Przedstawiono protokół kwantyfikacji białek w złożonych płynach biologicznych przy użyciu technologii automatycznego immuno-MALDI (iMALDI).
Artykuł metodologiczny
Przedstawiono protokół kwantyfikacji białek w złożonych płynach biologicznych przy użyciu technologii automatycznego immuno-MALDI (iMALDI).
Spektrometria mas (MS) jest jedną z najczęściej używanych technologii do ilościowego oznaczania białek w złożonych próbkach, z doskonałą specyficznością testową w wyniku bezpośredniego wykrywania stosunku masy do ładunku każdej cząsteczki docelowej. Jednak proteomika oparta na stwardnieniu rozsianym, podobnie jak większość innych technik analitycznych, ma tendencję do pomiaru analitów o wysokiej obfitości, więc trudno jest osiągnąć granice wykrywalności niskiego ng / ml lub pg / ml w złożonych próbkach, a jest to zakres stężeń dla wielu istotnych dla choroby białek w płynach biologicznych, takich jak ludzkie osocze. Aby pomóc w wykrywaniu analitów o niskiej liczebności, do testu włączono wzbogacanie układu immunologicznego w celu zagęszczenia i oczyszczenia analitu przed pomiarem SM, co znacznie poprawiło czułość testu. W niniejszej pracy przedstawiono technologię immuno-Matrix-Assisted Laser Desorption/Jonizization (iMALDI) do ilościowego oznaczania białek i peptydów w płynach biologicznych, w oparciu o wzbogacenie immunologiczne na kulkach, a następnie pomiar MALDI-MS bez wcześniejszej elucji. Przeciwciała antypeptydowe są funkcjonalizowane na kulkach magnetycznych i inkubowane z próbkami. Po umyciu kulki są bezpośrednio przenoszone na tarczę celowniczą MALDI, a sygnały są mierzone za pomocą przyrządu MALDI-Time of Flight (MALDI-TOF) po nałożeniu roztworu matrycowego na kulki. Procedura przygotowania próbki jest uproszczona w porównaniu z innymi testami immuno-MS, a pomiar MALDI jest szybki. Całe przygotowanie próbki jest zautomatyzowane dzięki systemowi obsługi cieczy, co zapewnia lepszą powtarzalność testu i wyższą przepustowość. W tym artykule test iMALDI służy do oznaczania stężenia peptydu angiotensyny I (Ang I) w osoczu, który jest stosowany klinicznie jako odczyt aktywności reniny w osoczu do badań przesiewowych pierwotnego aldosteronizmu (PA).
Spektrometria mas stała się nieodzownym narzędziem w proteomice ilościowej. Spektrometria mas może określać masy docelowych białek lub peptydów, dlatego uzyskane sygnały analitowe mogą być wysoce specyficzne w porównaniu z testami immunologicznymi. Dwie metody jonizacji, elektrospray i MALDI, są najczęściej używane do wykrywania białek i peptydów1,2,3,4. Głównym wyzwaniem w kwantyfikacji białek na podstawie stwardnienia rozsianego jest wykrywanie białek o niskiej liczebności w złożonych próbkach w stężeniach ng/ml lub pg/ml w obecności białek o wysokiej obfitości, a wiele potencjalnych biomarkerów białkowych znajdujących się w ludzkim osoczu mieści się w tym zakresie5. Ten problem jest w dużej mierze spowodowany z natury szerokim zakresem dynamiki i złożonością ludzkiego proteomu6.
Aby sprostać tym wyzwaniom związanym z wykrywaniem, opracowano metody immuno-MS, które wzbogacają docelowe białka lub peptydy z roztworów próbek na powierzchnię ciała stałego, a następnie elucję analitów i pomiar MS7,8,9,10. Poprzez wzbogacenie immunologiczne anality są oczyszczane ze złożonych próbek, dzięki czemu efekty tłumienia jonów przez inne cząsteczki są zminimalizowane. Spośród różnych podpór stałych, kulki magnetyczne są obecnie najczęściej stosowane, ponieważ mają zalety wysokiej zdolności wiązania przeciwciał i łatwości obsługi. Kulki magnetyczne o różnych funkcjonalizacjach i rozmiarach zostały opracowane i skomercjalizowane do eksperymentów z immunoprecypitacją. Do tej pory wzbogacanie immunologiczne na kulkach było połączone zarówno z jonizacją elektronrozpylania (ESI), jak i MALDI-MS do pomiaru białek i peptydów. W stabilnych wzorcach izotopowych i technologii wychwytywania za pomocą przeciwciał antypeptydowych (SISCAPA) białka w próbkach są trawione, a następnie inkubowane z kulkami pokrytymi przeciwciałami w celu wzbogacenia odporności. W "klasycznym" SISCAPA wychwycone peptydy proteotypowe są eluowane z kulek i mierzone za pomocą chromatografii cieczowej-ESI-MS (LC-MS) lub za pomocą bezpośredniej infuzji ESI-Multiple Reaction Monitoring-MS (ESI-MRM-MS)11,12. Wzbogacenie immunologiczne poprawiło czułość testu MRM o 3-4 rzędy wielkości, osiągając niski zakres ng/ml13.
W porównaniu do electrospray-MS, MALDI-MS jest szybszy i nie wymaga czyszczenia i ponownego równoważenia kolumn LC, więc nie ma problemów z przenoszeniem i zanieczyszczeniem, co czyni go bardziej odpowiednim do badań o wysokiej przepustowości14. Technologia Immuno-MALDI została opracowana w naszym laboratorium w celu połączenia wzbogacania układu immunologicznego z MALDI-MS w celu czułej i specyficznej oceny ilościowej peptydów i białek (na podstawie oceny ilościowej peptydów proteotypowych)15,16,17. Po wzbogaceniu immunologicznym kulki są umieszczane na płytce docelowej MALDI, roztwór matrycy dodaje się do kulek, a po wysuszeniu płytka jest gotowa do analizy za pomocą MALDI-TOF-MS. Elucja peptydów z kulek nie jest przeprowadzana jako oddzielny etap, ale anality związane z powinowactwem są eluowane przez roztwór matrycy MALDI po dodaniu go do plamek perełkowych, upraszczając w ten sposób przygotowanie próbki i minimalizując utratę próbki. Technologia iMALDI została zastosowana w różnych aplikacjach18,19, a ostatnio została zautomatyzowana i wykorzystana do pomiaru angiotensyny I (Ang I) w celu określenia aktywności reniny w osoczu (PRA)20. Protokół ten zademonstruje procedurę zastosowaną do przeprowadzenia automatycznego testu iMALDI. Biorąc za przykład test PRA, CV między dniami poniżej 10% zostało osiągnięte dzięki automatyzacji, z możliwością pomiaru 744 próbek dziennie20.
Test iMALDI PRA pokazany w tym manuskrypcie nie wymaga trawienia białka, ponieważ cząsteczka docelowa (Ang I) jest peptydem o masie cząsteczkowej 1295,7 Da. W innych testach, w których konieczne jest trawienie białek, a peptyd jest stosowany jako substytut nienaruszonego białka, wybrany peptyd dla iMALDI powinien być unikalny i specyficzny dla białka docelowego, o masie powyżej 800 Da, tak aby można go było łatwo odróżnić od szumu chemicznego z roztworu macierzy MALDI. Przeciwciała antypeptydowe są niezbędne do wzbogacenia immunologicznego peptydów. Protokół testu iMALDI mierzącego PRA składa się z czterech etapów: 1) wytwarzanie Ang I w ludzkim osoczu; 2) wzbogacenie immunologiczne Ang I za pomocą kulek pokrytych przeciwciałami; 3) przeniesienie koralików na tarczę celowniczą MALDI i dodanie roztworu matrycy; oraz 4) akwizycja sygnału przez MALDI-TOF-MS i analiza danych20.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ilości odczynników opisanych poniżej są oparte na pomiarze 20 próbek osocza pacjenta. Przedstawiony poniżej protokół jest zgodny z wytycznymi komitetu etycznego ds. badań na ludziach Uniwersytetu Wiktorii.
1. Generowanie Ang I w ludzkim osoczu
2. Wzbogacenie immunologiczne Ang I za pomocą kulek pokrytych przeciwciałami
3. Przenoszenie koralików na tarczę docelową MALDI i dodawanie roztworu matrycowego
4. Akwizycja sygnału przez MALDI-TOF-MS i analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zautomatyzowana procedura iMALDI do pomiaru Ang I jest pokazana w Rysunek 1. Peptydy docelowe (peptydy endogenne lub peptydy z trawionych białek) są wzbogacane na kulki magnetyczne antypeptydowe, a następnie kulki są przenoszone na płytkę docelową w celu pomiaru MALDI. Cała procedura jest uproszczona w porównaniu z innymi technologiami immuno-MS, które wymagają dodatkowych etapów elucji peptydów. Automatyzacja testu iMALDI pozwala na wysokoprzepustową analizę...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W porównaniu z konwencjonalną kwantyfikacją białek na podstawie stwardnienia rozsianego, iMALDI wykorzystuje przeciwciała do wzbogacania analitów i oczyszczania ich ze złożonych próbek, umożliwiając w ten sposób ilościowe oznaczanie białek lub peptydów w niskich stężeniach. Kluczowym krokiem w protokole iMALDI jest immunowzbogacenie docelowych peptydów. W tym celu należy wybrać przeciwciała o wysokiej swoistości i powinowactwie. W badaniu SISCAPA doniesiono, że powinowactwo przeciwciał na poziomie 10-9 M lub w...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
C.H.B posiada patent na technologię iMALDI.
Dziękujemy za wsparcie finansowe od Genome Canada i Genome British Columbia na operacje (204PRO) i rozwój technologii (214PRO) za pośrednictwem Genome Innovations Network (GIN). Dziękujemy Platformie Odkrywania Leków w Instytucie Badawczym Centrum Zdrowia Uniwersytetu McGill za wykorzystanie instrumentu MALDI-TOF do filmowania. H.L. jest wdzięczna za wsparcie w postaci stypendium podoktorskiego od National Science and Engineering Research Council of Canada (NSERC). C.H.B jest wdzięczna za wsparcie ze strony Leading Edge Endowment Fund (LEEF). C.H.B. jest wdzięczna za wsparcie ze strony Segal McGill Chair in Molecular Oncology na Uniwersytecie McGill (Montreal, Quebec, Kanada). M.X.C. i C.H.B. są wdzięczni za wsparcie ze strony Warren Y. Soper Charitable Trust i Alvin Segal Family Foundation dla Jewish General Hospital (Montreal, Quebec, Kanada).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zdrowa kontrola Biorekultywacja | ludzkiego osocza | HMPLEDTA2 | |
| Wodorowęglan amonu | Sigma Aldrich | 09830 | |
| Cytrynian amonu dwuzasadowy | Sigma Aldrich | 09833 | |
| CHAPS (>=98%) | Sigma Aldrich | C9426 | |
| Albumina z białka jaja kurzego (>98%) | Sigma Aldrich | A5503 | |
| Kwas etylenodiaminotetraoctowy | Sigma Aldrich | EDS | |
| Kwas alfa-cyjano-4-hydroksycynamonowy | Sigma Aldrich | 70990 | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami | Sigma Aldrich | P4417 | |
| Fluorek fenylometanosulfonylu | Sigma Aldrich | 78830 | |
| Kwas trifluorooctowy | Thermo Fisher Scientific | 85172 | klasa LC-MS |
| acetonitryl | Fluka | 34967 | Woda klasy LC-MS |
| Fluka | 39253 | klasy LC-MS | |
| Fluka | 320099 | LC-MS klasa | |
| Tris(hydroksymetylo)aminometan | Roche Diagnostics | 3118169001 | |
| Dynabeads Kulki magnetyczne białkowe G | Thermo Fisher Scientific | 10003D | 2.8 μ m, 30 mg/ml |
| anti-Ang I kozie przeciwciało poliklonalne | Santa Cruz Biotechnology | sc-7419 | |
| Nat i SIS Ang I | zsyntetyzowane w Centrum | ||
| Zautomatyzowany system obsługi cieczy | Agilent | 16050-102 | Zrobotyzowana stacja robocza Agilent Bravo |
| Magnes | Thermo Fisher Scientific | 12321D | Magnes Invitrogen DynaMag-2 |
| Rotator rurowy | Theromo Scientific | 400110Q | Labquake Tube Rotator |
| Magnes | Thermo Fisher Scientific | 12027 | DynaMag-96 magnes z listwą boczną |
| Magnes VP Scientific | 771RM-1 | służy do ciągnięcia koralików na dno studni | |
| MALDI-TOF | Przyrząd Bruker | Bruker Microflex LRF |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie