Tutaj prezentujemy protokół do określania specyficzności proteazy w surowych ekstraktach tkanek myszy za pomocą spektrometrii MALDI-TOF.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół do określania specyficzności proteazy w surowych ekstraktach tkanek myszy za pomocą spektrometrii MALDI-TOF.
Proteazy mają kilka funkcji biologicznych, w tym aktywację/inaktywację białek i trawienie pokarmu. Identyfikacja specyficzności proteazy jest ważna dla ujawnienia funkcji proteazy. Metoda zaproponowana w tym badaniu określa specyficzność proteazy poprzez pomiar masy cząsteczkowej unikalnych substratów za pomocą spektrometrii mas MALDI-TOF (Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight). Substraty zawierają iminobiotynę, podczas gdy miejsce rozszczepienia składa się z aminokwasów, a przekładka składa się z glikolu polietylenowego. Rozszczepiony substrat wygeneruje unikalną masę cząsteczkową przy użyciu rozszczepionego aminokwasu. Jedną z zalet tej metody jest to, że można ją przeprowadzić w jednym doniczce przy użyciu próbek surowych, a także nadaje się do oceny wielu próbek. W tym artykule opisujemy prostą metodę eksperymentalną zoptymalizowaną z próbkami wyekstrahowanymi z tkanki płucnej myszy, w tym ekstrakcję tkanek, umieszczanie substratów trawiennych w próbkach, oczyszczanie substratów trawiennych w różnych warunkach pH oraz pomiar masy cząsteczkowej substratów za pomocą spektrometrii mas MALDI-TOF. Podsumowując, technika ta pozwala na identyfikację specyficzności proteazy w surowych próbkach pochodzących z ekstraktów tkankowych za pomocą spektrometrii mas MALDI-TOF, którą można łatwo zwiększyć do przetwarzania wielu próbek.
Proteazy regulują procesy fizjologiczne poprzez rozszczepianie białek, a inicjacja aktywności proteazy w określonych momentach i miejscach jest regulowana1. Dlatego ważne jest, aby zidentyfikować ekspresję i aktywność tkanek, które są lokalnie regulowane, oraz opracować nową metodę wykrywania proteaz. Metoda zaproponowana w tym badaniu ma na celu identyfikację swoistości proteazy równolegle z wykrywaniem proteaz.
Istnieje kilka metod wykrywania specyficzności proteazy. Metoda azokazeiny jest dobrze znana ze swojego zastosowania w wykrywaniu proteaz2, ale jej zdolność do uzyskiwania dalszych informacji jest ograniczona. Zymografia to kolejna kompleksowa metoda wykrywania proteazy, która może być wykorzystana do określenia masy cząsteczkowej proteaz3, ale nie może być używana do badania specyficzności substratu. Specyficzność proteazy można określić za pomocą testów spektrometrycznych, przy użyciu substratów, takich jak p-nitroanilide4, oraz testów fluorometrycznych, przy użyciu substratów kumaryny5 lub testów rezonansu fluorescencji (FRET)6. Metody te umożliwiają wykrywanie jednorodności substratów zawartych w jednym dołku. W niniejszym badaniu specyficzność proteazy ekstraktów tkankowych jest badana w różnych warunkach, ponieważ ekstrakty te zawierają wiele proteaz. Aktywność proteazy jest regulowana przez kilka czynników, w tym pH, koenzymy, grupy protetyczne i siłę jonów. Ostatnio metody oparte na proteomice zostały wykorzystane do identyfikacji specyficzności proteazy; na przykład metoda opisana przez Biniossek i wsp. 7 wykorzystuje proteom do określenia specyficzności substratu nawet w surowych ekstraktach i pozwala na dokładne określenie aktywności rozszczepienia proteaz, które rozpoznają wiele sekwencji aminokwasów8. Metoda ta nie nadaje się jednak do analizy wielu próbek. Natomiast nasza metoda umożliwia jednoczesne przetwarzanie wielu próbek, a zastosowanie spektrometrii mas MALDI-TOF (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight) do analizy próbek ułatwia szybkie i łatwe wykrywanie rozszczepionych substratów.
Ten artykuł przedstawia metodę oceny specyficzności proteazy za pomocą spektrometrii mas MALDI-TOF do pomiaru masy cząsteczkowej unikalnych substratów. Formy molekularne rozszczepionych substratów, wraz z ich teoretycznymi masami cząsteczkowymi, są pokazane na Rysunek 1 i Tabela 1. W poprzednich badaniach wykorzystano podłoża zawierające przekładki poliglicynowe i biotynę9; Jednak te substraty są wadliwe, ponieważ sekwencja poliglicyny może zostać rozszczepiona przez enzymy, które rozpoznają sekwencję glicyny. Dodatkowo wysokie powinowactwo między awidyną a biotyną może prowadzić do niskiego wskaźnika regeneracji. Aby poprawić te wady, w tym badaniu zsyntetyzowaliśmy unikalny substrat, który składał się z glikolu polietylenowego (PEG), iminobityny i aminokwasu, który mógł zidentyfikować miejsce rozszczepienia (Rysunek 1). Aby odróżnić aminokwasy o podobnej masie cząsteczkowej, D-serynę dodano między przekładkę PEG a aminokwas w miejscu rozszczepienia.
N-koniec substratu został oznaczony iminobiotyną, co umożliwia oczyszczanie powinowactwa z surowych próbek. Stosowanie iminobiotyny zamiast biotyny ma kluczowe znaczenie; Biotyna ma silne powinowactwo do awidyny, co skutkuje niskimi wskaźnikami odzyskiwania substratów znakowanych biotyną z żywicy awidyny, podczas gdy powinowactwo iminobiotyny do awidyny może być zmienione przez pH. Substraty znakowane iminobiotyną wiążą się z awidyną w warunkach powyżej pH 9, podczas gdy awidyna uwalnia substraty znakowane iminobiotyną w warunkach poniżej pH 4. Dlatego iminobiotyna została użyta do oczyszczania powinowactwa10. Podsumowując, opisujemy szczegółowy protokół wykrywania specyficzności proteazy przy użyciu unikalnych substratów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokoły eksperymentalne na zwierzętach zostały zatwierdzone przez komisję etyki Uniwersytetu Farmaceutycznego Nihon i przeprowadzone zgodnie z wytycznymi dotyczącymi opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych Uniwersytetu Farmaceutycznego Nihon. Protokół został dostosowany do ekstraktów tkankowych pochodzących od myszy ICR. Myszy ICR zakupiono od Nippon SLC Ltd. (Shizuoka, Japonia)
1. Przygotowanie substratu znakowanego iminobiotyną
Substrat przechodzi syntezę w fazie stałej przy użyciu aminokwasów chronionych grupą 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc), jak opisano poniżej11. Skorzystaj z Tabeli 2, aby określić użyty związek Fmoc, w zależności od pożądanego aminokwasu i etapu syntezy.
2. Przygotowanie ekstraktów tkankowych
3. Trawienie substratów w modelowych proteazach i ekstraktach tkankowych
4. Oczyszczanie substratu znakowanego iminobiotyną
5. Przygotowanie próbki i spektrometria mas czasu przelotu wspomagana matrycą laserową (spektrometria mas MALDI-TOF)
UWAGA: Wszystkie roztwory w poniższych krokach powinny być przygotowane z wysokiej jakości wody do chromatografii cieczowej (HPLC) lub do sekwencjonowania aminokwasów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ocena metody identyfikacji specyficzności proteazy przez proteazę modelową
Skuteczność tego systemu została oceniona przy użyciu TPCK-trypsyny i proteazy V8, których specyficzność substratową uzyskano. Oszacowano, że trypsyna TPCK i proteaza V8 rozszczepiają sekwencję aminokwasów na C-końcu reszty lizyny i argininy oraz odpowiednio po stronie karboksylowej reszt kwasu asparaginowego i kwasu glutaminowego. Tabela 1 ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ten wykorzystuje spektrometrię mas MALDI-TOF do identyfikacji specyficzności proteazy w surowych próbkach pochodzących z ekstraktów tkankowych i może być łatwo skalowany do przetwarzania wielu próbek. W szczególności manipulowaliśmy pH, aby spowodować zmianę specyficzności substratu.
W naszym protokole wykorzystano metodę kompleksu awidyna-biotyna (ABC), która jest szeroko stosowana w biochemii ze względu na swoją specyficzność wiązania. Ze względu na silne powinowactwo ABC wiązanie a...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Ta praca była częściowo wspierana przez Grant Badawczy Uniwersytetu Farmaceutycznego Nihon z Nihon Pharmaceutical University (2016) oraz Grant MEXT KAKENHI Numer JP17854179.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Żywica Fmoc-NH-SAL (-[2,4-dimetoksyfenylo-N-(9-fluorenylometoksykarbonylo) aminometylo]żywica fenoksy) | Watanabe Chemical Co., Ltd. | A00102 | |
| N,N-dimetyloformamid (DMF) | Watanabe Chemical Co., Ltd. | A00185 | |
| piperydyna | Watanabe Chemical Co., Ltd. | A00176 | |
| Kwas trinitrobenzenosulfonowy (TNBS) | WAKO Chemical | 209-1483 | |
| O-(6-chloro-1H-benzotriazol-1-ylo)-N,N,N',N'-tetrametylofluorofosforan (HCTU) | Watanabe Chemical Co., Ltd. | A00067 | |
| 1-hydroksy-1H-benzotriazol, monohydrat (HOBt) | Watanabe Chemical Co., Ltd. | A00014 | |
| diizopropyloetyloamina (DIPEA) | Watanabe Chemical Co., Ltd. | A00030 | |
| triizopropylosilan (TIS) | Watanabe Chemical Co., Ltd. | A00170 | |
| etanedithiol (EDT) | Watanabe Chemical Co., Ltd. | A00057 | |
| Kwas trifluorooctowy (TFA) | Milipor | S6612278 403 | |
| acetonitryl | Kokusan Chemical | 2153025 | |
| kolumna nabojowa C18 | Wody | WAT051910 | |
| eter poli(oksyetyleno)oktylofenylowy | WAKO Chemical | 168-11805 | mieszający Triton X-100 |
| Kinematica | PT3100 | homogenizator Polytron | |
| Coomassie Brilliant Blue (CBB) -G250 | Nakarai Chemical | 094-09 | |
| glicerol | Nakarai Chemical | 170-18 | |
| N-tosyl-L-fenyloalanina chlorometylowy keton (TPCK)-trypsyna | Sigma-Aldrich | T1426 | |
| dimetylosulfotlenek (DMSO) | WAKO Chemical | 043-07216 | |
| sefaroza streptawidyny | GE Healthcare | 17-511-01 | |
| ZipTipC18 | Millipore | ZTC18S096 | |
| α-cyjano-4-hydroksycynamonowy kwas (CHCA) | Sigma-Aldrich | C2020 | |
| Spektrometria mas MALDI-TOF | Bruker Daltonics, Niemcy | autoflex | |
| 2-iminobiotyna | Sigma-Aldrich | I4632 | |
| Fmoc-aminokwasy | Watanabe Chemical Co., Ltd. |
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