本プロトコールは、質量分析前のプロテオームサンプルの堅牢かつ迅速な回収および精製のための制御された条件下での溶媒ベースのタンパク質沈殿を記載する。
方法論記事
本プロトコールは、質量分析前のプロテオームサンプルの堅牢かつ迅速な回収および精製のための制御された条件下での溶媒ベースのタンパク質沈殿を記載する。
質量分析(MS)機器の複数の進歩により、定性的および定量的プロテオーム分析が改善されましたが、MSに先んじてタンパク質を単離、濃縮、および処理するためのより信頼性の高いフロントエンドアプローチは、プロテオーム特性評価を成功させるために不可欠です。低く、一貫性のないタンパク質回収率および界面活性剤などの残留不純物は、MS分析に有害である。タンパク質沈殿は、他のサンプル調製戦略と比較して、信頼性が低く、時間がかかり、技術的に実行が難しいと考えられがちです。これらの懸念は、最適なタンパク質沈殿プロトコルを採用することによって克服されます。アセトン沈殿の場合、特定の塩、温度制御、溶媒組成、および沈殿時間の組み合わせが重要ですが、クロロホルム/メタノール/水沈殿の効率は適切なピペッティングとバイアル操作に依存します。あるいは、これらの沈殿プロトコルは、使い捨てスピンカートリッジ内で合理化され、半自動化されています。従来の形式で、使い捨ての2段階ろ過および抽出カートリッジを使用した溶媒ベースのタンパク質沈殿の予想される結果を、この研究で示します。これには、ボトムアップのLC-MS/MS 分析によるプロテオーム混合物の詳細な特性評価が含まれます。SDSベースのワークフローの優れた性能は、非汚染タンパク質と比較しても実証されています。
質量分析によるプロテオーム分析は、最新のMS機器の感度、分解能、スキャン速度、汎用性の向上により、ますます厳格になっています。MSの進歩は、より高いタンパク質同定効率およびより正確な定量1,2,3,4,5に寄与する。改善されたMS機器により、研究者は、ワークフローのすべての段階で最小限の時間で高純度タンパク質を定量回収できる、それに対応して一貫したフロントエンドサンプル調製戦略を求めています6,7,8,9,10,11 .生物学的系のプロテオーム状態を正確に反映するには、タンパク質を効率的かつ偏りのない方法で天然のサンプルマトリックスから単離する必要があります。この目的のために、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)などの変性界面活性剤を含む、効率的なタンパク質抽出および可溶化12を保証する。しかし、SDSはエレクトロスプレーイオン化を強く妨害し、適切に排除しないと厳しいMS信号抑制を引き起こす13。
使い捨てスピンカートリッジ14、15、16内に含まれる分子量カットオフフィルターを超えるタンパク質の保持など、その後のプロテオーム分析のために様々なSDS枯渇戦略が利用可能である。フィルター支援サンプル調製法(FASP)は、10ppm未満のSDSを効果的に枯渇させ、最適なMSを容易にするため、好まれています。しかし、FASPによるタンパク質回収は可変であり、これが他の技術の探求を促した。タンパク質(または界面活性剤)を選択的に捕捉するクロマトグラフィーアプローチは、様々な便利なカートリッジまたはビーズベースのフォーマットに進化してきた17、18、19、20、21。タンパク質精製に対するこれらの単純で(理想的には)一貫した戦略を考えると、有機溶媒によるタンパク質沈殿の古典的なアプローチは、タンパク質単離への有望なアプローチとして見過ごされがちです。溶媒沈殿はSDSを臨界レベル以下に正常に枯渇させることが示されていますが、タンパク質回収はこのアプローチの長年の懸念事項でした。複数のグループがタンパク質回収バイアスを観察しており、タンパク質濃度、分子量、疎水性の関数として許容できないほど低い沈殿収率で22,23。文献で報告された沈殿プロトコルの多様性のために、標準化された沈殿条件が開発された。2013年、Crowellらは、80%アセトン24中のタンパク質の沈殿効率に対するイオン強度の依存性を最初に報告した。調べたすべてのタンパク質について、最大30mM塩化ナトリウムの添加は、収量を最大化する(最大100%回収)ために不可欠であることが示された。より最近では、Nickersonらは、アセトン沈殿中のさらに高いイオン強度(最大100mM)と高温(20°C)の組み合わせが、2〜5分25分でほぼ定量的な回復をもたらすことを示した。低分子量(LMW)タンパク質の回収率のわずかな低下が観察された。したがって、Baghalabadiらによるその後の報告では、特定の塩、特に硫酸亜鉛をより高いレベルの有機溶媒(97%アセトン)と組み合わせることによって、LMWタンパク質およびペプチド(≤5kDa)の回収に成功したことが実証されました26。
沈殿プロトコルを精製することで、MSベースのプロテオミクスのタンパク質精製戦略がより信頼性の高いものになりますが、従来の沈殿の成功はユーザーの技術に大きく依存しています。この研究の主な目的は、汚染上清からのタンパク質ペレットの単離を容易にする堅牢な沈殿戦略を提示することです。使い捨てろ過カートリッジは、多孔質PTFEメンブレンフィルター27の上に凝集タンパク質を単離することによってピペッティングを排除するために開発された。上清中のMS干渉成分は、短時間の低速遠心分離工程で効果的に除去されます。使い捨てフィルターカートリッジは、交換可能なSPEカートリッジも提供しており、質量分析に先立って、再可溶化とオプションのタンパク質消化後の後続のサンプルクリーンアップを容易にします。
ここでは、修正アセトンおよびクロロホルム/メタノール/水28 プロトコルを含む一連の推奨プロテオーム沈殿ワークフローを、従来の(バイアルベース)および使い捨ての2状態ろ過および抽出カートリッジの半自動形式で紹介します。得られたタンパク質回収率とSDS枯渇効率をボトムアップのLC-MS/MSプロテオームカバレッジとともに強調し、各プロトコルから期待される結果を実証します。各アプローチに関連する実用的な利点と欠点について説明します。
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1. 材料に関する考慮事項とサンプルの事前準備
2. アセトンによる迅速な(バイアルベースの)タンパク質沈殿
低分子量(LMW)ペプチド(ZnSO4+アセトン)の沈殿
4. クロロホルム/メタノール/水(CMW)によるタンパク質沈殿
5. 使い捨てろ過カートリッジを使用したタンパク質沈殿
注: ステップ 2 ~ 5 で説明する各溶媒ベースの沈殿プロトコルは、2 段階のろ過および抽出カートリッジで実行できます ( 材料表を参照)。
6. タンパク質ペレットの再可溶化
7. タンパク質消化
8. SPE クリーンアップ
注: 消化または溶媒交換後の追加のサンプル脱塩の場合、サンプルは説明されているように逆相クリーンアップの対象となる可能性があります。
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図4 は、アセトンを用いた使い捨てフィルターカートリッジ中のタンパク質のバイアルベースまたはカートリッジ促進沈殿に続く予想されるSDS枯渇を要約する。アセトン中での従来の一晩インキュベーション(−20°C)は、室温での迅速なアセトン沈殿プロトコル(ステップ2)、ならびにCMW沈殿(ステップ4)と比較される。残留SDSは、メチレンブルー活性物質(MBAS)アッセイ29によって定量した。簡単に説明すると、100 μLサンプルを100 μLのMBAS試薬(250 mgメチレンブルー、50 g硫酸ナトリウム、10 mL硫酸、水で1.0 Lに希釈)と組み合わせ、続いて400 μLのクロロホルムを添加し、UV/Vis分光光度計で651 nmの有機層の吸光度を測定しました。すべてのアプローチは、最適なMS分析を可能にするためにSDSを削減します。
定量的かつ再現性のあるタンパク質回収は、処理された酵母全細胞溶解物のSDS PAGE分析を通じて 図5...
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最適なMS特性評価は、残留SDSが10ppm未満で枯渇すると達成されます。FASPやビーズ上消化などの代替アプローチは、可変回収率31、32、33で定量的なSDS枯渇を提供しますが、沈殿の主な目的は純度と収率を同時に最大化することです。これは、タンパク質ペレットを乱すことなく上清(SDSを含む)を効果的に単離することに依存する。バイアルベースの沈殿では、上清の大部分がピペッティングによって除去されると、凝集したペレットの一部が誤って失われる可能性がますます高まります。このため、残留溶媒のより有意な画分(〜20μL)を残し、洗浄工程34を追加することが不可欠である。洗浄工程では、バイアルから残留溶媒を希釈して除去します。特にCMWでは、ペレットが形成されると試料バイアルを渦巻く必要がない。激しい攪拌によってペレットを破壊すると、偶発的なピペッティングによる損失の可能性を高めるという望ましくない効果があります...
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Doucette研究所は、この研究で採用されたProTrap XGを考案し、特許を取得しました。AADはまた、サンプル調製カートリッジを商品化したプロテオフォーム・サイエンティフィックの創設パートナーでもあります。
この研究は、カナダの自然科学・工学研究評議会から資金提供を受けました。著者らは、MSデータの取得に貢献してくれたBioinformatics Solutions Inc.(カナダ、ウォータールー)とHospital for Sick Children(トロント、カナダ)のSPARC BioCenter(Molecular Analysis)に感謝する。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アセトン | フィッシャー・サイエンティフィック | AC177170010 | ≤0.002%アルデヒド |
| アセトニトリル | フィッシャー・サイエンティフィック | A998-4 | HPLCグレード |
| 炭酸水素アンモニウム | ミリポール・シグマ | A6141-1KG | しっかりした |
| ベータ・メルカプトエタノール | ミリポール・シグマ | M3148-25ML | 分子生物学グレード |
| ブロモフェノールブルー | ミリポール・シグマ | B8026-5G | ブロモフェノール青ナトリウム塩 |
| クロロホルム | フィッシャー・サイエンティフィック | C298-400 | クロロホルム |
| 蟻酸 | ハネウェル | 56302 | LC-MS用の溶出添加剤 |
| 融合ルーモス質量分析計 | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | 標準タンパク質混合物の分析用 | |
| グリセロール | ミリポール・シグマ | 356352-1L-M | 分子生物学では、99%> |
| イソプロパノール | フィッシャー・サイエンティフィック | A4641 | HPLCグレード |
| メタノール | フィッシャー・サイエンティフィック | A452SK-4 | HPLCグレード |
| マイクロ遠心分離機 | フィッシャー・サイエンティフィック | 75-400-102 | 最大21,000 xg |
| マイクロ遠心分離機チューブ(1.5 mL) | フィッシャー・サイエンティフィック | 05-408-130 | テーパードボトム |
| マイクロ遠心分離機チューブ (2 mL) | フィッシャー・サイエンティフィック | 02-681-321 | 丸みを帯びた底 |
| マイクロピペットのヒント (0.1-10 & mu;L) | フィッシャー・サイエンティフィック | 21-197-28 | ユニバーサルピペットチップ、非滅菌 |
| マイクロピペットのヒント (1-200 & mu;L) | フィッシャー・サイエンティフィック | 07-200-302 | ユニバーサルピペットチップ、非滅菌 |
| マイクロピペットのヒント (200-1000 & mu;L) | フィッシャー・サイエンティフィック | 07-200-303 | ユニバーサルピペットチップ、非滅菌 |
| マイクロピペット | フィッシャー・サイエンティフィック | 13-710-903 | マイクロピペット・トリオパック |
| ペプシン | ミリポール・シグマ | P0525000 | 凍乾粉末、および >3200単位/mg |
| プロトラップXG | プロテオフォーム・サイエンティフィック | PXG-0002 | 1箱あたり50個の完全なユニット |
| 塩化ナトリウム | ミリポール・シグマ | S9888-1KG | ACS試薬、>99% |
| ドデシル硫酸ナトリウム | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | 28312 | 粉末状固体 |
| timsTOFプロ質量分析計 | ブルーカー | 肝臓プロテオーム抽出物の解析 | |
| トリフルオロ酢酸 | サーモフィッシャー・サイエンティフィック | L06374。AP | 99% |
| トリス | フィッシャー・サイエンティフィック | BP152-500 | 分子生物学グレード |
| トリプシン | ミリポール・シグマ | 9002-07-7 | 牛の膵臓から、TPCK処理済み |
| 尿素 | バイオ・ラッド | 1610731 | しっかりした |
| 水(脱イオン化) | サトリウス・アリウム ミニ水質浄化システム | 76307-662 | タイプ1ウルトラピュア(18.2 MΩ cm) |
| 硫酸亜鉛 | ミリポール・シグマ | 307491-100G | しっかりした |
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