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Medicine

采样使用超探头棒棒糖样的土著人的唾液多肽:简化和增强肽的临床质谱检测

Published: August 7, 2012 doi: 10.3791/4108

Summary

考虑为今后的临床应用唾液取样,棒棒糖般超滤(LLUF)的探针制作,以适应在人类口腔。直接未消化唾液NanoLC-LTQ质谱分析表明LLUF探头的能力,消除大量的蛋白质和高丰度蛋白,使更多检测​​低丰度肽。

Abstract

虽然人类唾液蛋白质和多肽已显示1-2 majorly确定从唾液蛋白的胰蛋白酶消化。土著人的唾液多肽的鉴定没有事先与外源酶消化成为当务之急,因为在人类唾液中的原生肽提供的潜在价值,为诊断疾病,预测疾病的进展,并监测治疗效果。适当的采样是提高土著人的唾液多肽鉴定的关键一步。抽样涉及人类唾液离心去除碎片3-4传统方法可能太费时,是适用于临床使用。此外,通过离心去除碎片可能无法清理,大部分受感染的病原体和去除高丰度蛋白质,常常阻碍了鉴定低丰度多肽。

传统的蛋白质组学方法,PRI共轭玛利莲利用二维凝胶电泳(2-DE)凝胶与凝胶消化能找出很多的唾液蛋白质5-6。然而,这种方法一般是不够敏感的检测低丰度的肽/蛋白质。液相色谱 - 质谱(LC-MS法)为基础的蛋白质组学是一种替代,它可以识别2-DE分离,恕不另行蛋白质。虽然这种方法提供了更高的灵敏度,它一般需要事先样品预分馏7预消化和胰蛋白酶,这使得它难以用于临床。

规避由于样品制备质谱的障碍,我们已经开发出一种技术叫做毛细管超滤(CUF)探针8-11。从我们的实验室数据表明,的CUF探测器能够捕捉各种动物在一个充满活力和微创的方式8微环境的蛋白质在体内 -11。没有离心是必要的,因为通过简单的样品采集过程中撤回注射器负压创建。 CUF探针结合的LC-MS已成功确定了胰蛋白酶消化的蛋白质8-11。在这项研究中,我们创建一个棒棒糖般的超滤(LLUF)探头,可以很容易地适合于人类口腔升级的超取样技术。没有胰蛋白酶消化的LC-MS直接分析表明,人类唾液本国包含许多肽来自各种蛋白质的片段。 LLUF探头采样唾液避免离心,但有效地消除了许多大型及高丰度蛋白。质谱结果表明,许多低丰度肽后,筛选出较大的蛋白质与LLUF探针检测。多步样品色谱分离检测低丰度唾液肽独立。为临床应用,LLUF探头纳入D可以用LC-MS在未来可能被用来从唾液,以监测疾病的进展。

Protocol

1。创建LLUF探头

  1. 聚醚砜膜(2厘米2)密封边界桨环氧树脂胶合膜与的三角形聚丙烯桨(美国加州大学圣迭戈分校)。分子量为30 kDa的截止(截留分子量),聚醚砜与带负电荷的膜。
  2. 聚四氟乙烯氟化乙烯丙烯管(内径/外径,0.35/0.50厘米)被连接到了一个三角形的聚丙烯桨缸退出,所以LLUF探头,可以连接到20毫升的注射器。
  3. 进入人体的唾液浸泡后,在培养皿中(直径50毫米),聚醚砜膜,负压创建撤回注射器。注射器负压驱车从唾液样品蛋白质超滤过程。
  4. 探针用70%酒精过夜,使用前消毒。要表现出适当的密封,我们定位成一个解决方案LLUF探头TION含有蓝色葡聚糖(50毫克/毫升),平均为2小时2000 kDa的分子质量。蓝色葡聚糖中收集的样本的情况下,无泄漏,在探针的制备和抽样。

2。唾液收集

  1. 全唾液收集从三个健康志愿者服用任何药物(两名男性和一名女性之间的年龄在20和40),牙龈炎或蛀牙6没有明显的迹象。
  2. 后用清水冲洗口腔,唾液样品收集由随地吐痰,无化学刺激,成冰水冷船只。
  3. 所有样品均汇集和收集过程中,在冰库内。
  4. 申请LLUF探头采样后,立即集合,唾液(200μL)。在4°C室进行抽样。
  5. 带或不带LLUF探头收集唾液中的蛋白质(1.0微克/微升),直接受到纳米立法质量小号未经酶解pectrometry分析。蛋白质浓度测定使用Bio-Rad公司的蛋白含量12。

3。 NanoLC的LTQ质谱分析

  1. 联合国消化的唾液样本(5μL)直接加载到,Eksigent自动进样器NanoLC系统的陷阱列,使用100%的缓冲(2%乙腈%甲酸)。 NanoLC,再加上线,在Finnigan LTQ质谱仪。
  2. 样品装载和洗涤后,阀门切换,被送到了500 nL / min的线性梯度陷阱和分离柱(10厘米长,内径100微米,内部Synergi 4微米C18的包装)。渐变是从0到50%缓冲液B(80%乙腈%甲酸)在45分钟。
  3. 神剑传奇的数据依赖模式的nanoLC的LTQ MS仪器操作。强度1×10 5以上的四个最强的MS离子的MS / MS光谱采集与动态排斥启用和碰撞能量设置为35%。
  4. 每个样品运行的NanoLC的LTQ MS系统的两倍。从三个不同的制剂样品使用。 补充表1和表2中列出了三个独立样本中检测到的肽。代表的NanoLC LTQ质谱如图3所示。

4。数据分析和蛋白质数据库搜索

  1. 每个RAW文件转换到一个mzXML使用Readw.exe文件。
  2. mzXML文件输入到SEQUEST巫师2系统,对人类数据库由相应的国家生物技术信息(NCBI)的蛋白质数据库,采用非专一性中心产生了搜查。母离子的质量公差为1.5大。 16大的一个分子质量差搜索氧化蛋氨酸。
  3. SEQUEST搜索后,结果自动过滤,验证1ð显示PeptideProphet和ProteinProphet [系统生物学研究所(顺义)。 PeptideProphet估计,肽的任务是“正确”与“不正确的”,它的的SEQUEST成绩(Xcorr,ΔCn,SP,可吸入悬浮粒子)和其他信息确定每个肽序列的基础上,全面的概率(P)得分。每个分配给MS / MS谱图肽的基础上的蛋白质,ProteinProphet计算的概率得分从0到1。
  4. 为了尽量减少假阳性鉴定,我们采用了严格的筛选标准。首先,最小P得分截止0.8任何公认的肽,以保证非常低的错误(远低于3%)和相当不错的灵敏度。第二,所有肽> 0.8带够得分必须有高在同一时间互相关(Xcorr)得分:1.9,2.2,3.0 +1,+2,+3负责。

5。口腔细菌去除LLUF探头

  1. LLUF探测的能力,以确定删除口腔中的细菌,探头收集LLUF(第3节)之前和之后的唾液传播细菌检测平板。
  2. 好氧菌生长抗生素劳里亚-Bertani(LB),在37°C琼脂板一天。
  3. 厌氧细菌对抗生素的布氏肉汤琼脂平板(屋宇署,火花,MD)在厌氧条件下,使用天然气白(BD公司,加利福尼亚州圣何塞市)在37°C,一天生长。

6。代表结果

1。 LLUF探头和采样唾液在一个模拟口腔环境中的制造

如果采样唾液可以作为吮吸棒棒糖执行,程序将避免吐唾沫在唾液收集装置13-14退化。重要的是,它也将成为可能和本地动态监测患者口腔的。此外,如果可以简化样品制备用唾液,医生便很容易facilitate的程序,以加速他们的决定,在未来的临床操作。质谱是一个最敏感的技术来检测,甚至在很短的时间内蛋白质序列。然而,复杂的样品制备程序阻碍了这项技术在临床使用。此外,它是已知的高丰度蛋白质或蛋白质分子量高,临床标本中(如唾液中的淀粉酶)质谱分析的面具15-16低丰度蛋白质。为了克服上述障碍,我们开发了一个棒棒糖般的超滤装置,名为LLUF探头( 图1)。带负电荷的聚醚砜膜在截留分子量30 kDa的( 图1A,粘聚丙烯桨( 图1A,B),)。它被安置在前面的LLUF探针筛选出较大的蛋白质,唾液中的意图。以模仿人类口腔环境( 图1A,G),海绵( 图1A,E)被浸泡在唾液的培养皿( 图1A,F)。注射器( 图1A,D)完全撤出后,过滤唾液开始沿着连接管( 图1A,C)和收集。

2。土著唾液多肽鉴定NanoLC的LTQ质谱

比较LC色谱图,我们发现不同的唾液色谱LLUF采样( 图2)前后,表明有LLUF取样后唾液中不同的蛋白质组成。 ,以确定蛋白质的组成,我们采用NanoLC-的LTQ质谱,被称为是能够及时从多种蛋白质混合物的序列肽。更重要的是,简化样品准备用于临床目的,没有化学或酶消化的整个唾液申请NanoLC的LTQ质谱分析。不料,131肽我们重新确定未消化的唾液( 参考表1)。这些肽是从各种富含脯氨酸的蛋白,肌动蛋白,α-淀粉酶,α1球蛋白,β球蛋白,histain 1,1角蛋白,粘蛋白7,聚免疫球蛋白受体,satherin,和S100A9的片段。二十六个独特的多肽被确定唾液中后过滤LLUF探头( 参考表2)。这些肽是主要来自各种富含脯氨酸的蛋白产生的碎片。如聚免疫球蛋白受体(83.24 kDa的)和α-淀粉酶,蛋白质的多肽不到,显示出较大和丰富的蛋白质去除LLUF探测能力。一个内部的α-淀粉酶肽相应的PFIAIHAEAESKL肽的MS / MS谱如图3A所示。最有趣的是,取出后较大的蛋白质,18 26的测序肽成为检测探头采样LLUF唾液( 1)。这18肽,富含脯氨酸的蛋白或假想蛋白,结束了脯氨酸(P) -来自谷氨酰胺(Q)(PQ)的,SR-SP的或PP C-末端图3B显示一个MS / MS。在探头采样LLUF唾液检测的PQGPPQQGGHPRPP肽谱。肽可能来自富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科1和2( 表1)。

图1
图1。组成 小组 LLUF探头和从模仿人类口腔全唾液采样 :( )( )与一个30 kDa的截留分子量半透聚醚砜二)聚丙烯桨;聚四氟乙烯氟化乙烯丙烯管; )B组 :20 ml注射器。海绵(E)(拟仿舌)浸泡到培养皿中含有人体唾液创建(F)人造人的口腔(G)。所产生的负面压力完全撤出注射器驱动器收集的流体沿着连接管( 箭头 ),并朝着建立空间( 箭头 )注射器内移动。酒吧:2.0厘米。

图2
图2。差分LC / MS / MS的色谱前后唾液LLUF采样。人类唾液中的蛋白质(1.0微克/微升),未经过滤或与LLUF探头。没有胰蛋白酶消化的蛋白质直接受到NanoLC-的LTQ MS是Eksigent纳米液相色谱系统的共轭材料和方法。基峰色谱唾液(与44 MIM保留时间)前(A)乙)LLUF采样进行说明。

图3
图3。探测器TION NanoLC LTQ质谱测序。唾液蛋白唾液多肽前(A)二)抽样LLUF探头在实验过程描述NanoLC的LTQ质谱分析后。从自然的人类唾液唾液多肽衍生酶解证明补充表1和表2。源自α-淀粉酶一肽(PFIAIHAEAESKL)的独家收集与LLUF探针(A)的唾液样本中没有检测到,说明在去除大分子蛋白质的能力LLUF探头。许多肽-PQ的,-SR-SP或PP C-末端仅在后超滤LLUF的探针样品。一个来自各种富含脯氨酸的蛋白肽(PQGPPQQGGHPRPP)(b)所示。 MS / MS的光谱特征“Y”和“B”系列离子证实双方肽的身份。

图4
<强图4去除口腔细菌在LLUF探头使用。构建一个LLUF探针材料和方法所述。探头定位到人的唾液内的一个模拟口腔环境( 图1)。被撤销的注射器在LLUF探头年底创建一个负压力,促使唾液采样超滤过程。采样期间,全唾液越过选择性通过聚醚砜膜和注射器内积累。全唾液采样前与LLUF探针作为对照。唾液后探针取样LLUF(10μL)伸长琼脂平板上的细菌检测。A组 :唾液(+ LLUF)和无(“+ LLUF)LLUF探头采样伸长抗生素端侧的LB琼脂平板在37°C间一天,B组 :与不LLUF探头采样唾液传播上无抗生素的布氏肉汤琼脂平板厌氧条件下使用天然气白(BD公司,加利福尼亚州圣何塞市)在37°C,一天。细菌没有增长LLUF探头采样唾液传播的平板上,展示LLCF探头在消除有氧以及厌氧口腔细菌的能力。酒吧:1.0厘米。

肽序列/测量肽质量 登录号 名称
1 AGNPQGPSPQGGNKPQ
GPPPPPGKPQ

2485.3
GI | 41349484 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科1亚型2前兆
GI | 41349482 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科1亚型1前兆
GI | 60301553 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科2
2 GGHQQGPPPPPPGKPQ
1576.9
GI | 4826944 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科2
GI | 9945310 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科1
3 GPPPAGGNPQQPQAPPA
GKPQGPPPPPQGGRPP
3126.2
GI | 37537692 富含脯氨酸的蛋白质BstNI亚科4易制毒化学
4 GPPPPGGNPQQPLPPPAGKPQ
2028.3
GI | 113423660 预测:假定蛋白
5 GPPPPGKPQGPPPQGDKSRSP
2077.8
GI | 113423262 预测:假定蛋白亚型5
GI | 41349482 富含脯氨酸的蛋白BST倪亚科1亚型1前兆
GI | 60301553 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科2
GI | 113423663 预测:假定蛋白
GI | 41349484 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科1亚型2前兆
GI | 41349486 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科1亚型3前兆
6 GPPPPPPGKPQGPPPQ
GGRPQGPPQGQSPQ
2918.5
GI | 9945310 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科1
7 GPPPQEGNKPQRPPPPGRPQ
2131.3
GI | 113423660 预测:假定蛋白
8 GPPPQGGNKPQGPPPPGKPQ
2030
GI | 113423663 预测:假定蛋白
GI | 41349482 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科1亚型1前兆
GI | 113423262 预测:假定蛋白亚型5
GI | 60301553 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科2
9 GPPPQGGRPQGPPQGQSPQ
1866.6
GI | 4826944 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科2
10 GPPQQGGHPPPPQGRPQ
1713.8
GI | 9945310 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科1
GI | 4826944 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科2
11 GPPQQGGHQQGPPPPPPGKPQ
2083.1
GI | 9945310 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科1
GI | 4826944 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科2
12 GRPQGPPQQGGHQQGP
PPPPPGKPQ
2512.6
GI | 4826944 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科2
GI | 9945310 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科1
13 NKPQGPPPPGKPQGPP
PQGGSKSRSSR
2720​​.2
GI | 113423262 预测:假定蛋白亚型5
GI | 113423663 预测:HYpothetical蛋白
14 PQGPPQQGGHPRPP
1450.1
GI | 9945310 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科1
GI | 4826944 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科2
15 QGRPQGPPQQGGHPRPP
1791.1
GI | 4826944 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科2
GI | 9945310 富含脯氨酸的蛋白HaeIII亚科1
16 SPPGKPQGPPPQ
1186.9
GI | 113423262 预测:假定蛋白亚型5
GI | 41349482 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科1亚型1前兆
GI | 60301553 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科2
GI | 113423663 预测:假定蛋白
GI | 41349484 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科1亚型2前兆
GI | 41349486 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科1亚型3前兆
17 SPPGKPQGPPPQGGNQ
PQGPPPPPGKPQ
2720​​.3
GI | 113423663 预测:假定蛋白
GI | 41349482 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科1亚型1前兆
GI | 113423262 预测:假定蛋白亚型5
GI | 60301553 富含脯氨酸的蛋白BstNI亚科2
18 SPPGKPQGPPQQEGNKPQ
1870.9
GI | 37537692 富含脯氨酸的蛋白质BstNI亚科4易制毒化学

表1。肽专门在LLUF收集样品检测。

参考表1。 点击这里查看补充表1

参考表2。 点击这里查看补充表2

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Discussion

我们已经发现,许多未消化在人类唾液中存在的多肽片段。这些多肽片段是从富含脯氨酸的蛋白,肌动蛋白,α-淀粉酶,α1球蛋白,β球蛋白,histain 1,1角蛋白,粘蛋白7,聚免疫球蛋白受体,satherin,S100A9的各种形式的衍生工具。有可能是未定的切割位点的多肽生产作出贡献的许多因素。例如,一些多肽片段可能是人类唾液中自然存在的。许多与PQ的C-末端肽( 表1和补充表1和2)。富含脯氨酸的蛋白可分为酸性,碱性或糖化蛋白聚集在一个地区17个基因编码。超过30种不同的富含脯氨酸的蛋白结果等位基因变异,差RNA剪接,蛋白加工,翻译后修饰17。分泌后,酸性富含脯氨酸PROTEIN的迅速附着到牙齿表面和潜在的先天免疫肽的降解牙菌斑蛋白质18-19。革兰氏阴性和革兰氏阳性菌表达的各种糖苷酶和蛋白酶18。据报道,酸性富含脯氨酸的蛋白可以是潜在的先天免疫肽的降解,口腔链球菌放线菌物种18。谷氨酰胺(GLN) -甘氨酸(Gly)卵裂是生物学方面的唾液中酸性富含脯氨酸的蛋白和生产细菌结合PQ的C -总站18,20-22细菌降解的关键。 -PQ的结合,富含脯氨酸的蛋白细菌总站被证实在体外实验中使用合成RGRPQ五肽18。在我们的数据协议,律政司司长费舍尔的研究小组能够确定几个未消化人类腮腺唾液23-PQ的C-末端肽,建议与PQ的C-末端的肽可能在本国存在人类全唾液。人的唾液中含有多个肽-PQ的C-末端可作为先天免疫肽18,19。当口腔细菌存在,富含脯氨酸的蛋白可能瞬间打破-PQ的C-末端的各种碎片,为了有效地杀灭细菌。

未消化的唾液中存在的多肽片段的另一个原因是,一些全唾液中存在的内源性蛋白酶的可能仍然活跃在样品制备24-25。发生在这些蛋白质在口腔内源性蛋白酶的卵裂可能继续之前质谱分析。例如,粘蛋白可以降低到一个较小的形式,更在细菌清除26主管唾液蛋白酶裂解。它也有可能是由口腔细菌蛋白酶切割5月之前或之后,唾液收藏品的口头蛋白质N。它已被记录在案,一些唾液蛋白可从口腔链球菌放线菌物种27-29蛋白酶砍伤。

半透膜是一种LLUF探头的关键组成部分。该膜是必要的,有选择性地去除较大的物质,包括蛋白质,口腔中的细菌和碎片。 LLUF作为一种选择性屏障,允许通过某些组件,并拒绝在人工口腔中的其他组件。半透膜允许小分子通过膜的传递,同时排除大分子。从我们实验室最近的数据表明,LLUF探头可有效去除口腔细菌好氧和厌氧( 图4)。之前和后与LLUF探头收集唾液样本分布上无抗生素的平板和好氧和厌氧条件下培养。细菌不生长琼脂板时,探针被与LLUF蔓延唾液采样,展示LLUF探头清除口腔细菌有氧和无氧能力。我们搜查了所有的光谱,以人为本的数据库,不包括人类口腔微生物的蛋白质数据库。如果可以建立一个全面的口腔微生物蛋白数据库,口腔微生物鉴定蛋白质/多肽将成为可能。使用一个有机膜(聚醚砜),编造LLUF探头。虽然被称为膜有一个30 kDa的截留分子量,采样性能还取决于其他因素,如唾液中的蛋白质30对膜表面的负电荷的相互作用。在pH值和温度,以及在口腔中的复杂性蛋白质的变化也影响采样性能。我们的数据表明,18肽专门LLUF探头采样唾液( 见表1)。 C-末端肽结束与电能质量,-SR-SP或聚丙烯主要来自脯氨酸丰富的proteins。据报道,净负电荷的富含脯氨酸的蛋白显示很强的吸附带负电荷的表面31。

总之,在检测前LLUF探头在未来,半透膜蛋白质的特定群体的企图可能会使用各种孔径和材料,有不同的表面电荷改变。例如,纳滤膜孔径范围从0.05微米至1纳米,可以分开病毒的唾液样本32。 LLUF探头也可用于监测的各种物质,如唾液样本中的葡萄糖和乳酸浓度。虽然取得了超滤膜通过离心超滤33利用蛋白质分离,他们已经很少被用来收集通过负压跨半透膜中的应用蛋白质。与如傅立​​叶ţ先进的质谱仪联LLUF探头离子回旋共振ransform(的FT-ICR)可能允许确定完整的唾液蛋白质34-35。值得注意的是,上线的唾液蛋白质和多肽的动态模式分析可能LLUF探针的临床应用是至关重要的。收集LLUF探头后,衍生许多富含脯氨酸的蛋白肽片段进行鉴定未消化全唾液。富含脯氨酸的蛋白可以与口腔中的细菌,影响36龋齿的发展,并可能在粘膜表面免受病毒感染37显着。此外,它已被记录在38类风湿关节炎患者的富含脯氨酸的蛋白表达改变。这些研究强烈支持LLUF探测器收集的富含脯氨酸的蛋白作为生物标志物可能成为各种人类疾病监测。

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Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgments

这项工作得到了国家卫生资助研究院(以R01-AI067395-01,R21的-R022754-01和R21-I58002-01)。我们感谢尼迈耶C.手稿批判性阅读的。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Polyethersulfone membranes Pall Corporation 30 kDa MWCO
Teflon fluorinated ethylene propylene tube Upchurch Scientific
Blue dextran Sigma
Nano LC system Eksigent
C18 trap column Agilent 5065-9913
LTQ linear ion-trap mass spectrometer Thermo Fisher
Sorcerer 2 Sage-N Research
Acetonitrile-0.1% formic acid J.T. Baker 9832-03 LC/MS grade
Water-0.1% formic acid J.T. Baker 9834-03 LC/MS grade

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References

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医药,66期,分子生物学,遗传学,取样,唾液,多肽,超滤,质谱
采样使用超探头棒棒糖样的土著人的唾液多肽:简化和增强肽的临床质谱检测
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Zhu, W., Gallo, R. L., Huang, C. M.More

Zhu, W., Gallo, R. L., Huang, C. M. Sampling Human Indigenous Saliva Peptidome Using a Lollipop-Like Ultrafiltration Probe: Simplify and Enhance Peptide Detection for Clinical Mass Spectrometry. J. Vis. Exp. (66), e4108, doi:10.3791/4108 (2012).

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