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A titolo di esempio, abbiamo analizzato gli istoni estratti da cellule staminali embrionali umane (hESC) con e senza acido retinoico (RA) stimolazione, a partire da 200 microlitri pellet cellulari. La presenza di RA in coltura cellulare porta alla differenziazione ESC. Dal pellet cellulare, circa 50 - 100 mg di istoni sono stati estratti, che è più che sufficiente per eseguire iniezioni multiple LC-MS di peptidi istoni. Dopo derivatizzazione, la digestione, e dissalazione, i campioni sono stati caricati su un 75 micron x 15 centimetri C 18 colonna (diametro delle particelle 3 micron, dimensioni dei pori 300 A) in modalità seriale con un sistema di liquido nano cromatografia ad alte prestazioni con i chip microfluidica accoppiate a un ibrido lineare trappola quadrupolo - spettrometro di massa Orbitrap. acquisizione MS è stata effettuata utilizzando DIA. In parallelo, i campioni sono stati anche analizzati con un metodo DDA utilizzando un UHPLC nano-flusso accoppiato ad uno spettrometro di massa trap-Orbitrap ione ibrido (dati non mostrati). Inogni ciclo, una rilevazione completa MS Orbitrap è stata effettuata con la gamma di scansione di 290 a 1.400 m / z, una risoluzione di 60.000 (a 200 m / z) e AGC di 10 6. Poi, i dati modalità di acquisizione dipendente è stato applicato con una dinamica esclusione di 30 sec. scansioni MS / MS sono stati seguiti in ioni genitore da quelle più intense. Gli ioni con stato di carica di uno sono stati esclusi da MS / MS. È stato utilizzato un window isolamento di 2 m / z. Gli ioni erano frammentati utilizzando collisione indotta dissociazione (CID) con l'energia di collisione del 35%. Rilevamento trappola ionica è stato utilizzato con modalità normale intervallo di scansione e velocità di scansione normale con AGC di 10 4.
I dati grezzi MS sono stati analizzati adottando il software per l'estrazione di precursori e di ioni frammento cromatogrammi, vale a dire Skyline 23 e 22 EpiProfile. EpiProfile è stato ottimizzato per i peptidi istoni, in quanto integra intelligente estrazione area del picco a causa di una precedente conoscenza di Peptempo di ritenzione marea. D'altra parte, Skyline è ottimizzato per le analisi DIA, e quindi le figure DIA visualizzati (Figure 4 e 5A) sono schermate da questo software. Dal cromatogramma ionico estratta, l'area sotto la curva viene recuperato, e questo viene utilizzato per stimare l'abbondanza di ciascun peptide. L'area del picco cromatografico è stato calcolato per il [M + H] + [M + 2H] 2+, e [M + 3H] 3+ ioni dello stesso peptide, sebbene nella maggior parte dei casi la [M + 2H] 2+ era la forma prevalente. Questo fornisce l'abbondanza grezzo di una data forma modificata di un peptide. Al fine di raggiungere la relativa abbondanza di PTM, la somma di tutte le diverse forme modificate di un peptide istone stato considerato come 100%, e la zona della particolare peptide è stato diviso per l'area totale di tale peptide istone in tutte le sue forme modificate .
peptidi istoni sono presenti in un VArie di forme isobariche (Figura 5). Peptidi isobariche, ad esempio, K18ac e K23ac, possono essere quantificati solo a livello MS / MS, in cui vengono utilizzati i loro frammenti di ioni uniche per determinare il rapporto della specie isobariche (Figura 5A e 5B). Questo rapporto è utilizzato per dividere l'area del picco cromatografico tra le due specie. Quando si utilizzano DDA, queste forme isobariche sono stati inclusi in un elenco di masse mirati, perché questi peptidi hanno bisogno di essere selezionati per la frammentazione attraverso tutta la loro eluizione, che non si verificherebbe in un esperimento di serie DDA. La discriminazione di abbondanza relativa delle specie isobariche viene eseguita controllando il profilo di eluizione dei frammenti di ioni. D'altra parte, DIA tipo di acquisizione non richiede alcuna elenco di inclusione. Tuttavia, questo tipo di metodo di acquisizione non è compatibile con la ricerca di database tradizionali, e quindi potrebbe impedire la scoperta di peptidi modificati sconosciuti.
hESC hanno mostrato una netta riduzione dei peptidi acetilati quando stimolato per la differenziazione (Figura 6A e 6B). Questo non è sorprendente, come i risultati precedenti riportati superiore acetilazione in CES rispetto a quelli di differenziazione 25,che riflette la natura in generale permissivo della cromatina pluripotenti. Focalizzando l'attenzione su istone H3, 35 diverse forme modificate sono stati quantificati (Figura 6C). Tuttavia, tutti proteoforms istoni che possono essere studiati con questo approccio sono più di 200, comprese tutte le varianti e modifiche istoni abbondanza basse (dati non mostrati). Inoltre, la nostra analisi ha mostrato che un'alta riproducibilità può essere ottenuta tra le repliche tecniche, come dimostra la piccola dimensione delle barre di errore rappresentano (± deviazione standard). Nel loro insieme, questa sezione descrive come estrarre la relativa abbondanza di istoni modificati peptidi utilizzando i dati NLC-MS.

Figura 1:. Flusso di lavoro per MS / MS istoni analisi bottom-up I dieci passi per l'analisi degli istoni sono mostrati, tra cui una stima del tempo necessario a ogni passo. Il numero di sezione è dato tra parentesi come presente nel manoscritto. Sezione 5, descrivendo campione frazionamento di isolare le diverse varianti degli istoni, può essere omesso se non vi è la necessità di analisi ad alta sensibilità di un dato variante. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2: in fase inversa ad alto flusso LC per istone Variante Frazionamento e Coomassie Gel (A) cromatogramma LC-UV che rappresenta intatta la separazione degli istoni.. varianti dell'istone H3 possono essere discriminati gli uni dagli altri in base al loro tempo di eluizione. Le frazioni possono essere raccolti manualmente o utilizzando un raccoglitore di frazioni automatizzato. (B) Coomassie del gel di tre repliche di purificazione istoni.= "Https://www.jove.com/files/ftp_upload/54112/54112fig2large.jpg" target = "_ blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3:. Making of Stage-ribaltamento spina con un puntale P1000, pugno un disco fatto di C 18 materiale da un disco di estrazione in fase solida (secondo pannello). Il minidisk si attacchi nella punta (pannello centrale), in modo che possa essere spinto fuori in un più piccolo P100 / 200 puntale utilizzando qualsiasi tipo di piccole capillare. In questo esempio, abbiamo usato un diametro esterno tubo di silice fusa 700 micron. Il minidisk deve essere spinto verso il fondo del P100 / 200 punta della pipetta finché non può andare oltre (ultimo pannello). La punta palcoscenico è pronto per l'istone dissalazione, in quanto ha una capacità sufficiente per mantenere il campione di materiale sufficiente per numerose repliche. In particolare, uno minidisk è sufficiente per 15 - 20 mg di sample. Se è necessario più del campione, più dischi possono essere imballati gli uni sugli altri. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4:. Rappresentazione schematica della DDA e DIA metodi quando utilizza DDA, il ciclo di scansione SM è caratterizzata dalla selezione sequenziale di ioni precursori per MS / MS frammentazione base alla loro intensità e stato di carica. Una volta che uno ione precursore è stato frammentato è ubicato all'interno di un elenco di esclusione per evitare selezione ripetitiva dello stesso peptide, in modo che la MS può "scavare" in segnali meno abbondanti. Questo metodo di acquisizione è la tecnica di scelta nella proteomica per la modalità di scoperta. La quantificazione è ottenuta integrando il segnale di scansione completa di un determinato ione accanto alle MS identificati /spettro MS. In DIA, l'intera gamma di m / z è frammentato ad ogni ciclo di scansione. Questo approccio è meno adatto per la modalità di scoperta, ma produce un profilo cromatografico di tutte ioni, precursori e prodotti. Questo porta ad una quantificazione più sicuri e la discriminazione delle forme isobariche. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Quantificazione di isobariche peptidi (A) Esempio di due peptidi isobariche comunemente abbondanti nell'analisi istone.. Il cromatogramma ionico estratto (XIC) della loro massa e relativi precursori isotopi (sopra) è identico. Tuttavia, la XIC degli ioni prodotto (sotto) consente la discriminazione delle due forme isobariche. In particolare, gli ioni frammento solo unico deve essere noiEd per stimare l'abbondanza relativa delle due specie. (B) Rappresentazione degli ioni frammento uniche per i due peptidi descritti (evidenziato in rosso). (C) Lista dei peptidi comunemente analizzati in Homo sapiens che hanno almeno un equivalente isobarica. Sequenza varianti tra i peptidi istone elencati sono indicati. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Risultati rappresentativi di cellule staminali embrionali umane con e senza retinoico trattamento acido (A) quantificazione relativa della istone H3 peptide KQLATKAAR (aa 18 - 26), in tutte le sue proteoforms modificati.. La relativa abbondanza è stato stimato utilizzando tutti proteoforms come 100% (relpercentuale ativo del peptide non modificato non è mostrato) (B) quantificazione relativa della istone H3 peptide KSTGGKAPR (aa 9 -.. 17) (C) abbondanza relativa dei peptidi identificati per canonica H3 istone con e senza trattamento delle cellule con acido retinoico. La figura indica in quale delle due trattamenti le date modifiche sono più abbondanti (> 50%). Nel complesso, abbiamo dimostrato che l'acetilazione dell'istone H3 diminuisce nella maggior parte dei residui di lisina su induzione della differenziazione cellulare. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
| soluzione # | Composizione |
| 1 | Isolamento nucleare Buffer (NIB) stock è composto come segue e conservato congelato a 100 ml aliquote a -20 ° C; scongelatiNIB può essere conservato a 4 ° C per alcune settimane: 15 mM Tris, 60 mM KCl, 15 mM NaCl, 5 mM MgCl 2, 1 mM CaCl 2, e 250 mM di saccarosio. Il pH del tampone viene regolato a 7,5 con HCl. |
| 2 | Inibitori della proteasi (aggiungere fresco di buffer prima dell'uso): 1 M ditiotreitolo (DTT) in DDH 2 O (1,000x); 200 mm AEBSF in DDH 2 O (400x) |
| 3 | inibitore fosfatasi (aggiungere fresco di buffer prima dell'uso): 2,5 micron microcistina in 100% di etanolo (500x) |
| 4 | inibitori HDAC (aggiungere fresco di buffer prima dell'uso): 5 M di sodio butirrato, realizzati da una titolazione di acido butirrico 5 M con NaOH a pH 7.0 (500x) |
| 5 | NP-40 Alternativa: 10% v / v in DDH 2 O |
| 6 | 0.2 MH 2 SO 4 in DDH 2 O |
| 7 | Acido tricloroacetico (TCA): 100% w / v in DDH 2 O |
| 8 | Acetone + 0,1% di acido cloridrico (HCl): 0,1% v / v HCl in acetone |
Tabella 1. Solutions.