De gepresenteerde LEO-workflows zorgen voor de stabiele isotoop etikettering van eiwit hydrolysaten en synthetische peptiden. Deze tijdsverloop experimenten (figuur 1) zijn van toepassing op vergelijkende en kwantitatieve proteomics studies en protease onderzoek. Elke workflow bestaat uit twee experimentele stappen (figuur 2): A) De tijd opgeloste bemonstering van de respectieve 18 O-stabiele isotoop-gecodeerde reactie (protease-gekatalyseerde splitsing peptide; protease gekatalyseerde carboxyl zuurstof uitwisselingsreactie, carboxyl zuur gekatalyseerde zuurstofuitwisseling reactie) en B) analyse door massaspectrometrie en grafische representatie van 18 O-opname kinetiek.
A. tijdsverloop Experimenten
I. Paleo-tijdsverloop: Protease-gekatalyseerde etikettering van proteolytische splitsingen
- (Optioneel) Disulfidebindingen van eiwitten (10 uM) en peptiden (250 uM) worden gereduceerd met DTT (eindconcentratie 2,5 mM)in 25 mM NH 4 HCO 3 (beide vers bereid) door incubatie gedurende 30 min bij 50 ° C.
- (Optioneel) vrije cysteïnen worden gealkyleerd met joodacetamide (eindconcentratie 10 mM) in 25 mM NH 4 HCO 3 door incubatie gedurende 30 min bij kamertemperatuur in het donker.
- Afhankelijk van protease van belang, eiwit / peptide-oplossingen moeten worden schoongemaakt-up om de resterende buffer en alkyleringsagens verwijderen. Gebruik PepClean C-18 spin-kolommen (Thermo) voor peptide opruimen en Vivaspin Centrifugaal Concentrators (Sartorius) om buffers te ruilen voor eiwit monsters.
- Voeg daarna / exchange peptiden / eiwitten in 20 pi protease reactiebuffer (ECE-1: 50 mM MES-KOH, pH 5,5; trypsine: 25 mM NH 4 HCO 3, pH 8,0) bevattende 1:1 (v / v) def H 2 18 O (95%, Sigma Isotec).
- Intrekken tijdstip nul monster voorafgaand aan de toevoeging van het protease: Mix 0,5 ul van het reactiemengsel en 0,5 pi alpha cyano-4-hydroxycinnamicacid matrix (10 mg / ml in 50% acetonitril, 0,1% TFA). Steekproefmetingen op Opti-TOF 384 MALDI richtplaat (AB SCIEX) en het oplosmiddel druppels bij kamertemperatuur laten tot droog (ongeveer 5 min).
- Splits de reactieoplossing in twee hoeveelheden. De eerste aliquot wordt geïncubeerd met de protease plaats (ECE-1: 75 nM; trypsine: 0,04 nM) bij kamertemperatuur of de aanbevolen temperatuur voor het specifieke enzym. De tweede aliquot wordt geïncubeerd zonder protease en zal dienen als controlemonster. De eerste aliquot is een standaardmonster voor protease-gekatalyseerde 18 O-labeling en kan worden gebruikt voor peptide en proteïne-identificatie, detectie van proteolytische en bewaking van proteolytische splitsing reacties. Het tweede monster wordt gebruikt om aan te tonen dat 18 O-opname wordt geïnduceerd door de protease, dus noch labeling of splitsing verwacht voor dit voorbeeld.
- Volg de reactie door het verwijderen van reactie monsters en spotten ze als described onder stap 5 op tijdsintervallen als lijken fit. De reactiecondities hierboven beschreven worden gebruikt om een proteolytische reactie tot vier dagen (ca. 24 spots) te monitoren. Start bemonstering om de 5 min tot 30 min, vervolgens ter plaatse om de 30 min. tot 2 uur, vervolgens elk uur tot 8 uur en elke 8 uur tot 4 dagen. Splitsing producten moeten optreden binnen de eerste 12 uur en de ondergrond moet volledig worden gehydrolyseerd na 24 uur. Langere reactietijd incubatietijden laten stabiele reactieproducten die discrete van reactietussenproducten, die verder verwerkt definiëren. Afhankelijk vraagstelling en gegeven enzym-substraat paren zijn spotting tijden en incubatietemperatuur te moduleren optimale reactie sampling verzekeren.
- Na de laatste reactietijd punt is gespot of tussen de uitgebreide spotten intervallen, de MALDI richtplaat wordt voorgelegd aan MALDI-TOF/TOF MS / MS-analyse zoals hieronder beschreven (deel B).
II. Paleo-tijdsverloop: Postdigestion etikettering van proteolytische termini
- (Optioneel) Disulfidebindingen van eiwitten (10 uM) en peptiden (250 uM) worden gereduceerd met DTT (eindconcentratie 2,5 mM) in 25 mM NH 4 HCO 3 (beide vers bereid) door incubatie gedurende 30 min bij 50 ° C.
- (Optioneel) vrije cysteïnen worden gealkyleerd met joodacetamide (eindconcentratie 10 mM) in 25 mM NH 4 HCO 3 door incubatie gedurende 30 min bij kamertemperatuur in het donker.
- Afhankelijk van de protease van belang, eiwit / peptide-oplossingen moeten worden schoongemaakt-up om de resterende buffer en alkyleringsagens verwijderen. Gebruik PepClean C-18 spin-kolommen voor peptide opruimen en Vivaspin Centrifugaal Concentrators voor eiwit buffer uitwisseling.
- Voeg daarna / wisselen opgeruimde peptide producten / eiwitten in 20 pi reactiebuffer protease (bijvoorbeeld trypsine: 25 mM NH 4 HCO 3, pH 8,0) en met protease vertering plaats afronding (bijvoorbeeld trypsine: 0,04 nM, 37 ° C, 12 uur).
- Cleanup splitsingsproducten met PepClean C-18 spin-kolommen. Deze stap elimineert overblijvende protease activiteiten.
- Voeg daarna / wisselen opgeruimde peptide producten in 20 pi protease reactiebuffer (trypsine: 25 mM NH 4 HCO 3, pH 8,0) bevattende 1:1 (v / v) def H 2 18 O.
- Intrekken tijdstip nul monster voorafgaand aan de toevoeging van enzym: Mix 0,5 ul van het reactiemengsel en 0,5 pi alpha cyano-4-hydroxykaneelzuur matrix (10 mg / ml in 50% acetonitril, 0,1% TFA). Steekproefmetingen op een MALDI richtplaat en de solvent druppels bij kamertemperatuur tot droog (ongeveer 5 min).
- Splits de reactieoplossing in twee hoeveelheden. De eerste aliquot wordt geïncubeerd met protease van belang (bijvoorbeeld trypsine: 0,04 nM) bij kamertemperatuur of de aanbevolen temperatuur voor het specifieke enzym. Het tweede aliquot wordt geïncubeerd zonder protease en dient als een controle. Het eerstealiquot is een standaardmonster voor protease-gekatalyseerde 18 O-postdigestion labeling en kan worden gebruikt voor peptide en proteïne kwantificering. Het tweede monster wordt gebruikt om aan te tonen dat 18 O-opname wordt gekatalyseerd door het protease en daardoor kan geen labeling verwacht voor dit voorbeeld.
- Volg de reactie door het verwijderen van vlekken reactie aliquots ze als beschreven in stap 7.) Bij tijdsintervallen als lijken fit. Zo zagen we eerst elke 5 min tot 30 min en elke 15 min daarna naar de carboxyl zuurstofuitwisseling gekatalyseerd door trypsine controleren.
- Na de laatste reactietijd punt is gespot of tussen de verlengde spotten intervallen de MALDI richtplaat wordt voorgelegd aan MALDI-TOF/TOF MS / MS-analyse zoals hieronder beschreven (deel B).
III. Aleo-tijdsverloop: Zuur-gekatalyseerde etikettering van carboxylgroepen
- Incubeer afzonderlijke peptiden (50 nM) met 1:1 (v / v) 18 O-verrijkte water in thij of afwezigheid (controle) 0,1% (v / v) trifluorazijnzuur final (totaal volume 30 ui).
- Sample de reactieproducten dagelijks gedurende 48 dagen door co-spotten 0,5 ul aliquot van het mengsel van alfa 0.5μl cyano-4-hydroxykaneelzuur matrix (10 mg / ml in 50% acetonitril, 0,1% TFA) rechtstreeks op een MALDI doel plaat.
- Tussen spotten tussenpozen en na het spotten van de uiteindelijke reactie tijdstip in te dienen MALDI doelplaat voor MALDI-TOF/TOF MS / MS-analyse zoals hieronder beschreven in hoofdstuk B.
B. MALDI-TOF/TOF MS / MS Data Acquisition and Analysis
- Massaspectra worden verkregen op een resolutie van 4800 MALDI TOF / TOF Analyzer (AB SCIEX).
- Voor de analyse, wordt het instrument gekalibreerd met een mengsel van peptide standaarden (massastandaarden Kit voor kalibratie van AB SCIEX TOF / TOF instrumenten) met een maximale massa meetfout van ± 50 ppm en een minimum aantal van zes pieken te passen.
- MS spectra (massabereik400 - 4000 m / z) worden verworven in drievoud met positieve ionmodus met instelbare laserintensiteit (3.400 - 3.800; stapgrootte 50) met een aanvaardbare base piekintensiteit bereik van 2.000 - 45.000. Enkele shots worden verworven voor sub-spectra, met 400 totaal shots / spectrum, stop voorwaarden treden in werking na 800 sub-spectra worden verworven (slagen of zakken) of 400 deelspectra pas acceptatiecriteria. Bij lage overvloedig monsters of in aanwezigheid van complexe biologische achtergronden het ondereinde van het MS detectiebereik worden verhoogd tot 800 m / z. Bovendien kan het nodig zijn zout en andere storende verbindingen te verwijderen met een monster opruimstap zoals eerder beschreven of door LC scheiding.
- MS-gegevensbestanden (. T2D-bestanden) worden uitgevoerd uit de 4000-serie Explorer data-acquisitie software en geïmporteerd in ons eigen laboratorium informatie systeem, dat MASCOT Distiller software (Matrix Science) voor spectrale verwerking en piek detectie maakt gebruik van. Isotopische enveloppendeconvoluted zijn en 18 O-opname verhoudingen automatisch bepaald met behulp van een algoritme vergelijkbaar met die beschreven door Mason et al.. 12 en aangepast door onze groep 9. alternatief software zoals ZoomQuant 13 en Viper 14, alsmede commerciële software pakketten, als BioWorks Xpress (Thermo Fisher Scientific) en Mascot Distiller Kwantificering Toolbox (Matrix Science) kan deconvolute 18 O-type data 15,16. 18 O-incorporatie verhoudingen zijn uitgedrukt als de relatieve bijdragen van de afzonderlijke peptide isotoop soorten (dwz, peptiden met 16 O, 18 O 18 O 1 of 2) de gehele isotopische envelop.
- Voor elk experiment tijdsverloop, de molecuulmassa's ([M + H] +) voor alle gevonden peptide soorten uit de bijbehorende gegevensbestanden MS en de waarden weggegooid op 100 ppm massa breedte.
- Eent minste drie [M + H] + zijn ingesteld om te worden verplicht om een bak te vullen. Bij bekende substraten, wordt de gefilterde bin lijst vergeleken met een lijst van proteolytische splitsingsproducten voorspeld uit het substraat peptidesequentie met het ExPASy FindPept gereedschap 17 ( http://au.expasy.org/tools/findpept.html ) en een 200 ppm massa fout acceptatie tolerantie.
- MS / MS spectra worden verworven voor alle massa van splitsingsproducten voorspeld door de FindPept tool en voor bin waarden die 18 O-oprichtingen verband met hen te hebben. MS / MS-gegevens worden verkregen over de 4800 MALDI TOF / TOF Analyzer in 1kV reflector positieve ion-modus, met een vaste laser intensiteit van 4200 en CID-gas in uit-stand. 50 schoten worden verworven in een gerandomiseerde patroon per sub-spectra tot een totaal van 40 sub-spectra per spot (wat een totaal van 2.000 schoten / spot).
- MS / MS-gegevens-bestanden (. T2D-bestanden) worden uitgevoerd uit de 4000-serie Explorer data-acquisitie software en geïmporteerd in ons eigen laboratorium informatie systeem, worden pieken gedetecteerd en MS / MS piek lijsten zijn gekoppeld aan de corresponderende prullenmand MS-gegevens.
- Voor peptide identificatie, zijn MS / MS piek lijsten gezocht tegen de SwissProt database met behulp van de MASCOT zoekmachine met de volgende zoekparameters: geen enzym specificiteit, 150 ppm precursorion en 0,2 Da fragment ion mass toleranties.
- Peptide identificaties kunnen bovendien worden gevalideerd met behulp van de Data Explorer software (AB SCIEX) door de bevestiging van de karakteristieke 18 O-opname patronen in y-serie fragmentionen zoals beschreven door Shevchenko et al.. 18.
C. Bereiding van het spectrale Time en 18 O-incorporatie Plots
Spectrale tijd plots: MS-gegevensbestanden (. T2D bestanden) voor elke reactie tijdstip worden uitgevoerd uit het Data Explorer software als ASCII-bestanden met behulp van eenmacro en geïmporteerd in een data-analyse en grafische software programma (bijvoorbeeld Herkomst OriginLab) en weergegeven als waterval plots (Figuur 3).
18 O-opname plots: Voor elke weggegooid peptide splitsingsproduct, de relatieve bijdrage van afzonderlijke peptide isotoop soorten (16 O, 18 O 18 O 1 of 2) geëxtraheerd alle reactietijd punten en uitgezet tegen de tijd (Figuur 4).