본 프로토콜은 질량 분광법 전에 프로테옴 샘플의 견고하고 신속한 회수 및 정제를 위한 조절된 조건 하에서의 용매-기반 단백질 침전을 기술한다.
방법 논문
본 프로토콜은 질량 분광법 전에 프로테옴 샘플의 견고하고 신속한 회수 및 정제를 위한 조절된 조건 하에서의 용매-기반 단백질 침전을 기술한다.
질량 분광법(MS) 장비의 여러 발전으로 정성 및 정량적 프로테옴 분석이 개선되었지만, MS보다 앞서 단백질을 분리, 농축 및 처리하기 위한 보다 신뢰할 수 있는 프런트 엔드 접근법은 성공적인 프로테옴 특성화를 위해 매우 중요합니다. 낮고 일관성 없는 단백질 회수 및 계면활성제와 같은 잔류 불순물은 MS 분석에 해롭다. 단백질 침전은 종종 다른 샘플 준비 전략에 비해 신뢰할 수 없고, 시간이 많이 걸리며, 기술적으로 수행하기가 어려운 것으로 간주됩니다. 이러한 우려는 최적의 단백질 침전 프로토콜을 사용하여 극복됩니다. 아세톤 침전의 경우 특정 염, 온도 조절, 용매 조성 및 침전 시간의 조합이 중요하지만 클로로포름 / 메탄올 / 물 침전의 효율은 적절한 피펫팅 및 바이알 조작에 달려 있습니다. 대안적으로, 이들 침전 프로토콜은 일회용 스핀 카트리지 내에서 간소화되고 반자동화된다. 용매 기반 단백질 침전의 예상된 결과를 통상적인 포맷으로 그리고 일회용, 이단계 여과 및 추출 카트리지를 사용하여 본 작업에 예시한다. 여기에는 상향식 LC-MS/MS 분석에 의한 프로테오믹 혼합물의 상세한 특성화가 포함됩니다. SDS 기반 워크플로우의 우수한 성능은 오염되지 않은 단백질에 비해 입증되었습니다.
질량 분광법에 의한 프로테옴 분석은 현대 MS 기기의 향상된 감도, 해상도, 스캔 속도 및 다양성으로 인해 점점 더 엄격 해지고 있습니다. MS의 발전은 단백질 식별 효율을 높이고 1,2,3,4,5를 더 정밀하게 정량하는 데 기여합니다. 향상된 MS 계측을 통해 연구자들은 워크플로우 6,7,8,9,10,11의 모든 단계에서 최소한의 시간 내에 고순도 단백질을 정량적으로 회수할 수 있는 상응하는 일관된 프런트 엔드 샘플 준비 전략을 요구합니다. . 생물학적 시스템의 프로테옴 상태를 정확하게 반영하기 위해, 단백질은 효율적이고 편향되지 않은 방식으로 천연 샘플 매트릭스로부터 분리되어야 한다. 이를 위해, 소듐 도데실 설페이트(SDS)와 같은 변성 계면활성제를 포함하여, 효율적인 단백질 추출 및 가용화(12)를 보장한다. 그러나, SDS는 전기 분무 이온화를 강하게 방해하여, 적절하게 제거되지 않을 경우 심각한 MS 신호 억제를 야기한다(13).
다양한 SDS 고갈 전략이 일회용 스핀 카트리지14,15,16 내에 포함된 분자량 컷오프 필터 이상의 단백질의 보유와 같은 후속 프로테옴 분석을 위해 이용가능하다. 필터 지원 샘플 준비 방법(FASP)은 SDS를 10ppm 이하로 효과적으로 고갈시켜 최적의 MS를 용이하게 하기 때문에 선호됩니다. 그러나 FASP를 사용한 단백질 회수는 가변적이어서 다른 기술의 탐구를 촉발시켰다. 단백질(또는 계면활성제)을 선택적으로 포획하는 크로마토그래피 접근법은 다양한 편리한 카트리지 또는 비드 기반 포맷17,18,19,20,21로 진화했다. 단백질 정제에 대한 이러한 간단하고 (이상적으로) 일관된 전략을 감안할 때, 유기 용매를 사용한 단백질 침전의 고전적인 접근법은 종종 단백질 분리에 대한 유망한 접근법으로 간과됩니다. 용매 침전이 SDS를 임계 수준 이하로 성공적으로 고갈시키는 것으로 밝혀졌지만, 단백질 회수는 이러한 접근법의 오랜 관심사였습니다. 여러 그룹은 단백질 농도, 분자량 및 소수성22,23의 함수로서 용납 할 수 없을 정도로 낮은 침전 수율로 단백질 회수 편향을 관찰했습니다. 문헌에보고 된 강수 프로토콜의 다양성으로 인해 표준화 된 강수량 조건이 개발되었습니다. 2013 년 Crowell et al.은 80 % 아세톤24에서 단백질의 침전 효율에 대한 이온 강도의 의존성을 처음 보고했습니다. 조사된 모든 단백질에 대해, 최대 30 mM 염화나트륨의 첨가는 수율을 최대화하는데 필수적인 것으로 나타났다(최대 100% 회수). 보다 최근에, Nickerson et al.은 아세톤 침전 동안 더 높은 이온 강도 (최대 100 mM)와 상승 온도 (20 °C)의 조합이 2-5 분 25 분에 거의 정량적회복을 주었다는 것을 보여주었다. 저분자량(LMW) 단백질의 회수율에서 약간의 감소가 관찰되었다. 따라서, Baghalabadi et al.에 의한 후속 보고서는 특정 염, 특히 황산아연을 더 높은 수준의 유기 용매 (97 % 아세톤)와 결합시킴으로써 LMW 단백질 및 펩티드 (≤5 kDa)의 성공적인 회수를 입증했다.
침전 프로토콜을 정제하는 것은 MS 기반 프로테오믹스에 대해 보다 신뢰할 수 있는 단백질 정제 전략을 제공하지만, 기존의 침전의 성공은 사용자 기술에 크게 의존합니다. 이 연구의 주요 목표는 오염 상청액으로부터 단백질 펠릿의 분리를 용이하게하는 강력한 침전 전략을 제시하는 것입니다. 다공성 PTFE 멤브레인 필터(27) 위에 응집된 단백질을 분리함으로써 피펫팅을 제거하기 위해 일회용 여과 카트리지가 개발되었다. 상청액 내의 MS 간섭 성분은 짧고 저속 원심분리 단계에서 효과적으로 제거된다. 일회용 필터 카트리지는 또한 교체 가능한 SPE 카트리지를 제공하여 질량 분광법에 앞서 가용화 및 선택적 단백질 소화 후 후속 샘플 정리를 용이하게합니다.
변형된 아세톤 및 클로로포름/메탄올/물28 프로토콜을 포함한 일련의 권장 프로테옴 침전 워크플로우가 기존 (바이알 기반) 및 일회용 2 상태 여과 및 추출 카트리지의 반자동 형식으로 제공됩니다. 결과 단백질 회수 및 SDS 고갈 효율은 상향식 LC-MS/MS 프로테옴 커버리지와 함께 강조되어 각 프로토콜에서 예상되는 결과를 입증합니다. 각 접근법과 관련된 실질적인 이점과 단점이 논의됩니다.
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1. 재료 고려 사항 및 샘플 사전 준비
2. 아세톤을 이용한 신속한 (바이알 기반) 단백질 침전
3. 저분자량(LMW) 펩타이드(ZnSO4 + 아세톤)의 침전
4. 클로로포름/메탄올/물 (CMW)에 의한 단백질 침전
5. 일회용 여과 카트리지를 사용한 단백질 침전
참고: 단계 2-5에 설명된 각 용매 기반 침전 프로토콜은 2단계 여과 및 추출 카트리지에서 수행될 수 있다( 표 참조).
6. 단백질 펠릿의 재가용화
7. 단백질 소화
8. SPE 정리
참고: 소화 또는 용매 교환 후 추가적인 샘플 탈염의 경우, 샘플은 설명된 바와 같이 역상 클러업의 대상이 될 수 있다.
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도 4 는 아세톤을 사용하는 일회용 필터 카트리지에서 바이알 기반 또는 카트리지-촉진된 단백질 침전에 따른 예상되는 SDS 고갈을 요약한 것이다. 아세톤에서의 종래의 밤새 인큐베이션(-20°C)은 CMW 침전뿐만 아니라 실온에서 신속한 아세톤 침전 프로토콜(단계 2)과 비교된다(단계 4). 잔류 SDS는 메틸렌 블루 활성 물질(MBAS) 분석29에 의해 정량화되었다. 간략하게, 100 μL 샘플을 100 μL MBAS 시약 (메틸렌 블루 250 mg, 황산나트륨 50 g, 황산 10 mL, 물에 희석 1.0 L)과 합한 다음, 400 μL 클로로포름을 첨가하고 UV/Vis 분광광도계 상에서 651 nm에서 유기층의 흡광도를 측정하였다. 모든 접근법은 SDS를 줄여 최적의 MS 분석을 가능하게 합니다.
정량적 및 재현성 단백질 회수는 처리된 효모 총 세포 용해물의 SDS PAGE 분석을...
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최적의 MS 특성화는 잔류 SDS가 10ppm 미만으로 고갈될 때 달성된다. FASP 및 온비드 소화와 같은 대안적인 접근법은 가변 회수31,32,33으로 정량적 SDS 고갈을 제공하지만, 침전의 주요 목적은 순도와 수율을 동시에 극대화하는 것입니다. 이는 단백질 펠릿을 방해하지 않고 상청액(SDS 함유)을 효과적으로 단리하는 것에 의존한다. 바이알 기반 침전의 경우, 일단 상청액의 대부분이 피펫팅에 의해 제거되면, 응집 된 펠릿 중 일부가 실수로 손실 될 가능성이 점점 커지고 있습니다. 이러한 이유로, 잔류 용매(∼20 μL)의 보다 중요한 분획을 뒤에 남겨두고 세척 단계(34)를 추가하는 것이 필수적이다. 세척 단계는 바이알로부터 잔류 용매를 희석하고 제거한다. 특히 CMW의 경우, 펠릿이 형성되면 샘플 바이알을 와류...
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Doucette 실험실은이 연구에 사용 된 ProTrap XG를 구상하고 특허를 취득했습니다. AAD는 또한 샘플 준비 카트리지를 상용화한 Proteoform Scientific의 창립 파트너이기도 합니다.
이 연구는 캐나다의 자연 과학 및 공학 연구위원회 (Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada)가 자금을 지원했습니다. 저자들은 MS 데이터 수집에 기여한 Bioinformatics Solutions Inc. (캐나다 워털루)와 SPARC BioCentre (Molecular Analysis)에게 아픈 어린이 병원 (캐나다 토론토)에 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 아세톤 | 피셔 사이언티브 | AC177170010 | ≤ 0.002% 알데히드 |
| 아세토니트릴 | 피셔 사이언티브 | A998-4 | HPLC 등급 |
| 중탄산암모늄 | 밀리포어 시그마 | A6141-1KG | 고단하다 |
| 베타 머캅토에탄올 | 밀리포어 시그마 | M3148-25ML | 분자생물학 등급 |
| 브로모페놀 블루 | 밀리포어 시그마 | B8026-5G | 브로모페놀 블루 나트륨 소금 |
| 클로로포름 | 피셔 사이언티브 | C298-400 | 클로로포름 |
| 개미산 | 허니웰 | 56302 | LC-MS용 용출물 첨가제 |
| 융합 루모스 질량분석기 | 서모피셔 사이언티픽 | 표준 단백질 혼합물 분석을 위해 | |
| 글리세롤 | 밀리포어 시그마 | 356352-1L-M | 분자생물학의 경우, > 99% |
| 이소프로판올 | 피셔 사이언티브 | A4641 | HPLC 등급 |
| 메탄올 | 피셔 사이언티브 | A452SK-4 | HPLC 등급 |
| 마이크로 원심분리기 | 피셔 사이언티브 | 75-400-102 | 최대 21,000 xg |
| 마이크로 원심분리기 튜브 (1.5 mL) | 피셔 사이언티브 | 05-408-130 | 테이퍼드 바텀 |
| 마이크로 원심분리기 튜브 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; (2 mL) | 피셔 사이언티브 | 02-681-321 | 둥근 바닥 |
| 마이크로피펫 팁 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; (0.1-10 & mu; L) | 피셔 사이언티브 | 21-197-28 | 범용 피펫 팁, 비멸균 |
| 마이크로피펫 팁 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; (1-200 & mu; L) | 피셔 사이언티브 | 07-200-302 | 범용 피펫 팁, 비멸균 |
| 마이크로피펫 팁 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; (200-1000 & mu; L) | 피셔 사이언티브 | 07-200-303 | 범용 피펫 팁, 비멸균 |
| 마이크로피펫 | 피셔 사이언티브 | 13-710-903 | 마이크로피펫 트리오 팩 |
| 펩신 | 밀리포어 시그마 | P0525000 | 용하 분말, 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; 그리고 nbsp; >3200 단위/mg |
| 프로트랩 XG | 프로테오폼 사이언티픽 | PXG-0002 | 박스당 50개의 완성된 유닛 |
| 염화나트륨 | 밀리포어 시그마 | S9888-1KG | ACS 시약, >99% |
| 도데실 설페이트 나트륨 | 서모피셔 사이언티픽 | 28312 | 분말 고체 |
| timsTOF 프로 질량분석기 | 브루커 | 간 단백질체 추출물 분석을 위해 | |
| 트리플루오로아세트산 | 서모피셔 사이언티픽 | L06374. AP | 99% |
| 트리스 | 피셔 사이언티브 | BP152-500 | 분자생물학 등급 |
| 트립신 | 밀리포어 시그마 | 9002-07-7 | 소 췌장에서 TPCK 처리를 거쳤습니다 |
| 요소 | 바이오-래드 | 1610731 | 고단하다 |
| 물(탈이온) | 사토리우스 아리움 미니 정수 시스템 | 76307-662 | 타입 1 울트라퓨어 (18.2 MΩ cm) |
| 아연 설페이트 | 밀리포어 시그마 | 307491-100G | 고단하다 |
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