Il presente protocollo descrive la preparazione e la misurazione quantitativa di arginina libera e proteina-legata e metil-arginine mediante spettroscopia 1H-NMR.
Articolo metodologico
* These authors contributed equally
Il presente protocollo descrive la preparazione e la misurazione quantitativa di arginina libera e proteina-legata e metil-arginine mediante spettroscopia 1H-NMR.
L'arginina legata alle proteine è comunemente metilata in molte proteine e regola la loro funzione alterando le proprietà fisico-chimiche, la loro interazione con altre molecole, comprese altre proteine o acidi nucleici. Questo lavoro presenta un protocollo facilmente implementabile per quantificare l'arginina e i suoi derivati, tra cui la dimetilarginina asimmetrica e simmetrica (ADMA e SDMA, rispettivamente) e la monometilarginina (MMA). Dopo l'isolamento proteico da fluidi corporei biologici, tessuti o lisati cellulari, viene descritto un metodo semplice per l'omogeneizzazione, la precipitazione delle proteine e l'idrolisi proteica. Poiché gli idrolizzati contengono molti altri componenti, come altri amminoacidi, lipidi e acidi nucleici, è essenziale una fase di purificazione mediante estrazione in fase solida (SPE). SPE può essere eseguita manualmente utilizzando centrifughe o un robot di pipettaggio. La sensibilità per ADMA utilizzando il protocollo corrente è di circa 100 nmol/L. Il limite superiore di rilevazione per l'arginina è di 3 mmol / L a causa della saturazione SPE. In sintesi, questo protocollo descrive un metodo robusto, che spazia dalla preparazione del campione biologico al rilevamento basato su NMR, fornendo preziosi suggerimenti e insidie per un lavoro di successo nello studio del metiloma dell'arginina.
Negli ultimi due decenni, la metilazione dei residui di arginina è stata riconosciuta come una modificazione post-traduzionale essenziale delle proteine. Colpisce processi biologici fondamentali come la regolazione della trascrizione, la trasduzione del segnale e molti altri1. Le principali proteine coinvolte nella regolazione della metilazione dell'arginina sono le proteine arginina metiltransferasi (PRMT)2. I principali derivati dell'arginina sono la ω-(N G,N G)-dimetilarginina asimmetrica (ADMA), la dimetilarginina ω-(N G,N'G)-simmetrica (SDMA) e la ω-N G-monometilarginina (MMA)2.
I PRMT usano S-adenosil-l-metionina per trasferire i gruppi metilici al gruppo guanidino terminale (con due gruppi amminici equivalenti) dell'arginina1 legata alle proteine. Si possono distinguere due enzimi principali: sia gli enzimi di tipo I che quelli di tipo II catalizzano la prima fase di metilazione per formare MMA (che quindi perde la sua simmetria). Seguendo questa fase, gli enzimi di tipo I (ad esempio, PRMT1, 2, 3, 4, 6, 8) usano MMA come substrato per formare ADMA, mentre gli enzimi di tipo II (principalmente PRMT5 e PRMT9) producono SDMA. PRMT1 è stata la prima proteina arginina metiltransferasi ad essere isolata da cellule di mammifero3. Tuttavia, i PRMT sono stati evolutivamente conservati4 in altri animali come vertebrati non mammiferi, cordati invertebrati, echinodermi, artropodi e nematodi cnidari5, piante6 e protozoi, compresi funghi come il lievito7. In molti casi, il knockout di uno dei PRMT porta alla perdita di vitalità, rivelando il ruolo essenziale delle specie di arginina metilata coinvolte in processi cellulari fondamentali come la trascrizione, la traduzione, la trasduzione del segnale, l'apoptosi e la separazione di fase liquido-liquido (cioè la formazione di organelli senza membrana, ad esempio nucleoli), che coinvolge regolarmente domini ricchi di arginina 8,9,10 . A sua volta, questo influenza la fisiologia e gli stati patologici, tra cui il cancro 11,12,13, il mieloma multiplo 14, le malattie cardiovascolari15, la patogenesi virale, l'atrofia muscolare spinale 16, il diabete mellito 17 e l'invecchiamento1. Si ritiene che l'aumento dei livelli di ADMA nel sangue, ad esempio, derivato dal polmone18 a causa della disgregazione proteica, sia collegato alla disfunzione endoteliale, alla malattia polmonare cronica19 e ad altre sindromi di malattie cardiovascolari20. È stato riscontrato che la sovraespressione dei PRMT accelera la tumorigenesi ed è associata a prognosi infausta21,22. Inoltre, l'ablazione di PRMT6 e PRMT7 innesca un fenotipo di senescenza cellulare23. Una significativa diminuzione di ADMA e PRMT1 è stata riscontrata durante l'invecchiamento dei fibroblasti WI-3824.
La sfida è capire come agisce la metilazione nei processi (pato)fisiologici identificando e quantificando la metilazione dell'arginina proteica. La maggior parte degli approcci attuali utilizza anticorpi per rilevare arginine metilate. Tuttavia, questi anticorpi sono ancora specifici del contesto e potrebbero non riuscire a riconoscere diversi motivi di proteine metilate dell'arginina25,26. Nel protocollo descritto, tutti i derivati dell'arginina menzionati sopra possono essere quantificati in modo affidabile mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), cioè da soli, in combinazione o, come nella maggior parte dei casi, all'interno di matrici biologiche complesse come cellule eucariotiche (ad esempio, da lievito, topo o origine umana) e tessuti27, così come siero28. Per le proteine e quelle matrici complesse, l'idrolisi proteica29 è un prerequisito per generare aminoacidi liberi (modificati), come arginina, MMA, SDMA e ADMA. L'estrazione in fase solida (SPE)30 consente l'arricchimento dei composti di interesse. Infine, la spettroscopia 1H-NMR permette la rilevazione parallela dell'arginina e di tutti i principali derivati metilici dell'arginina. La spettroscopia NMR ha il vantaggio di essere veramente quantitativa, altamente riproducibile e una tecnica robusta31,32. Le misurazioni NMR finali possono essere eseguite in seguito, quando sono stati raccolti e preparati molti campioni. Infine, questo protocollo si concentra principalmente sulla preparazione del campione in quanto ciò non richiede un proprio spettrometro NMR. Può essere eseguito nella maggior parte dei laboratori biochimici. Tuttavia, alcuni suggerimenti su quali misure di spettroscopia NMR dovrebbero essere fatte sono forniti in questo lavoro.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Gli idrolizzati proteici di lievito sono stati utilizzati come campioni per i risultati rappresentativi di questo lavoro. L'intero protocollo è riassunto nella Figura 1.
1. Preparazione dei materiali e dei reagenti
2. Raccolta e conservazione dei campioni
3. Preparazione preliminare del campione
NOTA: Eseguire il lavoro sul ghiaccio, mantenendo MeOH freddo. I campioni devono inoltre essere conservati su ghiaccio per evitare la degradazione delle proteine.
4. Idrolisi proteica
5. Estrazione in fase solida (SPE)
6. Preparazione finale per la RMN
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Di routine, proiezioni 1H 1D di spettri NMR 2D J-risolti (JRES), virtualmente disaccoppiati vengono utilizzate per assegnazioni e quantificazioni di picco nel nostro laboratorio36. La figura 3 mostra spettri JRES rappresentativi di idrolizzati proteici di lievito purificati utilizzando l'attuale protocollo SPE. Sebbene a concentrazioni molto diverse, entrambe le sostanze possono essere separate e quantificate in una matrice cellulare. Sulla base del numero ...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Nella sezione seguente, l'attenzione principale si trova sul metodo stesso; le implicazioni biologiche della metilazione dell'arginina sono descritte nella sezione Introduzione.
In primo luogo, i tessuti di diversa rigidità potrebbero richiedere un aggiustamento della lisi del campione: le cellule provenienti da colture cellulari (inclusi batteri, lieviti, ecc.) e tessuti come cervello, fegato giovane, muscolatura liscia, ecc., Possono essere rapidamente omogeneizzati. Per i tessuti ad alta ri...
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Gli autori non dichiarano interessi concorrenti.
Il lavoro è stato sostenuto dalle sovvenzioni dell'Austrian Science Fund (FWF) P28854, I3792, doc.funds BioMolStruct DOC 130, DK-MCD W1226 BioTechMed-Graz (progetto faro DYNIMO), sovvenzioni dell'Agenzia austriaca per la promozione della ricerca (FFG) 864690 e 870454, dal Centro di ricerca sul metabolismo integrativo di Graz; Programma infrastrutturale austriaco 2016/2017, il governo della Stiria (Zukunftsfonds) e il Fondo di avvio per talenti di alto livello dell'Università di medicina del Fujian (XRCZX2021020). Ringraziamo il Centro di Ricerca Medica per l'accesso alle strutture di coltura cellulare. F.Z. è stato formato nell'ambito del programma di dottorato in medicina molecolare, Università di medicina di Graz. Q.Z. è stato addestrato nell'ambito del programma di dottorato in Malattie metaboliche e cardiovascolari, Università di Medicina di Graz.
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Provette da 15 mL | Greiner Bio One | 188271 | |
| acido 3-(trimetilsilil) propionico-2,2,3,3-d4 sale sodico (TSP) | Alfa Aesar | A1448 | |
| provette da 5 mL, fondo tondo | Greiner Bio One | 115101 | |
| soluzione di ammoniaca 32% | Roth | A990.1 | |
| Bruker 600 MHz spettrometro NMR, dotato di una testa di sonda TXI | |||
| Centrifuga refrigerata, ad es. 5430 R | Eppendorf | 5428000010 | |
| Cloroformio ≥ 99% annuo | Roth | 3313.1 | |
| Cryocool | Thermo Scientific | SCC1 | fluido termovettore per sistema SpeedVac |
| Ossido di deuterio (D2O) | Cambridge Isotope Laboratories | DLM-10-PK | |
| Dimetil solfossido-d6 (d6-DMSO) | Cambridge Isotope Laboratories | DLM-6-1000 | |
| Legante a camera di essiccazione | 9090-0018 | ||
| Provette per coltura DIRAN, 13 x 100 mm, GL 14, 9 mL | VWR International | 212-0375 | |
| Edwards Pompa per olio a vuoto profondo RV5 | Thermo Scientific | 16234611 | parte del sistema SpeedVac Provette Eppendorf |
| da 1,5 mL | Greiner Bio One | 616201 | |
| Robot di pipettaggio Gilson GX-241 Aspec | Gilson Inc. | ||
| L-arginina | AppliChem | A3675 | |
| Metanolo ≥ 99% | Roth | 8388.4 | |
| Milli-Q acqua aparatus | Millipore | ZIQ7000T0 | |
| Oasis MCX 1cc/30 mg, 1 mL cartucce Waters | 186000252 | https://www.waters.com/waters/en_US/Waters-Oasis-Sample-Extraction-SPE-Products/ | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Lonza | LONBE17-512F | |
| Precellys 24 omogeneizzatore tissutale | Bertin Strumenti | P000669-PR240-A | https://www.bertin-instruments.com/product/sample-preparation-homogenizers/precellys24-tissue-homogenizer/ |
| Tubi Precellys (tubi per spappolamento) | VWR International | 432-0351 | |
| Perle di ossido di zirconio Precellyse da 1,4 mm VWR | International | 432-0356 | |
| Reacti-Therm/ReactiVap Moduli di riscaldamento, agitazione ed evaporazione | Thermo Scientific | TS-18820 | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/TS-18820 |
| Rotore per provette da 1,5 mL, FA-45-30-11 | Eppendorf | 5427753001 | |
| Savant Savant Sappone di raffreddamento refrigerato | Thermo Scientific | 15996161 | parte del sistema SpeedVac Savant |
| SpeedVac concentratore sottovuoto SPD210 | Thermo Scientific | 15906181 | parte del sistema SpeedVac; equipaggiato con rotore per provette da 1,5 ml |
| Tappi a vite per fiale di vetro con guarnizione in PTFE, DN9 | Dr. R. Forche Cromatografia | CT11B3011 | |
| Seasand | Roth | 8441.3 | |
| Fiale di vetro a filettatura corta 1,5 mL, ND9 | Dr. R. Forche Cromatografia | VT1100309 | |
| Azide di sodio (NaN3) | Roth | K305.1 | |
| Idrossido di sodio (NaOH) | VWR | BDH7363-4 | |
| Sodio fosfato bibasico (Na2HPO4) | VWR | 80731-078 | |
| TopSpin 4.0 (Software) | Bruker-https://www.bruker.com | ||
| ω-NG-dimetilarginina asimmetrica (ADMA) | Santa Cruz Biotechnology | sc-208093 | |
| ω-NG-monometilarginina (MMA) | Santa Cruz Biotechnology | sc-200739A | |
| ω-NG-NG'-dimetilarginina simmetrica (SDMA) | Santa Cruz Biotechnology | sc-202235A |
Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi permesso