このプロトコルは、海水から採取された微生物バイオマスからのタンパク質とDNAの抽出と濃縮、その後のタンデム質量分析に基づくプロテオミクス分析に適したトリプシンペプチドの生成のためのものです。
方法論記事
このプロトコルは、海水から採取された微生物バイオマスからのタンパク質とDNAの抽出と濃縮、その後のタンデム質量分析に基づくプロテオミクス分析に適したトリプシンペプチドの生成のためのものです。
メタゲノム技術、メタトランスクリプトミクス、メタプロテオミクスなどのメタオミクス技術は、微生物群集の構造と代謝の理解を助けることができます。メタゲノミクスだけでは強力ですが、機能的な可能性を解明することしかできません。一方、メタプロテオミクスは、発現したin situ代謝とコミュニティの機能の記述を可能にします。ここでは、カートリッジフィルターユニット(Sterivexフィルターユニットなど)で収集され、RNA安定化溶液(RNAlaterなど)で保存された海洋微生物細胞からのペプチド消化と抽出、および細胞溶解、タンパク質およびDNAの単離のためのプロトコールについて説明します。質量分析に基づくプロテオミクス研究では、ペプチドタンデム質量スペクトルを翻訳ヌクレオチド配列のデータベースと比較することにより、ペプチドとタンパク質の同定が行われます。サンプルのメタゲノムを検索データベースに含めると、マススペクトルから同定できるペプチドとタンパク質の数が増えます。したがって、このプロトコルでは、DNAは同じフィルターから単離され、その後メタゲノム解析に使用することができます。
微生物は、ユビキタスであり、地球の物質循環1に重要な役割を果たしています。現在、微生物群集の構造と機能を特徴づけるために利用可能な多数の分子アプローチがあります。 4 -最も一般的な16S rRNA遺伝子配列の分析は、環境DNA 2からPCR増幅されます。 16S rRNA遺伝子解析の欠点は、それが唯一の代謝機能にはほとんどの情報を、系統発生的アイデンティティと社会構造についての情報を提供することです。これとは対照的に、このようなメタゲノミクス、metatranscriptomicsとmetaproteomicsとしてのアプローチは、コミュニティの構造と代謝に関する情報を提供しています。 8 -メタゲノミクス、または生物の集合体の遺伝子含有量の分析は、社会5の構造と機能の可能性についての情報を提供します。強力なものの、この機能の可能性は、代謝に対応しない場合があります生物の活動。生物の遺伝子型は、RNAに転写し、さらに表現型をもたらす、タンパク質に翻訳することができるそれらの各々は、その遺伝子によって表されます。従って、環境中の微生物の機能的活性の理解を助けるために、ポストゲノム解析は、9実行されるべきです。それは任意の環境で転写される遺伝子を明らかにするためMetatranscriptomics、またはRNA転写物の分析に便利です。しかし、mRNAのレベルは、常に翻訳調節、RNAの半減期、および複数のタンパク質コピーは、すべてのmRNAの10のために生成することができるという事実に起因し、それらの対応するタンパク質のレベルと一致しません。
これらの理由のmetaproteomicsのために今の環境微生物学のための重要なツールとして認識されています。共通metaproteomicは、複雑なサンプル中のタンパク質のほぼ完全な補完は、通常エンを通して、精製し、同時に分析されているショットガンプロテオミクスのアプローチを使用して分析します質量分析計のペプチドおよび分析にzymatic消化。続くタンデム質量分析(MS / MS)「ペプチドフィンガープリント」は、タンパク質データベース検索によって、ペプチド配列および起源の可能性タンパク質(概説については11を参照)を決定するために使用されます。プロテオミクスの研究は、過去25年間で、ゲノムデータの可用性の増加や高スループットのタンパク質の同定および定量11,12を可能にする質量分析計の感度および精度の向上のおかげで長い道のりを歩んできました。タンパク質は、遺伝子発現の最終産物であるので、metaproteomicデータは、任意の与えられた環境で活性である生物、それらが発現しているものタンパク質を判断するのに役立ちます。環境変数の特定のセットは、生物やコミュニティの表現型にどのように影響するかを決定しようとする場合に有利です。初期の段階では、海でのMS / MSベースmetaproteomic研究が対象となるの特定のタンパク質を同定するために使用されましたSAR11の海洋細菌13の光駆動プロトンポンプテオに焦点を当てた最初の研究で、微生物系統、。より最近では、比較metaproteomic分析が複雑な地域社会との差タンパク質発現パターンを解明しました。例としては、沿岸北西部大西洋14または南極半島5における代謝の時間的シフトの識別が含まれます。他の研究では、生産性の高い沿岸湧昇システム 15に低栄養環流から地理的トランセクトに沿って、例えば、空間スケールを越えタンパク質発現パターンの変化を説明しています。 metaproteomicsのさらなるレビューのために我々はシュナイダーら (2010)9、ウィリアムズら (2014年)16をお勧めします。標的プロテオミクスはまた、環境17,18における特定の代謝経路の発現を定量するために近年使用されています。
THEReはmetaproteomic分析には、主な3つの相です。第一段階は、試料収集、細胞溶解及びタンパク質の濃度を含むサンプル調製です。海洋微生物のサンプルの収集は、多くの場合、一般に、0.22μmのカートリッジを使用して、自由生活微生物細胞の捕捉のためにろ過し、より大きな真核生物細胞、粒子と粒子に関連する細菌を除去するためにプレフィルターを通して海水の濾過を伴いますフィルタユニット19,20。これらのフィルタは、プラスチックシリンダーでincasedされ、フィルタユニット内で実行することができる細胞溶解及びタンパク質抽出プロトコルは、貴重なツールであろう。バイオマスが得られると、細胞は、タンパク質抽出を可能にするために溶解されなければなりません。いくつかの方法は、溶解法をベースグアニジン-HCl溶解21とドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を含む、使用することができます。 SDSのような界面活性剤は、膜を破壊し、多くのタンパク質の種類を可溶化でconcentrati非常に効率的であるが、下流タンパク質消化及びMS分析22に干渉することが0.1%と低く、ONS。主要な関心事のイオン源23内の逆相液体クロマトグラフィーとイオン抑制または蓄積の解像力、トリプシン消化効率にSDSの悪影響です。
第二段階は、タンパク質が、最初のトリプシンペプチドの一次アミノ酸配列を確認するために使用することができるAM / zの断片化パターンをもたらす、LC MS / MS分析に続いて酵素消化に供される分画及び分析です。さまざまな消化方法が使用される界面活性剤の種類、ならびに下流の質量分析ワークフローに応じて行うことができます。我々のプロトコルでは、ゲルのSDSを除去した1次元PAGE電気泳動は、任意の洗剤汚染を除去するために利用されています。このような膜タンパク質として、可溶化することが困難であるタンパク質の分析は、高いconcenの使用を必要としますSDSまたは他の界面活性剤のtrations。これは、SDSゲル電気泳動との互換性の問題につながります。研究の目的は、タンパク質を可溶化するために、これらの硬質の可溶化を必要とする場合、チューブゲルシステムは、22,24を使用することができます。チューブゲル法、電気泳動を使用することなく、ゲルマトリックス内のタンパク質を組み込みます。続いて可溶化するために使用される任意の界面活性剤は、タンパク質消化の前に削除されます。
第三段階は、バイオインフォマティクス解析です。この段階でMS / MSペプチドデータは、サンプル中に存在するペプチドおよびタンパク質を決定するために翻訳されたヌクレオチド配列データベースに対して検索されます。ペプチドの同定は、それがに対して検索されているデータベースに依存しています。マリンmetaproteomicデータは、一般的に参照ゲノムから成るデータベースに対して検索され、そのようなグローバル・オーシャン・サンプリングデータセット25、ならびに単一セルとメタゲノムのデータが未培養のLiからゲノムを増幅します26,27 neages。タンパク質同定はまたmetaproteomicデータは 5導出されたのと同じ試料からメタゲノム配列を含めることによって増加させることができます。
ここでは、微生物バイオマスからのMS / MSに基づく分析を濾過により回収し、RNA安定化溶液中で保存するのに適したペプチドを生成するためのプロトコルを提供します。 DNAとタンパク質は、同じ試料から単離するためのタンパク質およびDNAの沈殿に至るまでのすべてのステップが同じになるように、ここで説明されたプロトコルができます。唯一のフィルタは、タンパク質およびDNA抽出の両方のために必要とされるので、実用上の観点から、より少ない濾過が必要とされます。また、このプロトコルは2以前に公開されたプロトコルの組み合わせ、適応及び改変によって作成されたことを感謝したいです。細胞溶解工程は、斎藤ら。(2011)28、コンポーネントがShevcheから適応されるダイジェストゲル内トリプシンから適応されていますNKOら。 (2007年)29。
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1.試薬を準備
2. RNA安定化策に保存された細胞とカートリッジフィルターユニットで細胞溶解を実行
3.タンパク質の沈殿
4. DNAを沈殿
5. SDS-PAGEタンパク質のゲル
6.ゲル内トリプシン消化し、ペプチドの抽出
注:6.10までここからすべてのステップは、汚染を最小限にするために生物学的安全キャビネット内で実行されます。
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デモンストレーションとして、我々は、二つの表面から採取した海水サンプルとカナダ北部の沿岸海洋のクロロフィル最大でプロトコルを行いました。海で、海水の6-7 Lが3μmのGF / Dをプレフィルターに通したが、その後、微生物細胞は、ウォルシュら 20のプロトコルに従って、0.22μmのカートリッジフィルターユニットに収集しました。細胞はすぐにさらに処理されるまでRNA安定化溶液中で保存しました。それがここに提示されると研究室に戻ると、私たちはプロトコルを行いました。濃縮された細胞溶解物を分けました。 DNAは、ボリュームの残りの10%から沈殿させながら、タンパク質は、体積の90%から沈殿させました。我々は、タンパク質の24〜26μgのこれらのサンプルから高品質のDNAの250から308 ngの( 図1)を回収しました。ゲル内トリプシン消化とペプチド抽出した後、我々は、オービトラップエリに結合されたナノLCを用いてMS / MS分析に供したペプチドをテ質量分析計(サーモフィッシャーサイエンティフィック、ウォルサム、マサチューセッツ州、米国)。ペプチドから、我々はサンプ...
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サンプル保存はmetaproteomic研究の鍵であると前作は、RNA安定化溶液は、前タンパク質抽出28に細胞を収納するのに便利記憶バッファであることを実証しました。理想的には、サンプルは33,34を取り扱い中のタンパク質発現の変化を打ち消すために、その場で保持されることになります。実際には、 その場でサンプリングし、固定技術が船配備楽器による自律的な収集とサンプルの保存を可能にする、開発されています。しかし、これらの技術へのアクセスは、常に現実的ではありません。そうでない一般的なケースでは、サンプルは採取後できるだけ早く保護されるべきです。
ここでは、一般的に水生微生物学で使用されたカートリッジフィルターユニット上に収集RNA安定化溶液格納されている細胞からタンパク質を抽出するためのプロトコルを提示します。プロトコルは、PRに続いて、SDS-溶解液および加熱を用いて細胞溶解を含みます必要に応じて脱塩工程として倍増超遠心フィルターユニットを使用してotein濃縮工程。これは、濃縮および脱塩ステップは見過...
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著者らは開示するものは何もない。
著者は、ナノLC MS/MSのサンプル調製に関する専門知識とアドバイスを提供してくださったMarcos Di Falco氏と、LC MS/MS分析のためのレジャイナ大学のZoran Minic博士に感謝したいと思います。 この研究は、NSERC(DG402214-2011)およびCRC(950-221184)の資金提供によって支援されました。DCは、Concordia Institute for Water, Energy, and Sustainable SystemsとFQRNTの支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| ステリベックス -GP 0.22 μmフィルターユニット | Millipore | SVGP01050 | Sampling |
| RNAlater Stabilization Solution | Ambion | AM7021 | Sampling |
| Tris | バイオベーシック | 77-86-1 または TB0196-500G | タンパク質抽出/ SDS PAGEゲル |
| DTT | Sigma-Aldrich | D0632-1G | タンパク質抽出 |
| SDS | バイオベーシック | 15-21-3 | タンパク質抽出/ SDS PAGEゲル |
| EDTA | バイオベーシック | 6381-92-6 | タンパク質抽出 |
| グリセロール | フィッシャーサイエンティフィック | 56-81-5 | タンパク質抽出 |
| 10K アミコン フィルター | ミリポア | UFC801024 | タンパク質抽出 |
| メタノール | Sigma-Aldrich | 179337-4L | タンパク質沈殿 |
| アセトン | フィッシャー サイエンティフィック | 67-64-1 | タンパク質沈殿 |
| MPC タンパク質沈殿試薬 | エピセンター | mmP03750 | DNA 沈殿 |
| 2-プロパノール | フィッシャー サイエンティフィック | 67-63-0 | DNA沈殿物 |
| Qubit dsDNA BR Assay kit | Life Technologies | Q32850 | DNA 定量 |
| Qubit Protein Assay kit | Life Technologies | Q33211 | タンパク質定量 |
| ショ糖 | バイオ ベーシック | 57-50-1 | SDS PAGE ゲル |
| TEMED | Bio Rad | 161-0800 | SDS PAGE ゲル |
| APS | Bio Rad | 161-0700 | SDS PAGE ゲル |
| 30%アクリルアミド | Bio Rad | 161-0158 | SDS PAGE gel |
| SimplyBlue SafeStain | Invitrogen | LC6060 | SDS PAGE gel |
| Glycine | Bio Rad | 161-0718 | SDS PAGE gel |
| B-mercaptoethanol | Bio Basic | 60-24-2 | SDS PAGE gel |
| Laemmli Sample Buffer | Bio Rad | 161-0737 | SDS PAGE gel |
| Precision Plus Protein万華鏡ラダー | バイオラッド | バイオ Rad 161-0375EDU | SDS PAGE ゲル |
| アセトニトリル | VWR | CABDH6044-4 | インゲル トリプシン消化 |
| NH4HCO3 | バイオ ベーシック | 1066-33-7 | インゲル トリプシン消化 |
| DTT | Sigma-Aldrich | D0632-1G | インゲル トリプシン消化 |
| ギ酸 | Sigma-Aldrich | F0507-500ML | インゲル トリプシン消化 |
| HPLCグレードH2O | Sigma-Aldrich | 270733-4L | インゲルトリプシン消化 |
| ヨードアセトアミド | バイオベーシック | 144-48-9 | インゲルトリプシン消化 |
| トリプシン | プロメガ | V5111 | インゲルトリプシン消化 |
| LoBindチューブ1.5 ml | エッペンドルフ | 22431081 | ゲルトリプシン消化 |
| 2 ml ROBOバイアル9 mm | Candian Life Science | VT009/C395SB | ゲル内トリプシン消化 |
| PP BMインサート、スプリングなし | Candian Life Science | 4025P-631 | 内トリプシンダイジェ |
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