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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
생체 내에서 단백질의 빠른 광화학적 산화 (IV-FPOP)는 그들의 모국 환경에서 단백질 구조의 매핑을 허용하는 하이드록실 라디칼 단백질 발자국 기술이다. 이 프로토콜은 IV-FPOP 미세유체 흐름 시스템의 조립 및 셋업을 설명합니다.
단백질의 빠른 산화 (FPOP)는 단백질 구조, 단백질 리간드 상호 작용 및 단백질 단백질 상호 작용을 연구하는 데 사용되는 하이드록실 라디칼 단백질 풋프린트 (HRPF) 방법입니다. FPOP는 248 nm의 KrF 엑시머 레이저를 사용하여 과산화수소의 광분해를 통해 하이드록실 라디칼을 생성하여 산화적으로 접근할 수 있는 아미노산 측사슬을 변형시합니다. 최근, 우리는 Iv-FPOP라는 제목의 예쁜꼬마선충 (C. elegans)에서생체 내 산화 라벨의 FPOP의 사용을 확대했습니다. 투명한 선충은 많은 인간 질병에 대한 모델 시스템으로 사용되어 왔다. IV-FPOP에 의한 C. elegans의 구조 연구는 과산화수소를 섭취하는 동물의 능력, 248 nm에서 레이저 조사에 대한 투명성 및 수정의 돌이킬 수없는 특성 때문에 가능합니다. IV-FPOP 라벨링, IV-FPOP 파라미터, 단백질 추출, LC-MS/MS 최적화 파라미터에 대한 미세유체 유동 시스템의 조립체는 본원에 기재되어 있다.
질량 분석법(MS)에 결합된 단백질 발자국은 단백질 상호 작용 및 형태 변화를 연구하기 위해 최근 몇 년 동안 사용되어 왔다. 하이드록실 라디칼 단백질 풋프린트(HRPF) 방법은 단백질 아미노산 측사슬을 변형하여 단백질 용매 접근성을 조사합니다. HRPF 방법, 단백질(FPOP)의 빠른 광화학적산화는 1,시험관내 단백질 구조를 프로브하는데 사용되어 왔으며, 체외2, 세포내(IC-FPOP)3,가장 최근에는 생체내(IV-FPOP)4.2 FPOP는 248 nm 파장 엑시머 레이저를 사용하여 과산화수소의 광분해에 의해 하이드록실 라디칼을 빠르게 생성하여 하이드록실 라디칼을 형성합니다1. 차례로, 이러한 라디칼은 마이크로 초 시간 규모에 20 개의 아미노산 중 19 개에 라벨을 붙일 수 있으며 단백질이 전개 될 수있는 것보다 빠릅니다. 하이드록실 라디칼을 가진 각 아미노산의 반응성은 1000배 연장되지만, 보호인자(PF)5를계산하여 측연쇄 산화를 정상화할 수 있다.
FPOP는 크기 나 1 차 서열에 관계없이 단백질을 산화적으로 변형 시킬 수 있기 때문에 세포 내 및 생체 내 단백질 연구에 유리하다는 것이 입증되었습니다. IV-FPOP프로브 C. 예쁜꼬마선충의 단백질 구조는 시험관내 및 세포내연구4. C. 예쁜꼬마선충은 선충계의 일부이며 인간의 질병을 연구하는 모델로 널리 사용됩니다. 수동 및 활성 확산에 의해 과산화수소를 섭취하는 웜의 능력은 다른 신체 시스템에서 단백질 구조를 연구 할 수 있습니다. 또한, C. 예쁜꼬마선충은 FPOP6에필요한 248nm 레이저 파장의 투명성으로 인해 IV-FPOP에 적합합니다. 이 방법을 질량 분광법에 결합하면 기존의 상향식 프로테오믹스 접근법을 사용하여 여러 변형 된 단백질을 식별 할 수 있습니다.
이 프로토콜에서는, 우리는 C. elegans에있는 단백질 구조의 분석을 위한 IV-FPOP를 능력을 발휘하는 방법을 기술합니다. 실험 프로토콜은 Konermann 외7에서적응된 IV-FPOP를 위한 미세 유체 흐름 시스템의 조립 및 설치를 요구합니다. IV-FPOP 후, 샘플은 단백질 추출을 위해 균질화됩니다. 단백질 샘플은 프로테오로이징되고 펩티드는 액체 크로마토그래피(LC) 탠덤 MS에 의해 분석되고, 그 다음에 정량화됩니다.
1. C. 예쁜꼬마선충 유지 보수 및 문화
2. 미세 유체 흐름 시스템 어셈블리

3. 생체 내 FPOP용 미세 유체 흐름 시스템
4. 생체 내 FPOP
5. 단백질 추출, 정제 및 단백질 용해
6. 고성능 액체 크로마토그래피 탠덤 질량 분석법 (LC-MS / MS)
7. 데이터 분석

IV-FPOP에 사용되는 미세 유체 흐름 시스템에서,H2O2 및 웜은 레이저 조사 직전까지 분리되어 유지됩니다. 이러한 분리는 내인성 카랄라아제 및 기타 세포메커니즘(12)에의한H2O2의 분해를 제거한다. 250 μm i.d. 모세관의 사용은 2개의 생물학적 복제에 걸쳐 63-89% 사이 총 샘플 회수를 보여주고, 반면 150 μm i.d. 모세관은 단지 21-31% 회복을 나타낸다(그림 3A). 더 큰 i.d. 모세관(250 μm)의 사용은 IV-FPOP 및 단일 웜 흐름 동안 더 나은 웜 흐름을 유도한다(그림3B)는작은 i.d. 모세관(150 μm)과 비교했을때(도 3C). 150 μm i.d. 모세관은 단일 웜 흐름을 허용하지 않습니다(그림 3C)여러 웜은 단일 웜 당 레이저 노출의 양을 감소 레이저 조사 창에서 함께 흐르는 볼 수 있습니다.
IV-FPOP은 C. elegans에서용매 접근성을 조사하는 공유 라벨 링 기술입니다. 도 4A는 FPOP 변형 및 변형되지 않은 펩티드의 대표적인 추출된 이온 크로마토그램(EIC)을 나타낸다. 하이드록실 라디칼 라벨은 산화적으로 변형된 펩티드의 화학을 변화시켜 FPOP 변형 펩티드를 더 극성으로 만듭니다. 역상 크로마토그래피에서, IV-FPOP 변형 펩티드는 수정되지 않은 펩티드보다 더 일찍 보유 시간을 가미한다. 분리된 펩티드의 MS/MS 단편화는 산화적으로 변형된 잔기의 동정을 허용한다(도4B).
IV-FPOP은 C. elegans 내의 2개의 생물학적 복제에 걸쳐 총 545개의 단백질을 산화적으로 변형시키는 것으로나타났다(그림 5A,B). 단백질 풋프린트 방법으로 IV-FPOP의 장점은 벌레 내의 다양한 신체 시스템에서 단백질을 수정하는 기술의 능력에의존한다(도 5C). 이 방법은 벌레 내의 바디 조직 또는 기관에 관계없이 단백질 구조 및 단백질 상호 작용을 탐구하는 것을 허용할 것입니다. 또한, 탠덤 MS 분석은 생체 내에서 IV-FPOP 프로브 용매 접근성을 확인한다. 미오신 샤페론 단백질을 복합적으로 복합적으로 하는 열충격 단백질 90(Hsp90)의 산화 패턴을 UNC-45로 분석하였다(도6). Hsp90에 대한 MS/MS 분석은 4개의 산화 변형 잔기(도 6C,D)FPOP 변형(ln(PF))의 정규화된 정도를 나타내며,5는 Hsp90의 잔류물 M698이 잔류물 R697, E699 및 E70에 결합될 때 UNC-45에 결합될 때 보다 덜 용매에 접근할 수 있음을 나타낸다(그림Figure 66C,D). 산화의 이러한 차이는 문헌 용매 접근 표면적(SASA) 계산(PDB 4I2Z13)에의해 검증된다. 잔류물 M698은 SASA 값이 0.03이며, 잔류물 R697, E699 및 E700과 비교하여 SASA 값이 높은 것으로 간주됩니다(그림6C). 14세

그림 1. 생체 내 FPOP 미세 유체 흐름 시스템 도식. (a)IV-FPOP 유동 시스템의 2개의 주입 선(주황색)은 FEP 튜브(yellow) 내부에 도시되며, 에폭시 수지의 올바른 결합 위치는 연한 청색 원으로 표현된다. (B)3개의 250 μm i.d. 모세혈관에 의해 형성된 조립된 혼합-T를 완성한다. FEP 튜브에 대한 출구 모세관의 올바른 수지 결합 위치는 연한 파란색 원으로 표현된다. (C) C. 예쁜꼬마선충의생체 내 공유 라벨링을 위한 완전한 조립플로우 시스템. FPOP 이전에는, 벌레는 라벨링 직전까지H2O2로부터 분리된 채 보관된다; 레이저 조사 창은 연한 파란색으로 표시되고 레이저 빔은 보라색 번개 볼트로 표시됩니다. 수치는 확장할 수 없습니다. 이 수치는 에스피노 외4. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2. IV-FPOP 동안 미세 유체 시스템. (A)5 mL 주사기 내부의 C. 예쁜꼬마선충의 대표적인 사진. 교반하지 않고, 벌레는 주사기의 바닥에 정착 (왼쪽). 자기 교반기 및 교반기 블록은 IV-FPOP 실험 동안 웜을 현탁액으로 유지합니다(오른쪽). (B)5 mL 주사기의 대표적인 사진, 모세관을 주입하고, 3-2 밸브에 연결된 모세관을 철회. 3-2 밸브 핸들은 철회 위치에 표시됩니다. (C)IV-FPOP 동안 미세 유체 흐름 시스템은, 자기 교반기 블록은 웜의 5 mL 주사기 위의 위치이다. (D)배출구 모세관을 방사 단계에 고정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3. 두 개의 모세 혈관을 사용하여 C. 예쁜 꼬마 의 흐름과 회복의 비교. (A)250(회색) 및 150(검정) μm i.d. 모세혈관을 가진 2개의 생물학적 복제체(BR)에 대한 IV-FPOP 후 웜의 백분율 회복. 오류 막대는 기술 삼중범위의 표준 편차에서 계산됩니다. C. 250 μm(B)및 150 μm(C)i.d. 모세 혈관을 통해 레이저 조사 창을 통해 흐르는 엘간. 벌레는 더 작은 모세관에서 더 단단히 압축됩니다. 150 μm 즉. 모세관은 벌레의 응집을 보여줍니다. 이 수치는 에스피노 외4. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4. 대표적인 LC-MS/MS 결과는 IV-FPOP에 따른다. (a)FPOP 변형 펩티드(적색)의 EIC 및 변형되지 않은(파랑). 선택된 펩티드는 액틴-1 단백질에 속한다. (B)MS/MS 스펙트럼의 이중 전하 변형되지 않은 액틴-1 펩티드 317-327. (C)MS/MS 스펙트럼이 이중 충전된 FPOP 변형 액틴-1 펩티드(317-327)를, 이 예에서 P323은 산화적으로 변형되었다(y5+ 이온, 적색).5+ 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5. IV-FPOP은 C. 예쁜꼬마선충 내 단백질을 산화적으로 수정합니다. (a)2개의 생물학적 복제물(BR)에 걸쳐 50Hz에서 200 mM의 과산화수소가 존재할 때 산화적으로 변형된 단백질의 벤 도면은, BR1은 청색이고 BR2는 노란색이다. (B)조사된 샘플, 과산화수소 제어 및 BR2의 웜 전용 제어에서 확인된 산화 변형 단백질의 벤 다이어그램은 기술적 삼중체에 걸쳐 있다. (C)다른 C. elegans 바디 시스템 내의 산화로 변형된 단백질의 파이 차트. 이 수치는 에스피노 외4. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6. 용매 접근성에 IV-FPOP 수정을 상관. (A)미오신 샤페론 단백질 UNC-45 (회색) (PDB ID 4I2Z13)LC/MS/MS 분석에 의해 확인된 2개의 변형된 펩티드, 669-680 및 698-706(녹색, 왼쪽 인세트)을 강조한다. UNC-45는 Hsp90 펩티드 단편(청색)에 결합된다. 이 단편 내에서 산화적으로 변형된 잔기는 스틱(빨간색)으로 표시되고 UNC-45는 표면(오른쪽 인세트)으로 렌더링됩니다. (B)UNC-45 펩티드 669-680(상단) 및 698-706(하단)의 탠덤 MS 스펙트럼은CO2의손실에 대한 b-및 y-이온을 나타내며, FPOP 변형이다. (C)Hsp90 산화변형 잔기, R697, M698, E699 및 E700에 대해 계산된 ln(PF). Hsp90에 대한 계산된 SASA 값은 각 잔류물 위에 표시됩니다. (D)R697, M698, E699 및 E700에 대한 탠덤 MS 스펙트럼은 +16 FPOP 수정을 나타냈다. 이 수치는 에스피노 외4. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 출판물은 JAE 박사 학위 의 일부 성취로 작성되었습니다. 저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.
생체 내에서 단백질의 빠른 광화학적 산화 (IV-FPOP)는 그들의 모국 환경에서 단백질 구조의 매핑을 허용하는 하이드록실 라디칼 단백질 발자국 기술이다. 이 프로토콜은 IV-FPOP 미세유체 흐름 시스템의 조립 및 셋업을 설명합니다.
이 작품은 메릴랜드 대학에서 시작 자금에 의해 지원되었다, 볼티모어와 NIH 1R01 GM 127595 LMJ에 수여. 저자들은 원고 편집에 도움을 준 다니엘 데레지 박사에게 감사를 표합니다.
| 15mL 원추형 원심분리기 튜브 | Fisher Scientific | 14-959-53A | 모든 브랜드로 충분합니다 |
| 5mL 가스 밀폐 주사기, 탈착식 Luer Lock | SGE Analytical Science | 008760 | 2 최소 |
| 60 Sonic Dismembrator | Fisher Scientific | FM3279 | 이 제품은 더 이상 사용할 수 없습니다. 모든 저용량 초음파 발생기는 아 |
| 세톤으로 충분하며, HPLC 등급 | Fisher Scientific | A929-4 | 4 L 수량은 필요하지 않습니다 |
| 0.1 % 포름산 (v / v)이있는 아세토 니트릴, LC / MS 등급 | Fisher Scientific | LS120-500 | |
| ACQUITY UPLC M- 클래스 대칭 C18 트랩 컬럼, 100 Å, 5 µ m, 180 &마이크로; m x 20 mm, 2G, V/M, 1/pkg | Waters | 186007496 | |
| ACQUITY UPLC M-Class System | Waters | ||
| 알루미늄 호일 | Fisher Scientific | 01-213-100 | 어떤 브랜드든 충분합니다 |
| Aqua 5 µ m C18 125 &아링; 포장재 | Phenomenex | ||
| Centrifuge | Eppendorf | 022625501 | |
| 섬세한 작업 와이퍼 | Fisher Scientific | 06-666A | |
| 해부 바늘 | Fisher Scientific | 50-822-525 | 커플만 필요합니다 |
| 디티오트레이오톨(DTT) | AmericanBio | AB00490-00005 | |
| DMSO, 무수 | Invitrogen | D12345 | |
| 에폭시 인스턴트 믹스 5분 | 록타이트 | 1365868 | |
| 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) | Fisher Scientific | S311-100 | |
| EX350 엑시머 레이저(248nm 파장) | GAM 레이저 | ||
| FEP 튜빙 1/16" OD x 0.020" ID | IDEX Health & Sciene | 1548L | |
| 포름산, LC / MS 등급 | Fisher Scientific | A117-50 | |
| HEPES | Fisher Scientific | BP310-500 | |
| HV3-2 VALVE | Hamilton | 86728 | 2 최소 |
| 염산 | Fisher Scientific | A144S-500 | |
| 과산화수소 | Fisher Scientific | H325-100 | 30 % 과산화수소는 |
| 충분합니다 요오드아세트아미드(IAA) | ACROS 유기물 | 122270050 | |
| Legato 101 주사기 펌프 | KD Scientific | 788101 | |
| Luer 어댑터 여성 Luer to 1/4-28 남성 폴리프로필렌 | IDEX 건강 & Sciene | P-618L | 2 최소 |
| 황산 마그네슘 | Fisher Scientific | M65-500 | |
| 메탄올, LC/MS 등급 | Fisher Scientific | A454SK-4 | 4 L 수량이 필요하지 않음 |
| 마이크로 원심분리기 | Thermo Scientific | 75002436 | |
| N,N′-Dimethylthiourea (DMTU) | ACROS Organics | 116891000 | |
| 나노타이트 슬리브 그린 1/16" ID x .0155" ID x1.6"' | IDEX Health & Sciene | F-242X | |
| 나노타이트 슬리브 옐로우 1/16" OD x 0.027" ID x 1.6" | IDEX 건강 & Sciene | F-246 | |
| N-tert-Butyl-α-phenylnitrone (PBN) | ACROS Organics | 177350250 | |
| OmniPur Phenylmethyl Sulfonyl Fluoride (PMSF) | Sigma-Aldrich | 7110-OP | 모든 프로테아제 억제제로 충분 |
| Orbitrap Fusion Lumos Tribrid 질량분석기 | Thermo Scientific | 기타 고분해능 기기(예: Q exactive Orbitrap 또는 Orbitrap Fusion) 사용 가능 | |
| PE50-C 초전기 에너지 미터 | ,Ophir Optronics, | 7Z02936 | |
| Pierce, 정량적 비색 펩타이드 분석 | ,Thermo Scientific | 23275 | |
| Pierce Rapid Gold BCA 단백질 분석 키트 | ,Thermo Scientific | A53225 | |
| Pierce Trypsin Protease, MS Grade | Thermo Scientific | 90058 | |
| Polymicro 절단 돌, 1 "x 1"x 1/32 " | Molex | 1068680064 | 모든 모세관 튜브 커터로 충분합니다 |
| Polymicro Flexible Fused Silica Capillary Tubing, 내경 250µ m, 외경 350&마이크로; m, TSP250350 | Polymicro Technologies | 1068150026 | |
| Polymicro 유연한 용융 실리카 모세관 튜브, 내경 450µ m, 외경 670µ m, TSP450670 | Polymicro Technologies | 1068150625 | |
| Polymicro 유연한 용융 실리카 모세관 튜브, 내경 75µ m, 외경 375µ m, TSP075375 | Polymicro Technologies | 1068150019 | |
| Potassium Phosphate Monobasic | Fisher Scientific | P382-500 | |
| Proteome Discover (상향식 단백질체학 소프트웨어) | Thermo Scientific | OPTON-30799 | |
| Rotary Magnetic Tumble Stirrer | V& P 사이언티픽, Inc. | VP 710D3 | |
| 로터리 마그네틱 텀블 교반기, 주사기 펌프 V&와 함께 사용하기 위한 액세서리 키트 | P 사이언티픽, Inc. | VP 710D3-4 | |
| 가위 | Fisher Scientific | 50-111-1315 | 모든 가위가 충분합니다 |
| 접착 라벨 테이프 | Fisher Scientific | 15937 | 한 롤이면 충분합니다 |
| Snap-Cap 마이크로 원심분리기 플렉스 튜브 튜브 Fisher | Scientific | 05-402 | 모든 브랜드가 충분합니다 |
| Fisher Scientific | S271-500 | ||
| 나트륨 Dodecyl Sulfate (SDS) | Fisher Scientific | 15-525-017 | |
| 인산나트륨 이염기성 헵타하이드레이트 | Fisher Scientific | S373-500 | |
| 스테레오 줌 현미경 | Fisher Scientific | 03-000-014 | 돋보기로 충분합니다 |
| 슈퍼 플랜지 리스 페룰 w/SST 링, 테프젤(ETFE), 1/4-28 플랫 바텀, 1/16" OD | IDEX 건강 & Sciene | P-259X | |
| 슈퍼 플랜지리스 너트 PEEK 1/4-28 플랫 바닥, 1/16" 및 1/32" OD | IDEX 건강 및 용; Sciene | P-255X | |
| 슈퍼 텀블 교반 디스크, 직경 3.35mm, 두께 0.61mm | V& P 사이언티픽, Inc. | VP 722F | |
| Tris Base | Fisher Scientific | BP152-500 | |
| 범용 베이스 플레이트, 2.5" x 2.5" x 3/8" | Thorlabs Inc. | UBP2 | |
| 요소 | 피셔 사이언티픽 | U5378 | |
| VHP MicroTight Union for 360µ m OD | IDEX 건강 및 Sciene | UH-436 | 2 최소 |
| 0.1% 포름산(v/v), LC/MS 등급 | Fisher Scientific | LS118-500 | |
| 물, LC/MS 등급 | Fisher Scientific | W6-4 |