Koniugacja ubikwityny z białkami oznacza je do degradacji przez proteasom i jest kluczowym procesem w proteostazie. C-końcowa grupa karboksylowa ubikwityny tworzy wiązanie izopeptydowe z grupą lizynową ε-aminową docelowego białka1,2. Ponadto ubikwityna może być przyłączana do innych modułów ubikwityny, co powoduje tworzenie jednorodnych (tj. K48 lub K11) lub rozgałęzionych (tj. niejednorodnych lub mieszanych) struktur poliubikwityny1,3. Najbardziej znaną funkcją ubikwityny jest jej rola w degradacji proteasomalnej, w której pośredniczy poliubikwityna związana z K48. Stało się jednak jasne, że zarówno mono-, jak i poliubikwitynacja odgrywają również rolę w wielu procesach, które są niezależne od degradacji przez proteasom. Na przykład łańcuchy połączone z K63 odgrywają niedegradacyjną rolę w transporcie wewnątrzkomórkowym, degradacji lizosomalnej, sygnalizacji kinazy i odpowiedzi na uszkodzenie DNA4,5. Pozostałe sześć typów sprzężeń jest mniej licznych, a ich role są nadal w dużej mierze enigmatyczne, chociaż pojawiają się pierwsze wskazówki dotyczące ich funkcji w komórce, głównie z powodu rozwoju nowych narzędzi umożliwiających wykrywanie specyficzne dla sprzężenia6,7.
Spektrometria mas stała się nieodzownym narzędziem do analiz proteomów i obecnie tysiące różnych białek z praktycznie każdego źródła biologicznego można zidentyfikować w jednym eksperymencie. Dodatkową warstwę złożoności stanowią modyfikacje potranslacyjne (PTM) białek (np. fosforylacja, metylacja, acetylacja i ubikwitynacja), które mogą modulować aktywność białek. Identyfikacja białek zawierających PTM na dużą skalę stała się również możliwa dzięki postępom w dziedzinie spektrometrii mas. Stosunkowo niska stechiometria peptydów zawierających PTM w porównaniu z ich niezmodyfikowanymi odpowiednikami stanowi wyzwanie techniczne, a przed analizą spektrometrii mas na ogół konieczne są etapy wzbogacania biochemicznego. W ciągu ostatnich dwóch dekad opracowano kilka różnych specyficznych metod wzbogacania do analizy PTM.
Ze względu na wieloaspektowość roli ubikwitynacji białek w komórce, istnieje duże zapotrzebowanie na rozwój metod analitycznych do wykrywania miejsc ubikwitynacji na białkach8. Zastosowanie metod spektrometrii mas doprowadziło do eksplozji liczby zidentyfikowanych miejsc ubikwitynacji w białkach muszek owocowych, myszy, ludzi i drożdży9,10,11,12,13,14. Ważnym krokiem było opracowanie strategii wzbogacania opartych na immunoprecypitacji na poziomie peptydów z wykorzystaniem przeciwciał skierowanych przeciwko motywowi pozostałości K-ε-GG (określanemu również jako "diglicyna" lub "diGly"). Te peptydy diGly są wytwarzane podczas trawienia ubikwitynowanych białek przy użyciu trypsyny jako proteazy15,16.
Tutaj prezentujemy zoptymalizowany przepływ pracy do wzbogacania peptydów diGly za pomocą immunooczyszczania i późniejszej detekcji za pomocą spektrometrii mas Orbitrap. Korzystając z kombinacji kilku modyfikacji istniejących procesów pracy, zwłaszcza na etapie przygotowania próbki i spektrometrii mas, możemy teraz rutynowo zidentyfikować ponad 23 000 peptydów diGly z pojedynczej próbki komórek HeLa traktowanych inhibitorem proteasomu i ~10 000 z nieleczonych komórek HeLa. Zastosowaliśmy ten protokół do lizatów zarówno z nieznakowanych, jak i stabilnych izotopów znakowanych aminokwasami w hodowlach komórkowych (SILAC) znakowanych komórkami HeLa, a także do próbek endogennych, takich jak tkanka mózgowa.
Ten przepływ pracy stanowi cenne uzupełnienie repertuaru narzędzi do analizy miejsc ubikwitynacji w celu odkrycia głębokiego ubikwitinomu. Poniższy protokół szczegółowo opisuje wszystkie kroki przepływu pracy.