$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Zwłóknienie jest cechą charakterystyczną wielu chorób. Fibroblasty namnażają się i różnicują w kierunku wysoce syntetycznych fenotypów, które są związane z zaostrzonym wydzielaniem i odkładaniem się macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM)1. Nadmierne odkładanie się ECM może być kontynuowane, nawet po ustąpieniu początkowego urazu, prowadząc do upośledzenia funkcjonalnego. Korzystając z proteomiki, zidentyfikowaliśmy wcześniej ponad 150 ECM i białek związanych z ECM w tkance serca2,3. Są to nie tylko białka strukturalne, ale także białka matrikomórkowe i proteazy, które przyczyniają się do ciągłej przebudowy i dynamicznej adaptacji serca. Warto zauważyć, że wiele białek ECM jest glikozylowanych4. Ta modyfikacja potranslacyjna (PTM) polega na dodaniu reszt cukrowych do określonych pozycji aminokwasów i wpływa na fałdowanie, rozpuszczalność, wiązanie i degradację białek5.
Istnieją dwa główne typy glikozylacji, które występują u ssaków. (1) N-glikozylacja zachodzi w azocie karboksamidowym reszt asparaginy (Asn) w sekwencji konsensusu Asn-Xaa-Thr/Ser, gdzie Xaa jest dowolnym aminokwasem z wyjątkiem proliny. (2) W O-glikozylacji reszty cukru przyłączają się do reszt seryny i treoniny (Ser, Thr) lub, w znacznie mniejszym stopniu, do hydroksyproliny i hydroksylizyny. Podczas gdy O-glikozylacja może zachodzić w różnych grupach białek, N-glikozylacja jest ograniczona do wydzielanych białek lub zewnątrzkomórkowych domen białek błonowych5. To sprawia, że N-glikozylacja jest atrakcyjnym celem podczas badania ECM.
Proteomika ustanawia nowy standard analizy zmian białek w chorobie. Do tej pory większość badań proteomicznych koncentrowała się na białkach wewnątrzkomórkowych6. Wynika to głównie z następujących powodów. Po pierwsze, obfitość białek wewnątrzkomórkowych utrudnia identyfikację rzadkich składników ECM. Jest to szczególnie istotne w tkance serca, w której białka mitochondrialne i miofilamentowe stanowią dużą część zawartości białka7. Po drugie, integralne białka ECM są silnie usieciowane i trudne do rozludnienia. Wreszcie, obecność obfitych PTM (tj. Glikozylacja) zmienia masę cząsteczkową, ładunek i właściwości elektroforetyczne peptydów, wpływając zarówno na separację, jak i identyfikację za pomocą tandemowej spektrometrii mas chromatografii cieczowej (LC-MS / MS). W ostatnich latach opracowaliśmy i udoskonaliliśmy metodę sekwencyjnej ekstrakcji i wzbogacania białek ECM, która jest kompatybilna z późniejszą analizą spektrometrii mas (MS). Strategia opiera się na inkubacjach sekwencyjnych.
Pierwszy krok jest wykonywany za pomocą NaCl, bufora jonowego, który ułatwia ekstrakcję powiązanych z ECM i luźno związanych białek ECM, a także nowo zsyntetyzowanych białek ECM. Nie zawiera detergentów, nie denaturuje, nie narusza błon komórkowych i nadaje się do dalszych testów biochemicznych8. Następnie decelularyzacja uzyskuje się za pomocą dodecylosiarczanu sodu (SDS). Na tym etapie niskie stężenie SDS zapewnia destabilizację błony i uwalnianie białek wewnątrzkomórkowych, jednocześnie zapobiegając zakłóceniu bardziej rozpuszczalnych nieintegralnych składników ECM. Na koniec białka ECM są ekstrahowane za pomocą buforu chlorowodorku guanidyny (GuHCl). GuHCl jest skuteczny w ekstrakcji silnie usieciowanych białek i proteoglikanów z tkanek takich jak ścięgna9, chrząstka10, vessels11,12,13 i heart2,3. Zastosowaliśmy to frakcjonowanie biochemiczne w połączeniu z LC-MS/MS, aby zbadać przebudowę ECM w chorobach sercowo-naczyniowych2,3,11,12,13,14. Ostatnie postępy w dziedzinie stwardnienia rozsianego obejmują nowatorskie metody fragmentacji, takie jak kombinacje dysocjacji zderzeń o wyższej energii (HCD) i dysocjacji przeniesienia elektronów (ETD), które pozwalają na bezpośrednią analizę nienaruszonych glikopeptydów3,15.
Tutaj opisujemy metodologię przygotowania ECM do analizy MS, która pozwala na analizę składu białek, identyfikację miejsc glikozylacji i charakterystykę form glikanów. W porównaniu z poprzednimi analizami glikozylacji ECM16, metodologia ta pozwala na bezpośrednią ocenę zmian składu w profilach glikozylacji w sposób specyficzny dla danego miejsca przy użyciu MS. Zastosowaliśmy tę metodologię do tkanek sercowo-naczyniowych. Można go jednak również zastosować, z niewielkimi modyfikacjami, do badania ECM w innych próbkach tkanek i może dostarczyć bezprecedensowego wglądu w biologię ECM.