Этот метод описывает оценку глобальных изменений в топологии цепи убиквитина. Оценка проводится с помощью подхода, основанного на масс-спектрометрии, целенаправленной протеомики.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Этот метод описывает оценку глобальных изменений в топологии цепи убиквитина. Оценка проводится с помощью подхода, основанного на масс-спектрометрии, целенаправленной протеомики.
Оценка глобального профиля топологий убиквитиных цепочек в протеоме представляет интерес для ответа на широкий спектр биологических вопросов. Протокол, изложенный здесь, использует модификацию диглицина (-GG), оставленную после триптического пищеварения убиквитина, включенного в цепочку. Путем количественной оценки этих топологически-характерных пептидов можно определить относительное изобилие каждой топологии цепи убиквитина. Сообщается о шагах, необходимых для количественной оценки этих пептидов путем параллельного мониторинга реакции с учетом стабилизации убиквитиных цепей. Подготовка тяжелых элементов управления, клеточный лиз и пищеварение описаны вместе с соответствующей установкой масс-спектрометра и рабочим процессом анализа данных. Представлен пример набора данных с возмущениями в топологии убиквитина, сопровождаемый примерами того, как оптимизация протокола может повлиять на результаты. Следуя изложенным шагам, пользователь сможет провести глобальную оценку ландшафта топологии убиквитина в их биологическом контексте.
Тесная регуляции белковой функции и стабильности имеет первостепенное значение, поскольку они являются основными факторами фенотипического контроля биологии. Функция белка построена из двух компонентов: его внутренней полипептидной последовательности и любых посттрансляционных модификаций (ПТМ). Были выявлены различные химические ПТС, включая гликозилирование, фосфорилирование, ацетилирование и метилирование1. В 1975 году Гольдштейн и др.2 определили небольшой белок и назвали его убиквитином из-за его вездесущей природы. Убиквитин оказался важным в деградации белка3. Однако с тех пор было установлено, что функция убиквитина как сигнальной молекулы выходит далеко за рамки регуляции белковой стабильности. Убиквитин сигнализации участвует в широком спектре других биологических функций, таких как стабилизация белка, аутофагия, контроль клеточного цикла, и торговлябелками 4.
В то время как другие ПТМ, как правило, двоичные (т.е. белок изменяется или остается неизмененным) для данного сайта, убиквитин может модифицировать белок как мономер, так и как полимерную цепь, при этом сам убиквитин прикрепляется. Кроме того, эта цепочка полиубикитинации может развиваться в нескольких топологиях с убиквититацией предыдущего убиквитина, прикрепляемого к одному извосьми мест связи 5,6. Убиквитин передается многоступенчатым энзиматический процесс (Рисунок 1), где C-терминус убиквитина связан с одним из семи остатков лизина (K06, K11, K27, K29, K33, K48, или K63) или N-терминал предыдущего убиквитина (называется M1 или линейной убиквитина)5. Эта топология цепи является ключом к судьбе белка в модификации. Например, модификация с цепочкой K48 или K11 приводит к деградации модифицированного белка у протеасомы, в то время как линейная цепь необходима для активации сигнализации NF-kB. Таким образом, относительное распределение этих цепных топологий имеет отношение к широкому кругу биологических вопросов.
Использование масс-спектрометрии (MS) имеет особое значение для анализа топологии цепи убиквитина, поскольку она не зависит от антител на основе или сродства наоснове взаимодействий 7,8, многие из которых имеют ограниченную специфичность и не различают различные типы цепи. Другая возможность обнаружения использует генетически модифицированных мутантов убиквитина. Здесь на аргинин обменивается специфический лизин, который не может поддерживать модификацию убиквитином. Отсутствие образования цепи убиквитина на субстратовый белок затем интерпретируется как доказательство для конкретной топологии9.
MS-идентификация убиквитинированных белков основана на том факте, что C-терминус убиквитина содержит остатки аргинина в положении 74, который распознается трипсином во время протеолитического приготовления образцов для анализа MS, отделяя C-терминальный двойной глицин. Этот GlyGly (-GG) остается ε к группе аминокислот лизина остатков субстрата белка. Для анализа топологии убиквитина, модификация происходит на одном из семи остатков лизина убиквитина. Это создает набор из семи ключевых пептидов, которые несут остатки лизина, который изменяется GG, специфичный для каждой из топологий(рисунок 2). Например, с K06 топологии, лизин на позиции 6 на аминокислотной последовательности будут защищены от триптического пищеварения с -GG модификации 114 Da добавил к этому лизин.
Идентификация конкретных предопределенных пептидов MS называется целевой протеомией, или, более конкретно, целевым приобретением пептида10. В зависимости от производительности используемого масс-спектрометра разработаны два метода. Это отдельный мониторинг реакции (SRM), также называемый множественным мониторингом реакции (MRM), и параллельный мониторинг реакции (PRM). SRM включает в себя выбор переходов, состоящий из прекурсора m/z и продукта ион m/z. И наоборот, PRM требует только прекурсора m/z. После выбора выполняется полное обследование ионов продукта. Это имеет то преимущество, что никакой выбор соответствующих ионов продукта для количественной оценки на конкретный масс-спектрометр не требуется доизмерения 11. И SRM, и PRM могут, в зависимости от инструмента, быть запланированы. Планирование – это практика присвоения тайм-окну, в течение которого определенный ион будет включен для анализа, так как пептиды eluting в определенное время удержания из хроматографической системы. Сокращение числа ионов, допрашиваемых в любой момент времени, увеличивает частоту допросов тех ионов, которые были запланированы в то время, тем самым повышая точность данных.
В целом, применение целевой протеомики для убиквитин топологии такой же, как и любой другой целенаправленный эксперимент протеомика. Однако важны два ключевых отличия: во-первых, необходимо учитывать стабильность убиквитиных цепей. Существует несколько мощных деубикитинирующих ферментов (ДУБ), которые быстро деградируют цепи при клеточномлизе. Протеазы, специфичные для убиквитина, подразнятся на две категории: тиоэстеразы и металлопротеазы. Большинство убиквитин-гидролазы являются тиоэстеразы и нести остатки цистеина в их активном центре. Путем alkylating этот остаток цистеин, они могут быть инактивированы. Таким образом, использование буферов стабилизации убиквитина, содержащих алкилатные агенты, такие как N-этилмалеимид (NEM), и высоко денатурированных химических веществ, и сохранение образцов охлажденными имеет жизненно важное значение для успешного анализа. Во-вторых, в отличие от других целевых экспериментов, выбор пептида фиксируется. В типичном целевом эксперименте протеотипический пептид может быть выбран для хорошей хроматографической и ионизации. Для некоторых топологически-характерных пептидов, таких как K48 эти свойства хороши, в то время как для других, они менее желательны. Например, хроматография K33 в типичной установке обратной фазы плоха из-за формирования растянутого профиля элюции, а плохие свойства ионизации пептида K27 снижают его видимость на MS12.
В этом протоколе мы описываем, как выполнить туплологическую оценку убиквитина биологического образца PRM. Примерные данные для процедуры представлены с использованием возмущения протеасомы с помощью ингибитора MG-132 лечения в нескольких различных типов клеток.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Подготовка тяжелого пептидного стандарта
2. Пример подготовки
3. Анализ LC-MS/MS
4. Анализ программного обеспечения
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Чтобы продемонстрировать использование анализа цепи убиквитина PRM, были отобраны три клеточные линии: линия клеток мыши меланомы B16 и две общие линии клеток человека A549 (аденокарциномические альвеолярные базальные эпителиальные клетки) и HeLa (раковые клетки шейки матки). Эти культуры выросли до средней фазы в соответствующих средствах массовой информации, прежде чем лечить 0, 10, или 100 мМ МГ-132 за 4 ч до сбора урожая. MG-132 является ингибитором протеасомы, предотвращая деградацию убиквитин-спряженных белков прот...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Анализ состояния убиквитина в протеоме имеет все большее значение для широкого спектра биологических вопросов. Описание состояния убиквитина образца должно быть сосредоточено не только на профиле убиквитинированных белков, но и на топологии такого убиквитина. Оценка этой топологии целевым MS, как описано здесь, играет определенную роль в широком спектре биологических исследований.
Следует понимать, что изложенный здесь протокол содержит глобальный профиль топологии. Использование подхода проте...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствие конкурирующих интересов.
Авторы хотели бы поблагодарить Селин Джинти за помощь в создании клеточных гранул с лечением MG-132, как описано в репрезентативных результатах, и Элизе Моммертс за ее предоставление гранул кишечной палочки, используемых в протоколе.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Ацетонитрил (ACN) | Merck | 100029 | |
| бикарбонат аммония (ABC) | Fluka | 9830 | |
| Centrifuge | Beckman Coulter | Microfuge 16 | |
| Хлорацетамид (CAA) | Sigma | 22790 | |
| Eppendorf LoBind | Eppendorf | 22431081 | |
| муравьиной кислотой (FA) | Thermo Fisher Scientific | 85178 | |
| Тяжелые пептиды | JPT Peptide Technologies | ||
| ВЭЖХ | Dionex | Ulitimate 3000 | |
| LC Колонка | Thermo Fisher Scientific | 160321 | |
| Lys C | Wako | 125-05061 | |
| Масс-спектрометр | Thermo Fisher Scientific | Q-Exactive Plus | |
| N-этилмалеимид (NEM) | ACROS Organics | 156100050 | |
| Цепь положительного контроля K48 | Boston Biochem | UC-240 | |
| Цепь положительного контроля K63 | Boston Biochem | UC-340-100 | |
| Цепь положительного контроля M1 | Boston Biochem | UC-710B-025 | |
| Гидроксид натрия (NaOH) | Sigma | S5881 | |
| Соникатор | Branson | SFX 150 | |
| Термомиксер | Eppendorf | Термомиксер Comfort | |
| кислота (TFA) | Sigam | T6508 | |
| Трис(2-карбоксиэтил)фосфин (TCEP) | Thermo Fisher Scientific | 77720 | |
| Трипсин | Promega | V1511A | |
| Мочевина | Сигма | 51456 | |
| Воды μ Элюция C18 пластины | Waters | 186002318 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.