Lipoproteiny bakteryjne charakteryzują się konserwatywną N-końcową cysteiną modyfikowaną lipidowo, która zakotwicza domenę białka globularnego na powierzchni błony komórkowej. Są one powszechnie rozmieszczone w bakteriach, stanowiąc od 2 do 5% wszystkich genów komórkowych w typowym genomie1. Lipoproteiny odgrywają kluczową rolę w wielu różnych procesach komórkowych, w tym w pobieraniu składników odżywczych, transdukcji sygnału, składaniu kompleksów białkowych oraz w utrzymaniu integralności strukturalnej otoczki komórkowej2. W bakteriach chorobotwórczych lipoproteiny służą jako czynniki wirulencji3,4. Podczas infekcji rozpoznanie N-końcowych lipopeptydów przez receptor Toll-podobny (TLR) 2 wywołuje wrodzoną odpowiedź immunologiczną w celu usunięcia atakujących patogenów. W zależności od N-końcowego stanu acylacji, lipoproteiny są na ogół rozpoznawane przez alternatywne kompleksy heterodimeryczne TLR2. TLR2-TLR1 rozpoznaje N-acylowane lipopeptydy, podczas gdy TLR2-TLR6 wiąże wolne zakończenia lipopeptydowe α-aminowe. Po związaniu szlaki sygnałowe zbiegają się, aby indukować wydzielanie cytokin prozapalnych3,4.
Wcześniej sądzono, że lipoproteiny bakterii Gram-dodatnich były diacylowane, a te z bakterii Gram-ujemnych były triacylowane, różniąc się brakiem lub obecnością kwasu tłuszczowego związanego z amidem na konserwatywnej N-końcowej reszcie cysteiny. Założenie to zostało poparte brakiem ortologów sekwencji w genomach Gram-dodatnich do Lnt, Gram-ujemnej N-acylowej transferazy, która tworzy triacylowane lipoproteiny5. Jednak ostatnie badania wykazały triacylację lipoprotein w Gram-dodatnich firmicutes, które nie mają lnt, a także trzy nowe N-końcowe struktury lipoproteinowe, zwane formami peptydylu, lizo i N-acetylu6,7,8. Odkrycia te rodzą pytania o możliwe, jeszcze nieodkryte formy lipoprotein, a także fundamentalne pytania o to, jak powstają te nowe lipoproteiny i jaki fizjologiczny cel lub korzyść dają różne formy. Co więcej, wyraźnie pokazują one obecną niezdolność genomiki do przewidywania struktury lipoprotein. Rzeczywiście, niedawno zidentyfikowaliśmy nową klasę lipoprotein N-acyl transferazy, zwaną Lit, od Enterococcus faecalis i Bacillus cereus, która tworzy lipoproteiny w formie lizo9. Wskazuje to na potrzebę eksperymentalnej weryfikacji struktury lipoprotein, co może być trudne ze względu na ich wyjątkowo hydrofobowy charakter i ograniczone dostępne metody charakteryzowania ich struktury molekularnej.
Aby ułatwić badania nad indukcją lipoprotein w odpowiedzi immunologicznej gospodarza, jak również N-końcowym określeniem strukturalnym, dostosowaliśmy kilka wcześniej opisanych protokołów w celu oczyszczenia lipoprotein bakteryjnych i przygotowania N-końcowych lipopeptydów tryptycznych do analizy przez MALDI-TOF MS6,10,11,12. Lipoproteiny są wzbogacane przy użyciu uznanej metody podziału faz Triton X-114 (zwanej dalej środkiem powierzchniowo czynnym lub TX-114), z optymalizacją w celu usunięcia zanieczyszczających nie-lipoprotein i zwiększenia wydajności lipoprotein. Te lipoproteiny nadają się do bezpośredniego stosowania w testach TLR lub do dalszego oczyszczania przez SDS-PAGE. W przypadku MALDI-TOF MS przeniesienie lipoprotein do błony nitrocelulozowej stanowi rusztowanie do wydajnego trawienia trypsyny in situ, płukania, a następnie elucji z powierzchni błony, w wyniku czego powstają wysoce oczyszczone N-końcowe lipopeptydy. Wykazano, że nitroceluloza ułatwia obsługę próbek i poprawia pokrycie sekwencji wysoce hydrofobowych peptydów z integralnych białek błonowych13,14, a także lipoproteiny9,10. Dodatkową zaletą metody jest frakcjonowanie peptydów w oparciu o polarność, dzięki czemu pośrednie roztwory płuczące mogą być analizowane w celu identyfikacji białek o wysokim poziomie pewności jednocześnie z N-końcowym oznaczaniem strukturalnym w jednym eksperymencie. Protokół ten w unikalny sposób charakteryzuje się celowym tworzeniem adduktów sodu w celu promowania fragmentacji jonów macierzystych w kierunku jonów dehydroalanylowych podczas MS / MS, pomagając w strukturalnym przypisaniu stanu N-acylacji. N-koniec jest zarówno najbardziej zmienną, jak i kluczową cechą związaną z rozpoznawaniem lipoprotein TLR. Podsumowując, protokół ten pozwolił na intensywne i powtarzalne badania lipoprotein, a poszczególne etapy oczyszczania i oznaczania strukturalnego za pomocą MALDI-TOF MS można łatwo dostosować w zależności od ogólnego celu eksperymentu.