כאן, אנו מתארים זרימת עבודה של פרוטאומיקה לאפיון פרוטאום פני התא של סוגי תאים שונים. זרימת עבודה זו כוללת העשרת חלבון על פני התא, הכנת דגימה לאחר מכן, ניתוח באמצעות פלטפורמת LC-MS/MS ועיבוד נתונים עם תוכנה מיוחדת.
Method Article
כאן, אנו מתארים זרימת עבודה של פרוטאומיקה לאפיון פרוטאום פני התא של סוגי תאים שונים. זרימת עבודה זו כוללת העשרת חלבון על פני התא, הכנת דגימה לאחר מכן, ניתוח באמצעות פלטפורמת LC-MS/MS ועיבוד נתונים עם תוכנה מיוחדת.
במהלך העשור האחרון, פרוטאומיקה מבוססת ספקטרומטריית מסה אפשרה אפיון מעמיק של מערכות ביולוגיות במגוון רחב של יישומים. פרוטאום פני התא ("surfaceome") במחלות אנושיות הוא בעל עניין משמעותי, שכן חלבוני ממברנת הפלזמה הם המטרה העיקרית של רוב הטיפולים המאושרים קלינית, כמו גם מאפיין מפתח שבאמצעותו ניתן להבחין באופן אבחנתי בין תאים חולים לרקמות בריאות. עם זאת, אפיון ממוקד של חלבוני הממברנה ופני השטח של התא נותר מאתגר, בעיקר בשל המורכבות של ליזטים תאיים, המסווים חלבונים מעניינים על ידי חלבונים אחרים בעלי שפע גבוה. כדי להתגבר על מחסום טכני זה ולהגדיר במדויק את פרוטאום פני התא של סוגי תאים שונים באמצעות פרוטאומיקה של ספקטרומטריית מסה, יש צורך להעשיר את הליזאט של התא לחלבוני פני התא לפני הניתוח על ספקטרומטר המסה. מאמר זה מציג זרימת עבודה מפורטת לתיוג חלבוני פני התא מתאי סרטן, העשרת חלבונים אלה מהליזאט של התא, והכנת דגימה לאחר מכן לניתוח ספקטרומטריית מסה.
חלבונים משמשים כיחידות הבסיסיות שבאמצעותן מתבצעות רוב הפונקציות התאיות. אפיון המבנה והתפקוד של חלבונים רלוונטיים הוא צעד חיוני להבנת תהליכים ביולוגיים. במהלך העשור האחרון, התקדמות בטכנולוגיית ספקטרומטריית מסה, תוכנות ניתוח ומסדי נתונים אפשרו זיהוי ומדידה מדויקים של חלבונים בקנה מידה רחב של פרוטאום1. ניתן להשתמש בפרוטאומיקה מבוססת ספקטרומטריית מסה במגוון רחב של יישומים, החל מניתוח מדעי בסיסי של מסלולים ביוכימיים, לזיהוי מטרות תרופות חדשות בסביבה תרגומית, ועד לאבחון וניטור מחלות במרפאה2. בעת סינון מטרות תרופות חדשות, אפיון הפרוטאום של פני התא חשוב במיוחד, כאשר למעלה מ-65% מהתרופות האנושיות המאושרות כיום מכוונות לחלבונים3. תחום האימונותרפיה לסרטן מסתמך לחלוטין גם על אנטיגנים ספציפיים לסרטן על פני התא כדי למקד ולחסל באופן ספציפי תאי גידול4. פרוטאומיקה מבוססת ספקטרומטריית מסה יכולה אפוא לשמש ככלי מבטיח לזיהוי חלבונים חדשים על פני התא לקראת התערבויות טיפוליות.
עם זאת, ישנן מספר מגבלות בעת שימוש בשיטות פרוטאומיקה קונבנציונליות לסקר תאי גידול עבור מטרות חלבון חדשות על פני התא. דאגה עיקרית היא שחלבונים על פני השטח מהווים חלק קטן מאוד מכלל מולקולות החלבון בתא. לכן, שברים של חלבונים אלה מוסווים על ידי שפע גבוה של חלבונים תוך-תאיים בעת ביצוע ניתוח ספקטרומטריית מסה של מחלקת הליזאט5. מגבלה זו מקשה על אפיון מדויק של פרוטאום פני התא עם זרימת עבודה מסורתית של פרוטאומיקה. כדי להתמודד עם אתגר זה, יש צורך לפתח דרכים להעשרת חלבוני פני התא מתוך הליזאט של התא השלם, לפני ניתוח על ספקטרומטר המסה. שיטה אחת כזו כוללת חמצון ותיוג ביוטין של חלבוני פני התא הגליקוזיליים בתאים השלמים, והעשרה לאחר מכן של חלבונים ביוטיניליים אלה מהליזאט עם משיכת נויטרווידין, תהליך שזכה לכינוי "לכידת פני התא"6. מכיוון ש~85% מחלבוני פני התא של יונקים נחשבים לגליקוזילציה7, זה משמש כשיטה יעילה להעשרת פרוטאום פני התא מתוך כל התא ליזאט. מאמר זה מתאר זרימת עבודה שלמה, החל מתאים מתורבתים, של תיוג ביוטין על פני התא, ולאחר מכן הכנת דגימה לניתוח ספקטרומטריית מסה (<מחלקה חזקה = "xfig">איור 1). על פני מספר שכפולים, שיטה זו מספקת כיסוי חזק של פרוטאום פני התא של דגימה מסוימת. שימוש בשיטה זו לאפיון פרוטאום פני התא של תאים גידוליים ובריאים יכול להקל על גילוי אנטיגנים חדשים על פני התא לזיהוי מטרות אימונותרפיות פוטנציאליות8.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
הערה: תאי פלסמציטומה AMO1 שימשו לניסוי פרוטאום זה על פני התא. ניתן להשתמש באותו פרוטוקול גם עבור סוגי תאים אחרים, כולל מגוון רחב של קווי תאים מתלים ודבקים9, כמו גם סוגים שונים של דגימות ראשוניות10. עם זאת, מספרי תאים (חומר מוצא לניסוי) בדרך כלל צריכים להיות מותאמים לכיסוי פרוטאום שווה ערך. לפרטים הקשורים לחומרים וציוד, עיין בטבלת החומרים. לפרטים הקשורים למאגרים ותמיסות ריאגנטים והרכבם, ראה טבלה 1.
1. תיוג פני התא עם ביוטין
2. ליזיס תאים ומשיכת ביוטין
3. עיכול חלבונים
4. התפלת פפטידים
5. השעיה וכימות של פפטידים
6. ניתוח כרומטוגרפיה נוזלית-ספקטרומטריית מסה טנדם (LC-MS/MS) של הפפטידים המעוכלים
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
עבור ניסוי זה, אפיינו את פרוטאום פני התא של קו תאי גידול על ידי תיוג חלבוני ממברנה N-glycosylated של תאים שלמים בביוטין, והעשרת החלבונים המסומנים הללו מליזאט התא כולו עם משיכת נויטרווידין (איור 1). יתר על כן, ביצענו ניתוח פרוטאום באמצעות LC-MS/MS כדי לאפיין חלבונים מועשרים על פני התא. בניגוד לניתוח פרוטאום של תא שלם, כאן, המטרה הייתה לאפיין רק חלבונים על פני התא. לפיכך, התחלנו עם קלט דגימה של 3.5 × 107 תאי פלסמציטומה AMO-1. השגנו ריכוז פפטיד סופי של ~630 ננוגרם/מיקרוליטר ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
פרוטאומיקה מבוססת ספקטרומטריית מסה היא כלי רב עוצמה שאיפשר אפיון בלתי מוטה של אלפי חלבונים לא ידועים בקנה מידה בלתי אפשרי בעבר. גישה זו מאפשרת לנו לזהות ולכמת את החלבונים, כמו גם ללקט מגוון תובנות לגבי יכולות המבנה והאיתות של תאים ורקמות, על ידי אפיון מגוון החלבונים הקיימים בדגימה מסוימת. מעבר לפרופיל חלבון גלובלי בדגימה, ספקטרומטריית מסה מאפשרת לנו לאפיין שינויים שונים לאחר תרגום (PTMs) בחלבונים אלה, ומספקת הצצה עמוקה עוד יותר לשלבי מסלולי האיתות ודינמיקת החלבון שאינם זמינים בעת ניתוח ברמת DNA או RNA1<...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
המחברים מצהירים שאין אינטרסים פיננסיים מתחרים.
אנו מודים לד"ר כמאל מנדאל (המחלקה לרפואת מעבדה, UCSF) על העזרה בהקמת ריצת LC-MS/MS, ל-Deeptarup Biswas (BSBE, IIT Bombay) על העזרה בניתוח הנתונים, ולד"ר אודרי ריבס (המחלקה לרפואת מעבדה, UCSF) על העזרה בניתוח הנתונים. עבודה קשורה במעבדת A.P.W. נתמכת על ידי NIH R01 CA226851 ו-Chan Zuckerberg Biohub. איור 1 ואיור 2B נעשו באמצעות BioRender.com.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| <ערכות חזקות> | |||
| 96X iST ערכת הכנת דוגמאות | PreOmics | P.O.00027 | Proteomics ערכת הכנת דוגמאות. כולל ריאגנטים להפחתה, אלקילציה ועיכול. כלול גם עמודי התפלה וריאגנטים. |
| פפטיד קולורימטרי כמותי של פירס | תרמו | 23275 | כולל תקני פפטידים ורכיבים של ריאגנטים עובדים. |
| <ריאגנטים חזקים> | |||
| אצטוניטריל | פישר | A955-1 | |
| אמוניום ביקרבונט | Millipore Sigma | 09830-1KG | |
| ביוציטין הידרזיד | ביוטיום | 90060 | |
| D-PBS (ללא מלחי סידן ומגנזיום) | מתקן תרבית תאים UCSF | CCFAL003-225B01 | |
| חומצה פורמית | Honeywell | 94318 | |
| מעכב פרוטאז ופוספטאז מעכב קוקטייל לשימוש חד פעמי | תרמו | 1861280 | |
| קיבולת גבוהה נויטרווידין אגרוז שרף | תרמו | 29204 | |
| מתקן תרבית תאים | מלוח פוספט | CCFAL001-22J01 | |
| RIPA מאגר ליזה, 10x | Millipore Sigma | 20-188 | |
| נתרן כלורי | פישר | BP358-212 | |
| נתרן מטאפריודאט | אלפא Aesar | 13798 | |
| טריפן כתם כחול (0.4%) | Gibco | 15250-061 | |
| Ultrapure 0.5 M EDTA, pH 8.0 | Invitrogen | 15575-038 | |
| אוריאה (דרגת פרוטאומיקה) | VWR | M123-1KG | |
| <חזק>ציוד | |||
| TC20 אוטומטי תא מונה | Bio-Rad | 1450102 | |
| PrismR מיקרוצנטריפוגה | Labnet International | C2500-R-230V | |
| סוניקטור | VWR | ברנסון סוניפייר 240 | |
| ואקום סעפת | Promega Promega Vac-Man | ||
| רועד Heatblock | Eppendorf | Eppendorf Thermomixer C | |
| מסובב מקצה לקצה | Labnet | אקדח מתכוונן מסובב | |
| LC | Thermo | Ultimate 3000 HPLC ו-UHPLC | |
| Q Exactive Plus היברידי Quadrapole Orbitrap ספקטרומטר מסה | תרמו | IQLAAEGAAPFALGMBDK | |
| קורא מיקרופלייט | Biotek | Biotek Synergy 2 | |
| רכז ואקום | Labconco | 7810010 | |
| <חזק>אספקה | |||
| 1.5 מ"ל חלבון LoBind צינורות | Eppendorf | 22431081 | |
| 1.7 מ"ל צינורות מיקרוצנטריפוגה עמודי | |||
| סינון | Bio-Rad | 7326008 | |
| עמודי ספין | תרמו | ברקוד 69725 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission