UWAGA: Schemat całego opisanego tutaj protokołu przedstawiono na Rys. 1. Wszystkie próbki wykorzystane do opracowania tej metody są nadmiarowymi próbkami diagnostyki klinicznej i posiadają zgodę etyczną komisji etyki London Bloomsbury.

Rysunek 1. Schemat przedstawiający ogólny proces tworzenia celowanego testu MRM LC-MS/MS dla płynu mózgowo-rdzeniowego. Peptydy kandydatów na markery do oceny są wybierane z białek docelowych. Dzięki zastosowaniu peptydów syntetyzowanych na zamówienie opracowywana jest celowana, multipleksowa metoda LC-MS/MS. Po walidacji test ten może być wykorzystany do oceny skuteczności potencjalnych markerów neurodegeneracji.
1. Wybór i projektowanie peptydów
UWAGA: Kryteria dla peptydów markerowych wymagają, aby były one unikalne (proteotypowe) i reprezentowały ilościową obfitość białka (kwantotypowe). W celu ustalenia, czy dany peptyd jest unikalny, można skorzystać z narzędzia wyszukiwania „blast” na stronie internetowej Uniprot (http://www.uniprot.org/blast/).
- Zdefiniuj listę białek docelowych (markerów), t. j., ApoE (patrz Tabela 2).
UWAGA: Jeśli marker został zidentyfikowany w poprzednich eksperymentach profilowania proteomicznego8następnie z tego zestawu danych należy wybrać peptyd, który daje najlepszą odpowiedź.
- Jeśli te informacje są niedostępne, należy skorzystać z witryn typu open source, takich jak in silico trawienie trypsyną białek docelowych przy użyciu narzędzia programistycznego, takiego jak MS-Digest.
- Wybierz peptyd, który jest produktem trawienia trypsyną i nie jest podatny na modyfikacje potranslacyjne.
UWAGA: Informacje te można zweryfikować na stronie internetowej Uniprot pod adresem www.uniprot.org. Należy unikać peptydów podatnych na modyfikacje chemiczne podczas przygotowania próbek do analizy LC-MS.
- Zamów syntezę niestandardową wybranych peptydów.
UWAGA: Peptydy markerowe mogą być syntetyzowane na zamówienie przez różne firmy komercyjne. W przypadku ApoE ustalono, że peptydem kwantotypowym używanym do pomiaru całkowitego poziomu ApoE jest AATVGSLAGQPLQER. Sekwencje peptydów proteotypowych używanych do określenia wariantów E2 i E4 to odpowiednio peptydy tryptyczne dla pozycji 158 (RLAVYQAGAR i CLAVYQAGAR) oraz pozycji 112 (LGADMEDVCGR i LGADMEDVR).
2. Przygotowanie peptydów wzorcowych
UWAGA: Aby wybrać najlepsze przejścia ilościowe, konieczna jest optymalizacja detekcji macierzy (CSF). Najskuteczniejszym sposobem optymalizacji peptydów w analizie multipleksowej jest stworzenie pul peptydów o znanych stężeniach. Pule te mogą następnie zostać wykorzystane do opracowania metody oraz stworzenia krzywych wzorcowych.
- Resuspendować syntetyczne peptydy (szczegóły dotyczące peptydów podano w Tabeli 2) do stężenia zapasu 1 mg/ml zgodnie z instrukcjami producenta. Domyślnie, w przypadku braku instrukcji, resuspendować peptydy w mieszaninie acetonitrylu (ACN)/H2O w stosunku 50:50 (v/v).
- Przygotować rozcieńczenia peptydów 1:10 ze stężenia zapasu i połączyć 1 000 pmol każdego peptydu w probówce do mikrocentryfugi o niskim wiązaniu. Końcową mieszaninę odparować w koncentratorze SpeedVac i przechowywać w temperaturze -20 °C. Przygotować kilka takich mieszanin do przyszłego użycia.
- Rozdzielić CSF w ilości 100 µl do probówek o niskim wiązaniu. Liofilizować CSF.
- Resuspendować alikwot połączonych 1 000 pmol peptydów w buforze do trawienia (100 mM Tris HCl, pH 7.8, 6 M mocznika, 2 M tiomocznika, 2% ASB14), aby uzyskać stężenia 10 i 1 pmol/µl.
- Dodać połączone peptydy do liofilizowanych alikwotów 100 µl CSF w stężeniach 0, 1, 2, 5, 10 i 15 pM. Dodać 20 ng nienaruszonego, niepowiązanego białka, takiego jak enolaza drożdżowa, aby pełniło funkcję standardu wewnętrznego i kontroli wydajności trawienia trypsyną.
- Uzupełnić alikwoty CSF buforem do trawienia do końcowej objętości 20 µl. Wymieszać w wirówce typu vortex.
- Dodać 1,5 µl ditiotreitolu (30 mg w 1 ml 100 mM Tris HCl, pH 7.8) i inkubować w temperaturze pokojowej przez 1 h, wytrząsając.
- Dodać 3 µl jodooctanu (35 mg w 1 ml 100 mM Tris HCl, pH 7.8) i inkubować w temperaturze pokojowej przez 45 min w ciemności, wytrząsając.
- Dodać 165 µl ddH2O.
- Dodać 10 µl roztworu modyfikowanej trypsyny klasy sekwencyjnej o stężeniu 0,1 µg/µl, resuspendowanej w 50 mM buforze wodorowęglanu amonu, pH 7.8. Inkubować w łaźni wodnej w temperaturze 37 °C przez noc (O/N) i zatrzymać trawienie poprzez zamrożenie próbek. Przechowywać produkty trawienia w temperaturze -20 °C do czasu analizy.
3. Optymalizacja detekcji peptydów metodą MS
- Skopiuj i wklej sekwencję optymalizowanego peptydu do odpowiedniego oprogramowania, np. Sylwetka miasta9Kliknij sekwencję peptydową, aby uzyskać informacje o oczekiwanej masie jonu prekursorowego i jonach produktowych.
- Rozcieńczyć peptydy z roztworu stokowego (patrz sekcja 2.1) do stężenia 1 ng/ml w celu optymalizacji metody MS.
- Wprowadź peptydy bezpośrednio do spektrometru mas z optymalnym przepływem (zazwyczaj 0,1–0,8 ml/min) i przy energii kolizyjnej od 0 do 5%.
- Należy zebrać widmo MS w celu identyfikacji eksperymentalnych prekursorów jonów wielokrotnie naładowanych8Wybierz jon prekursorowy (m/z), który daje największą intensywność (zaleca się wybór jonów prekursorowych dwukrotnie lub trzykrotnie naładowanych).
- Ponownie wprowadź peptyd i zastosuj energię kolizyjną w celu fragmentacji peptydu poprzez dysocjację indukowaną zderzeniowo (CID). Zoptymalizuj energię stożka oraz energię kolizyjną, aby uzyskać najlepszy wzór fragmentacji (zaleca się uzyskanie jonów fragmentacyjnych jednokrotnie lub dwukrotnie naładowanych, a masa jonu fragmentacyjnego powinna być najlepiej większa niż masa jonu prekursorowego).
- Należy zweryfikować, czy przejścia uzyskane eksperymentalnie są zgodne z przejściami wygenerowanymi in silico (zgodnie z opisem w kroku 3.1). Zapisz listę przejść w pliku metody MRM, uwzględniając co najmniej 2 najintensywniejsze przejścia na jon prekursorowy. W końcowym badaniu uwzględnij 2 przejścia: jedno do oznaczania ilościowego i jedno do potwierdzenia.
UWAGA: Niektórzy producenci spektrometrów masowych posiadają funkcję (t. j., Waters Intellistart) do zautomatyzowanej optymalizacji analizy MRM lub SRM. Jeśli to możliwe, należy przeprowadzić infuzję peptydów w zmieszanych fazach ruchomych zawierających 50–70% ACN z 0,1% FA.
4. Optymalizacja metody LC-MRM
UWAGA: Mieszaninę syntetycznych peptydów należy przeanalizować za pomocą systemu ultraszybkiej chromatografii cieczowej (UPLC) sprzężonego z potrójnym spektrometrem mas kwadrupolowym. Należy upewnić się, że źródło jest czyste. Rozpuszczalnik A to ddH20 z 0,1% FA; rozpuszczalnik B to ACN z 0,1% FA.
- Należy użyć systemu LC-MS wyposażonego w kolumnę UPLC wypełnioną fazą C-18 (średnica 1.6 µm, pory 90 Å, 2.1 mm x 50 mm długości) połączoną z przedkolumną tej samej fazy.
- Rozmrozić hydrolizaty CSF na lodzie, odwirować przy 16,000 g przez 10 min, przenieść 60 µl do szklanych fiolek z wkładkami o pojemności 300 µl, a pozostałą część przechowywać ponownie w temperaturze -20oC.
- Wstrzyknąć najwyższe stężenie z punktu krzywej wzorcowej, stosując 10 min liniowy gradient ACN 1 - 40% (ustawienia gradientu znajdują się w Tabeli 1).
- Otworzyć otrzymany chromatogram i odnotować czas retencji oraz dwa najbardziej intensywne przejścia (ilościowe) dla każdego peptydu ze wszystkich przejść utworzonych w kroku 3.
- Na podstawie tych informacji zaktualizować 10 min metodę MRM (utworzoną w kroku 3.6) za pomocą kanałów czasowych do pomiaru peptydów (przykład przedstawiono na Rysunku 2). Aby zachować czułość, należy utrzymywać w każdym kanale liczbę punktów na pik powyżej 8 oraz czas dwell powyżej 0.01 sec dla co najmniej jednego przejścia dla każdego peptydu.
- W metodzie MRM należy uwzględnić „solvent delays” (opóźnienia rozpuszczalnika): jedno na początku, do 10 sec przed elucją pierwszego piku, oraz drugie na końcu metody, 20 sec po elucji ostatniego piku. Należy to zrobić, wybierając „solvent delays” w zdarzeniach metody (method events) w pliku metody MS.
- Przeprowadzić analizę krzywej wzorcowej za pomocą czasowej metody MRM i upewnić się, że nie występują zakłócające piki nieswoiste z przejściami (wygenerowanymi w kroku 3.6), sprawdzając liniowość.
- Ustalić, czy peptydy są wykrywalne, przepuszczając przez metodę nieposiewaną połączoną próbkę kontrolną oraz CSF z chorobą.
- Usunąć z analizy peptydy, które znajdują się poniżej granicy wykrywalności.

Rysunek 2. Przykład dynamicznej metody MRM MS. Kanały przejść peptydowych z określonym czasem mogą być grupowane zgodnie z ustalonymi czasami retencji. Umożliwienie wprowadzania przejść MRM w sposób zsynchronizowany z czasem elucji wybranych peptydów markerowych z kolumny chromatograficznej minimalizuje liczbę przejść w danym przedziale czasowym i zwiększa czułość analizy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
5. Dodanie standardów wewnętrznych
UWAGA: Jak opisano wcześniej10, w analizie można zastosować wewnętrzne standardy znakowane stabilnymi izotopami. Ze względu na wysoki koszt tych standardów zaleca się, aby w pierwszej kolejności ocenić zawartość peptydów w matrycy.
- Wyznaczyć optymalne peptydy do detekcji w CSF: wybrać peptydy najczęściej występujące, o najwyższej intensywności i bez pików interferencyjnych.
- Zaprojektować odpowiadające im peptydy zawierające ciężkie znaczniki aminokwasowe 13C 15N, które zwiększą masę peptydy o co najmniej 6 Da w stosunku do peptydy endogennego. Dodatkowo, do końca N- lub C-końca ciężkiego peptydy dodać znacznik w postaci 4–6 dodatkowych aminokwasów w celu kontroli trawienia trypsyną.
- Rozcieńczyć wewnętrzne standardy znakowane stabilnymi izotopami w buforze do trawienia (patrz krok 2.4). Wyznaczyć optymalną ilość wewnętrznego standardu znakowanego stabilnymi izotopami do dodania do CSF, wprowadzając różne poziomy w zależności od obfitości zaobserwowanej wcześniej podczas etapu opracowywania metody. Należy dążyć do osiągnięcia przybliżonego stosunku 1:1 standardu znakowanego stabilnymi izotopami do peptydy endogennego.
UWAGA: Wewnętrzne standardy znakowane stabilnymi izotopami mogą być syntetyzowane przez różne firmy komercyjne.
6. Analiza LC-MRM próbek płynu mózgowo-rdzeniowego pacjentów
- Dodaj zoptymalizowaną ilość standardów znakowanych stabilnymi izotopami do 100 µl płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF), a następnie liofilizuj mieszaninę.
- Resuspenduj CSF w 20 µl buforu do trawienia i przeprowadź trawienie zgodnie z opisem w punktach 2.7 - 2.10.
- Przeanalizuj próbki przy użyciu metody LC-MRM opracowanej w kroku 4.
- Do analizy ilościowej przeprowadź pomiary peptydów standardowych w stężeniach 0 -15 pmol w celu stworzenia krzywej wzorcowej. Przygotowanie krzywej wzorcowej opisano w kroku 2.5.
7. Analiza danych
UWAGA: Dane ilościowe opierają się na stosunku intensywności szczytów linii bazowej standardów wewnętrznych (peptydów znakowanych ciężko). Szczegółowe informacje dotyczące analizy danych SRM/MRM zostały opisane wcześniej10. Dane dotyczące stosunku mogą być następnie wykorzystane w krzywej wzorcowej do określenia poziomów bezwzględnych lub obliczenia ich na podstawie dodanego stężenia peptydów znakowanych ciężko.
- Przeanalizuj dane LC-MRM przy użyciu standardowego oprogramowania producenta spektrometrów masowych10. Alternatywnie można użyć oprogramowania Skyline do analizy ilościowych danych MRM10.
- Sprawdź czułość analizy, weryfikując odpowiedź standardu wewnętrznego, takiego jak dodana enolaza drożdżowa lub standard znakowany stabilnymi izotopami w każdym pomiarze. Upewnij się, że współczynnik zmienności (CV) nie przekracza 25%.
- Ręcznie zweryfikuj adnotacje danych, aby zapewnić ich dokładność. Przeanalizuj każdy peptyd i oblicz stosunek do odpowiedniego standardu wewnętrznego znakowanego stabilnymi izotopami, t.j. użyj wersji peptydu znakowanej stabilnymi izotopami, jeśli jest dostępna.
- Aby uzyskać wartości bezwzględne w pmol na 100 µl płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF), wprowadź dane dotyczące stosunków do odpowiednich krzywych wzorcowych, które zostały wyznaczone w tym samym czasie.
- Oblicz współczynnik zmienności (CV). CV dla każdego peptydu powinno być niższe niż 25%, a dla peptydów o wysokiej zawartości niższe niż 15%.
UWAGA: Bezwzględne wartości w pmol na 100 µl CSF mogą być wykorzystane w późniejszych analizach statystycznych.
8. Status izoform apolipoproteiny E
UWAGA: Aby określić status izoform ApoE, można przeprowadzić analizę obecności odpowiadających im peptydów poprzez wykazanie obecności każdej izoformy.
- Przyjmij próg sygnału do szumu > 1 000 dla ApoE w 100 µl CSF jako wynik dodatni dla tego peptydu. Patrz Rysunek 5 w celu sprawdzenia peptydów wymaganych lub ich braku do określenia statusu izoformy pacjenta. Określ ekspresję alleliczną, obliczając % każdej izoformy w stosunku do całkowitej ekspresji ApoE.