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Il termine "proteomica" è stato inizialmente definito come la caratterizzazione su larga scala dell'intero complemento proteico di una cellula, tessuto o organismo1. Le analisi proteomiche consentono di sforare meccanismi e processi cellulari coinvolti nello sviluppo della malattia, percorsi terapeutici e sistemi sani utilizzando tecniche per eseguire la quantificazione relativa dei livelli di espressione proteica2. Le descrizioni iniziali di tali studi sono state pubblicate nel 1975 e hanno dimostrato l'uso dell'elettroforesi bidimensionale di gel di poliacrilammide (2D-PAGE) a questo scopo1,3. Il metodo 2D separa le proteine in base alla carica (messa a fuoco isoelettrica, IEF) e alla massa molecolare (elettroforesi del gel di solfato di sodio dodecyl, o SDS-PAGE)4. Per anni, la combinazione di 2D-PAGE e la successiva spettrometria di massa tandem eseguita su ogni componente del gel è stata la più comune tecnica di analisi dell'espressione proteica non mirata eseguita e identificata da numerosi profili di espressione proteica precedentemente sconosciuti5,6. Gli svantaggi generali dell'approccio 2D-PAGE sono che richiede molto tempo, non funziona bene per le proteine idrofobiche e ci sono limitazioni nel numero totale di proteine valutate a causa della bassa sensibilità7,8.
L'etichettatura isotopo stabile per aminoacidi nella coltura cellulare (SILAC) è diventato il prossimo approccio popolare per identificare e quantificare l'abbondanza di proteine nei campioni9. Consiste nell'etichettatura metabolica delle cellule che vengono incubate in media prive di un amminoacido essenziale standard e completate con una versione con etichetta isotopo di quello specifico aminoacido10. Il vantaggio di questa tecnica è la sua efficienza e l'etichettatura precisa9. La principale limitazione all'approccio SILAC è principalmente la riduzione del tasso di crescita cellulare causata dall'incorporazione dell'etichetta isotopa, che può essere particolarmente difficile nelle linee cellulari relativamente sensibili che modellano le malattie umane11.
Nel 2003, nel campo12è stata introdotta una nuova e robusta tecnica proteomica che coinvolge etichette isobariche in tandem (TMT). L'etichettatura TMT è un metodo potente grazie alla sua maggiore sensibilità per rilevare i livelli di espressione relativa delle proteine e le modifiche post-traduzionali13. A partire da questa data di pubblicazione, sono stati sviluppati kit TMT in grado di etichettare simultaneamente 6, 10, 11 o 16 campioni. Di conseguenza, è possibile misurare l'abbondanza di peptidi in più condizioni con repliche biologiche allo stesso tempo14,15,16. Recentemente abbiamo usato TMT per caratterizzare il profilo proteomico cardiaco di un modello murino della sindrome di Barth (BTHS)17. In questo modo, siamo stati in grado di dimostrare un diffuso miglioramento nei profili cardiaci dei topi BTHS trattati con la terapia genica e identificare nuove proteine colpite da BTHS che hanno rivelato nuovi percorsi terapeutici coinvolti nelle cardiomiopatie.
Qui, descriviamo un metodo dettagliato per eseguire analisi proteomiche quantitative TMT multiplex utilizzando campioni di tessuto o pellet cellulari. Può essere utile eseguire la preparazione e l'etichettatura del campione prima della presentazione a un nucleo perché i peptidi di tipo tryptic etichettati sono più stabili dei campioni congelati crudi, non tutti i nuclei hanno esperienza nella gestione di tutti i tipi di campioni e la preparazione di campioni in laboratorio può risparmiare tempo per i nuclei, che spesso hanno lunghi arretrati. Per una descrizione dettagliata della parte di spettroscopia di massa di questo processo si veda Kirshenbaum et al. e Perumal et al.18,19.
Il protocollo di preparazione di esempio prevede i seguenti passaggi principali: estrazione, quantificazione, precipitazioni, digestione ed etichettatura. I principali vantaggi di questo protocollo ottimizzato sono la riduzione dei costi di etichettatura, il miglioramento dell'estrazione delle proteine e la generazione coerente di dati di alta qualità. Inoltre, descriviamo come analizzare i dati TMT per vagliare migliaia di proteine in un breve lasso di tempo. Ci auguriamo che questo protocollo incoraggi altri gruppi di ricerca a considerare l'integrazione di questa potente metodologia nei loro studi.