$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Een van de sleutels tot succesvolle voorbereiding en analyse van afzonderlijke cellen door SCoPE2 is de voorbereiding van de drager en referentiekanalen. De voorgestelde dragergrootte is 100 tot 200 cellen; het aantal cellen dat nodig is voor een bepaald eencellig experiment kan echter worden bepaald op basis van principes zoals elders besproken21. Voor de voorgestelde grootte zijn ten minste ~ 11.275 cellen nodig per 384-well plaat, waardoor een 200-cel drager en 5-cel referentie in elke set mogelijk is. Het kan voordelig zijn om meer cellen te isoleren als de gewenste celpopulaties geen beperkende factor zijn, om gewoon extra materiaal te hebben in geval van fouten (zoals in dit protocol werd gedaan, waarbij 22.000 cellen worden geïsoleerd in plaats van 11.275 cellen). De hoeveelheid drager en referentie die nodig is voor het aantal gewenste platen moet in één batch worden bereid om elke batch-tot-batchvariatie te minimaliseren die ertoe kan leiden dat peptide-identificatie of kwantificering tussen batches verschilt.
Voordat u enkele cellen isoleert in putten van een 384-well plaat, is het belangrijk om het ontwerp van de plaatlay-out te overwegen. Binnen elke 384-well plaat wordt aanbevolen om zowel positieve als negatieve controles te implementeren. Negatieve controles zijn putten waarin geen cellen worden toegevoegd, maar dezelfde reagenstoevoegingen en procedures ondergaan als de eencellige putten. Positieve controles zijn putten waarin cellysaat verdund tot 2-5 cellen / μL wordt toegevoegd in plaats van enkele cellen. Dit is vooral belangrijk om te implementeren wanneer eencellige isolatiemethoden niet goed gevalideerd zijn. Elke 384-well plaat zou idealiter een gerandomiseerde verdeling van enkele cellen en controles moeten hebben (bijvoorbeeld geen negatieve of positieve controles in slechts één rij). Elke plaat moet een gelijke verdeling hebben van alle celpopulaties van belang, in plaats van het isoleren van één celtype in één plaat en een tweede celtype in een tweede plaat. Dit voorkomt dat batcheffecten worden gekoppeld aan celtypen van belang. Bovendien, als er meer dan één 384-well plaat nodig is voor analyse, is het raadzaam om cellen in één sessie te isoleren, in plaats van de isolatiestap over meerdere dagen te spreiden, indien mogelijk.
Lysis van zowel enkele cellen als drager/referentie vindt plaats in water via een vrieswarmtecyclus23. Verwacht wordt dat de meeste proteasen tijdens deze stap zijn gedenatureerd. Trypsine wordt dan onmiddellijk na de denaturatiestap toegevoegd in een hoge concentratie, vele ordes van grootte groter in concentratie dan zelfs de meest voorkomende cellulaire proteasen. Door massale actie zullen de meeste producten van protease-activiteit te wijten zijn aan trypsine.
Reductie/alkylering van cysteïneresiduen wordt in dit protocol niet uitgevoerd vóór trypsinevertering. Cysteïnebevattende peptiden vertegenwoordigen ongeveer 10% van de tryptische peptiden uit het menselijke proteoom. We zien minder cysteïnebevattende peptiden met behulp van een aanpak zonder reductie / alkylering. Deze stappen gebruiken reagentia die niet compatibel zijn met etikettering door TMT (NHS-esterchemie) onmiddellijk na de spijsvertering.
In deze TMT-etiketteringsstrategie worden de drager en referenties gelabeld met respectievelijk 126 en 127N, terwijl eencellige en controleputten worden gelabeld met 128C tot en met 135N. De twee labels na de referentie, 127C en 128N, worden niet gebruikt vanwege isotopische kruisbesmetting als gevolg van de drager en referentiekanalen, die duidelijk veel overvloediger zijn in peptidemateriaal dan de afzonderlijke cellen. In totaal zijn er 12 TMT-kanalen per set die kunnen worden gebruikt voor het labelen van afzonderlijke cellen of controleputten met TMTpro-16plex, of 14 TMT-kanalen per set met TMTpro-18plex.
De kritieke stappen in het protocol om eencellige proteomics-metingen uit te voeren met behulp van dit protocol omvatten voorbereiding van de drager, eencellige isolatie, lysis, spijsvertering, barcode-etikettering en de juiste massaspectrometrieparameters. Deze stappen zijn in dit document beschreven en zijn elders uitgebreid beschreven 17,21,25. Elke stap heeft een overeenkomstig perceel of set percelen in DO-MS die een eenvoudige kwaliteitscontrole mogelijk maken. In het geval van een succesvolle creatie van de drager, maken plots met het aantal geïdentificeerde peptiden, de etiketteringsefficiëntie en het percentage miscleavage-snelheid bijvoorbeeld verificatie van de succesvolle bereiding mogelijk. Representatieve DO-MS-rapporten zijn opgenomen in deze publicatie en zijn te zien op http://scope2.slavovlab.net/ voor de oorspronkelijke gegevens16. Deze DO-MS-rapporten maken het mogelijk om de optimalisatie van de methode te beoordelen in richtingen die nog niet door de auteurs zijn onderzocht, zoals langere LC-gradiënten, verschillende spijsverteringsenzymen of alternatieve chemische barcodes.
Momenteel beperkt de seriële analyse van peptiden door gegevensafhankelijke acquisitie-algoritmen het aantal peptiden dat kan worden geanalyseerd in een LC-run van een redelijke lengte. Dit is deels te wijten aan de langere vultijden die nodig zijn voor de succesvolle verwerving van voldoende ionen voor betrouwbare eencellige kwantificering21. Een inherente beperking van het gebruik van de drager is het gebrek aan directe beoordeling van de spijsvertering en etiketteringsefficiëntie van de afzonderlijke cellen. Momenteel is een oplossing voor deze beperking het uitvoeren van kwaliteitscontrole op een groter monster dat naast de afzonderlijke cellen wordt verwerkt.
We stelden een aantal mogelijkheden voor om eencellige proteomics te verbeteren, zoals het bouwen van massaspectrometers met meerdere analyzers. De huidige methode maakt de kwantificering mogelijk van duizenden eiwitten uit afzonderlijke zoogdiercellen met een snelheid van ongeveer 100 cellen per dag met in de handel verkrijgbare reagentia en apparatuur. SCoPE2, de tweede generatie van de SCoPE-MS-benadering, verbeterde aanzienlijk ten opzichte van zijn voorganger met betrekking tot het aantal cellen dat per tijdseenheid kan worden geanalyseerd, het aantal eiwitten dat per tijdseenheid kan worden geanalyseerd, de tijd die nodig is voor monstervoorbereiding, de toegankelijkheid van reagentia en apparatuur, en de totale kosten van voorbereiding en analyse per enkele cel. Membraangebonden eiwitten zijn toegankelijk met behulp van de vrieswarmtelyse en proteasevertering, zoals blijkt uit vergelijking met ureumlysis23. De methode identificeert veel eiwitten uit het bovenste derde deel van het proteoom met betrekking tot abundantie16. Als de gemodificeerde proteoform zich in het bovenste derde deel van het proteoom bevindt en het gemodificeerde peptide vatbaar is voor massaspectrometrie-analyse (ioniseert goed, heeft een massaverschil met ongewijzigd peptide), zal het waarschijnlijker ontvankelijk zijn voor dit protocol. Deze methode kan vruchtbaar worden toegepast in biologische systemen waar sprake is van betekenisvolle heterogeniteit tussen cellen, zoals in differentiatie, senescentie of immunologische reacties (d.w.z. fagocytose).