$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
A homeostase proteica aberrante é causada por um desequilíbrio na síntese e degradação de proteínas. Diversas doenças estão relacionadas a alterações na homeostase proteica. A marca registrada de algumas doenças é a presença de agregados em diferentes locais subcelulares e áreas cerebrais. A homeostase proteica não é apenas importante na doença, mas também desempenha um papel crucial na função normal dos órgãos e células1. Por exemplo, a síntese proteica é necessária para muitas formas de plasticidade neuronal2,3, conforme determinado pelo uso de inibidores químicos que bloqueiam a síntese proteica4. No entanto, não está claro em quais tipos de células o proteoma é alterado para apoiar a aprendizagem e a memória, nem se entende quais proteínas específicas em cada tipo de célula aumentam ou diminuem sua síntese ou degradação. Assim, um estudo abrangente da homeostase de proteínas requer a capacidade de diferenciar proteomas provenientes de tipos específicos de células. De fato, a identificação de proteomas específicos do tipo celular para estudar processos celulares que ocorrem em um ambiente multicelular tem sido um obstáculo importante na proteômica. Por esse motivo, desenvolvemos uma técnica utilizando a expressão de MetRS* combinada com métodos bioortogonais que tem se mostrado uma forma eficaz de identificar e purificar proteomas específicos do tipo celular, preenchendo essa lacuna 5,6,7.
A expressão de um MetRS* mutante (MetRS L274G) permite a carga do ANL análogo à metionina não canônico no RNAt 8,9 correspondente e sua subsequente incorporação em proteínas. Quando a expressão de MetRS* é regulada por um promotor específico do tipo celular, o aminoácido não canônico será incorporado às proteínas de maneira seletiva celular. Uma vez que o ANL é incorporado nas proteínas, ele pode ser seletivamente funcionalizado por click-chemistry e, posteriormente, visualizado por imagem (FUNCAT) ou por Western Immunoblot (BONCAT). Alternativamente, as proteínas podem ser seletivamente purificadas e identificadas por espectrometria de massa (EM). Usando essa tecnologia, criamos uma linha de camundongo expressando a proteína MetRS* sob o controle da Cre recombinase. Considerando o crescente número de linhas de camundongos Cre disponíveis, o sistema MetRS* pode ser usado em qualquer campo para estudar qualquer tipo de célula de qualquer tecido para o qual exista uma linha Cre existente. A marcação de proteínas com ANL é possível in vitro ou in vivo, e não altera o comportamento do camundongo ou a integridade da proteína6. O período de tempo de rotulagem pode ser adaptado à questão científica de cada pesquisador, marcando proteínas recém-sintetizadas (tempos de rotulagem mais curtos) ou proteomas inteiros (tempos de rotulagem mais longos). O uso dessa técnica é limitado pelo número de células do tipo que o pesquisador está disposto a estudar; portanto, o isolamento proteico de tipos de células com baixo número ou baixas taxas metabólicas não é possível por este método. O objetivo do método apresentado é identificar proteínas/proteomas específicos do tipo celular marcados in vivo. Neste protocolo, descrevemos como rotular proteomas específicos do tipo celular com ANL em camundongos vivos e purificar as proteínas marcadas. Após a purificação, as proteínas podem ser identificadas por protocolos de espectrometria de massas de rotina 5,10. A redução da complexidade da amostra alcançada neste método pela purificação seletiva de proteínas de populações celulares específicas permite ao experimentador detectar mudanças sutis nos proteomas, por exemplo, em resposta a mudanças ambientais. A purificação das proteínas marcadas pode ser alcançada em ~10 dias, não incluindo a análise de EM ou o período de rotulagem. Aqui, descrevemos dois métodos para a administração de ANL em camundongos que expressam MetRS*, a saber: (1) adição do aminoácido na água potável e (2) introdução de ANL por injeções intraperitoneais. Independentemente do método escolhido para a administração de ANL, as etapas de isolamento e purificação são as mesmas (a partir da etapa 2).