגוון גליקנים כמעט בלתי מוגבל בשל המערך העצום של סוכרים ייחודיים הנוצרים בתוך מערכות אלה 2,10,13,14,15,16,17. הבדלים אלה במגוון הגליקנים שנצפו בתחומי החיים מייצגים אתגר אנליטי משמעותי לאפיון ולזיהוי של אירועי גליקוזילציה. עבור גליקוסילציה אאוקריוטית, היכולת לצפות קומפוזיציות גליקן הקל על העניין הגובר בגליקוביולוגיה; עם זאת, אותו הדבר אינו נכון לגבי גליקוזיליה חיידקית, אשר עדיין מוגבלת במידה רבה למחקר על ידי מעבדות מיוחדות. ככל שהנגישות של מכשור ספקטרומטריית המסה (MS) גדלה במדעי הביולוגיה, גישות מבוססות טרשת נפוצה הן כעת השיטה העיקרית לניתוח גליקופרוטומי.
טרשת נפוצה התגלתה ככלי המובהק לאפיון הגליקוזילציה, עם גישות מלמעלה למטה ומלמטה למעלה המשמשות כיום לאפיון גליקופרוטאינים6. בעוד פרוטאומיקה מלמעלה למטה משמשת להערכת דפוסי גליקוסילציה גלובליים של חלבונים ספציפיים18,19, גישות מלמטה למעלה משמשות כדי לאפשר אפיון ספציפי לגליקן של גליקופפטידים, אפילו מתערובות מורכבות 6,20,21,22,23. לניתוח של גליקופפטידים, הדור של מידע פיצול אינפורמטיבי חיוני לאפיון אירועי גליקוסילציה24,25. מגוון גישות פיצול נגישות כעת באופן שגרתי במכשירים, כולל דיסוציאציה מבוססת התנגשות מבוססת התנגשות מבוססת תהודה יון (IT-CID), דיסוציאציה הנגרמת על ידי התנגשות מסוג קרן (CID) ודיסוציאציה של העברת אלקטרונים (ETD). לכל גישה יש עוצמות וחולשות שונות לניתוח גליקופפטידים25,26, עם התקדמות משמעותית בעשור האחרון ביישום גישות פיצול אלה לניתוח גליקוסילציה 6,20. עם זאת, עבור ניתוח גליקוסילציה חיידקי, המגבלה הקריטית לא הייתה היכולת לפצל גליקופפטידים אלא חוסר היכולת לחזות את הרכבי הגליקאן הפוטנציאליים בתוך דגימות. בתוך מערכות אלה, הטבע הלא ידוע של גלייקנים חיידקיים מגוונים מגביל את הזיהוי של גליקופפטידים, אפילו עם כלי חיפוש ממוקדי גליקוסילציה כיום נפוץ לניתוח של גליקופפטידים אוקריוטיים, כגון O-Pair27, GlycopeptideGraphMS28, ו GlycReSoft29. כדי להתגבר על בעיה זו, נדרשת שיטת חיפוש חלופית, עם שימוש בכלי חיפוש פתוחים המתעוררים כגישה רבת עוצמה לחקר הגליקוזילציה החיידקית30.
חיפוש פתוח, הידוע גם בשם חיפוש עיוור או כללי, מאפשר זיהוי של פפטידים עם PTMs לא ידועים או בלתי צפויים 21,30,31,32. חיפושים פתוחים משתמשים במגוון טכניקות חישוביות, כולל חיפושי שינויים שאצרו, חיפושים במסדי נתונים מרובי שלבים או חיפוש סובלני בעל מסה רחבה 33,34,35,35,36,37. למרות שלחיפוש פתוח יש פוטנציאל גדול, השימוש בו בדרך כלל הופרע על ידי העלייה המשמעותית בזמני הניתוח ואובדן הרגישות לגילוי פפטידים שלא השתנו בהשוואה לחיפושים מוגבלים31,32. הירידה בזיהוי התאמות פפטיד-ספקטרלי (PSMs) שלא השתנו היא תוצאה של שיעורי PSM חיוביים כוזבים הקשורים לטכניקות אלה, הדורשים סינון קפדני מוגבר כדי לשמור על שיעורי הגילוי השגויים הרצויים (FDRs)33,34,35,35,36,37 . לאחרונה, מספר כלים הפכו זמינים המשפרים באופן משמעותי את הנגישות של חיפוש פתוח, כולל Byonic31,38, Open-pFind39, ANN-SoLo40, ו- MSFragger 21,41. כלים אלה מאפשרים זיהוי חזק של אירועי גליקוסילציה על ידי צמצום משמעותי של זמני הניתוח ויישום גישות לטיפול בהרכבי גליקן הטרוגניים.
מאמר זה מציג שיטה יעילה לזיהוי גליקופפטידים חיידקיים על ידי חיפוש פתוח, באמצעות פתוגן נוסוקומי שלילי גרם, Acinetobacter baumannii, כמודל. A. baumannii בעל מערכת גליקוזילטציה מקושרת O משומרת האחראית לשינוי של מצע חלבונים מרובים, המכונה מערכת גליקוזילציה חלבון PglL 42,43,44. בעוד חלבונים דומים מיועדים לגליקוזילציה בין זנים, מערכת הגליקוזילציה PglL משתנה מאוד בשל הביוסינתזה של הגליקן המשמש לגליקוזילציה של חלבון המופקת מהלוקוס של הקפסולה (המכונה K-locus)44,45,46. התוצאה היא גליקנים מגוונים (הידוע גם בשם K-יחידה), נגזר יחיד או מוגבל K-יחידות פולימריות, מתווסף מצע חלבון 30,44,46. במסגרת עבודה זו, השימוש בכלי החיפוש הפתוח, MSfragger, בתוך התוכנה FragPipe, משמש לזיהוי גליקנים על פני זני A. baumannii. על ידי שילוב של חיפוש פתוח ואוצרות ידנית, ניתן לבצע "חיפושים ממוקדי גליקנים" כדי לשפר עוד יותר את הזיהוי של גליקופפטידים חיידקיים. יחד, גישה זו לזיהוי רב-שלבי מאפשרת זיהוי של גליקופפטידים ללא ניסיון רב באפיון אירועי גליקוסילציה חדשניים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הערה: ניתן לחלק את ההכנה והניתוח של דגימות גליקופפטיד חיידקיות לארבעה חלקים (איור 1). עבור מחקר זה, הגליקוזילציה של שלושה זני A. baumannii רצף הוערך (טבלה 1). מסדי נתונים של Proteome FASTA של כל אחד מהזנים האלה נגישים באמצעות Uniprot. עיין בטבלה 2 עבור הרכב המאגרים המשמשים בפרוטוקול זה.
1. הכנת דגימות חלבון לניתוח פרוטאומי
2. עיבוד דגימות פרוטאום
3. LC-MS של דגימות פרוטאום/גליקופפטיד מועשרות
4. ניתוח של דגימות מועשרות פרוטאום/גליקופפטיד
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדי להמחיש את התועלת של חיפוש פתוח עבור ניתוח גליקופפטיד חיידקי, המגוון הכימי של glycans מקושר O בתוך שלושה זנים של A. baumannii-AB307-0294, ACICU, ו D1279779-הוערך. הגליקופרוטאומים המקושרים O משתנים מאוד בין זני A. baumannii כמו הגליקנים המשמשים לגליקוזילציה נגזרים מן loci כמוסה משתנה מאוד 44,45,46. מגוון כימי זה הופך את A. baumannii למערכת מודל אידיאלית למחקרי חיפוש פתוחים. בעוד הגל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חיפוש פתוח הוא שיטה יעילה ושיטתית לזיהוי שינויים לא ידועים. בעוד זיהוי של גליקנים לא ידועים בתוך דגימות פרוטאום חיידקי היה באופן מסורתי התחייבות גוזלת זמן ומתמחה מבחינה טכנית, ההתפתחויות האחרונות של כלים כגון MSfragger21,41 ו Byonic31,38 עכשיו לאפשר זיהוי מהיר ויעיל של מסות דלתא לאפיון נוסף כמו גליקנים פוטנציאליים המצורפים פפטידים. חיפוש פתוח של דגימות פרוטאום סטנדרטיות ומועשרות בגליקופטיד יכול לזהות גליק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים.
N.E.S נתמך על ידי מלגת עתיד של מועצת המחקר האוסטרלית (FT200100270) ומענק פרויקט ARC Discovery (DP210100362). אנו מודים לספקטרומטריית המסה של מלבורן ולמתקן הפרוטאומיקה של המכון למדע וביוטכנולוגיה Biotechnology Bio21 על הגישה למכשור טרשת נפוצה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 14 G Kel-F רכזת נקודה סגנון 3 | חברת המילטון | hanc90514 | |
| 2-כלורואצטמיד | סיגמא אולדריץ' Pty בע"מ | C0267-100G | |
| אצטוניטריל | סיגמא אולדריץ' Pty בע"מ | 34851-4L | |
| אמוניום הידרוקסיד (28%) | סיגמא אולדריץ' Pty בע"מ | 338818-100 מ"ל | |
| BCA בדיקת חלבון מגיב A | פירס | 23228 | |
| BCA בדיקת חלבון מגיב B | Pierce | 23224 | |
| C8 Empore SPE | Sigma Aldrich Pty Ltd | 66882-U | ספק חלופי לחומר C8 הוא Affinisep (https://www.affinisep.com/about-us/) |
| חומצה פורמית | Sigma Aldrich Pty Ltd | 5.33002 | |
| Isopropanol | Sigma Aldrich Pty Ltd | 650447-2.5L | |
| מתנול | פישר כימיקל | M/4058/17 | |
| SDB-RPS Empore SPE (סולפונאט שלב הפוך) | Sigma Aldrich Pty Ltd | 66886-U | ספק חלופי עבור SDB-RPS הוא Affinisep (https://www.affinisep.com/about-us/) |
| נתרן דאוקסיכולט | סיגמא אולדריץ' Pty Ltd | D6750-100G | |
| ThermoMixer C | Eppendorf | 2232000083 | |
| חומצה טריפלואורואצטית | Sigma Aldrich Pty Ltd | 302031-10X1ML | |
| Tris 2-carboxyethyl phosphine hydrochloride | Sigma Aldrich Pty Ltd | C4706-2G | |
| Tris(hydroxymethyl)aminomethane | Sigma Aldrich Pty Ltd | 252859-500G | |
| תערובת פרוטאז Trypsin/Lys-C | Promega | V5073 | |
| רכז ואקום | Labconco | 7810040 | |
| חומר | ZIC-HILICניתן להשיג שרף 1504580001 של Merck | לשימוש בעמודות SPE לשימוש חד פעמי על ידי ריקון עמודת צורה גדולה יותר ושימוש בשרף החופשי |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה