Bu iletişim kuralı ayıklamak ve prostat kanseri hücre hatlarından veya doku phosphoproteome ile kütle spektrometresi tabanlı proteomik analizi için phosphopeptides zenginleştirmek için bir yordam açıklanır.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Bu iletişim kuralı ayıklamak ve prostat kanseri hücre hatlarından veya doku phosphoproteome ile kütle spektrometresi tabanlı proteomik analizi için phosphopeptides zenginleştirmek için bir yordam açıklanır.
Phosphoproteomics fosforile proteinlerin büyük ölçekli çalışma gerektirir. Protein fosforilasyon birçok sinyal iletim yollarının kritik bir adımdır ve kinaz ve fosfatazlar tarafından sıkı bir şekilde düzenlenmiştir. Bu nedenle, phosphoproteome karakterize içine yeni hedefler ve biyolojik onkolojik tedavi için tanımlama bilgileri sağlayabilir. Kütle spektrometresi genel olarak algılamak ve benzersiz fosforilasyon olaylar binlerce ölçmek için bir yol sağlar. Ancak, phosphopeptides daha az sigara-daha zor biyokimyasal analiz yapma phosphopeptides, bol miktarda bulunmaktadır. Bu sınırlamayı aşmak için yöntemleri phosphopeptides kütle spektrometresi analiz önce zenginleştirmek için gereklidir. Ayıklamak ve peptidler, bir zenginlik phosphotyrosine (pY) ve antikor tabanlı kullanarak phosphoserine/treonin (pST) peptidler ve/veya titanyum dioksit (TiO2) ardından verim dokusundan proteinleri sindirmek için açıklayınız-dayalı zenginleştirme yöntemi. Numune hazırlama ve kütle spektrometresi sonra biz daha sonra tanımlamak ve ölçmek sıvı kromatografi-kütle spektrometresi ve analiz yazılımı kullanarak phosphopeptides.
Bir tahmini 165,000 Yeni olgu ve yaklaşık 29.000 ölümler 2018 en yaygın kanser ve kanser ile ilgili Amerika Birleşik Devletleri1erkeklerde ölüm ikinci önde gelen nedenidir temsil eden prostat kanseri nedeniyle ortaya çıkar. Prostat kanserinin erken aşamalarında on yıllık yineleme oranı % 20 ve % 40 prostatektomi geçmesi hastalar için ve % 30 ve radyasyon alan hastalar için % 50 arasında arasında nerede hastalığı, organ sınırlı rezeksiyon veya radyasyon terapisi ile tedavi edilebilir tedavi2. Prostat kanserinin büyümesi için sinyal androjen kullandığından, cerrahi ve kimyasal hadım terapiler Ayrıca yüksek riskli hastalar için istihdam edilmektedir. Ancak, kanser artık biyokimyasal yineleme kanıtladığı gibi androjen yoksunluk terapiye yanıt verdiğinde nüks nerede serum prostat spesifik antijen tekrar yükselir oluşur. Bu noktada ilerlemesinde Metastazlari genellikle de tespit edilir. Bu ileri evre metastatik kastrasyon dayanıklı prostat kanseri olarak adlandırılan, prognoz medyan sağkalım süresi iki yıl3az nerede hastalığının ölümcül formu temsil eder. Son aşama hastalığı, taxane tabanlı kemoterapi gibi docetaxel yanı sıra enzalutamide ve abiraterone gibi ikinci nesil antiandrogens de dahil olmak üzere birkaç tedavi seçenekleri kullanılabilir. Mevcut tedaviler rağmen sık sık hastalık ilerler. Bu nedenle, keşif ve yeni tedavi yaklaşımları gelişimi gelişmiş hastalığı prostat kanseri hastalarının bakım geliştirmek gereklidir.
Kütle spektrometresi (MS)-tabanlı yaklaşımlar Proteom peptid analitler4binlerce yüzlerce algılanması aracılığıyla küresel bir analizini sağlar. Özellikle, keşif proteomik, olarak da bilinen veri bağımlı edinme (DDA), tanımlama ve Nefelometri peptidler4,5binlerce yol açabilir. MS tabanlı keşif proteomik daha yukarıdan aşağıya proteomik, nerede olduğu gibi proteinler ile karakterize ve aşağıdan yukarıya (olarak da bilinen shotgun) proteomik nerede peptidler proteinler5karakterize etmek için analiz edilir, tarif. Böylece, av tüfeği proteomik proteolizis adım proteinler peptidler ayırmak için MS Analizi önceki örnek hazırlık yer alır. Sonunda, peptidler geri proteinleri tanımlama için eşlemek için bir veritabanı arama gerçekleştirilir. Etiket içermeyen yanı sıra çok sayıda izotop-etiketleme [Örneğin, kararlı izotop amino asit hücre kültürü (SILAC) tarafından etiketleme] yöntemleri kantitatif peptidler örnekleri6,7arasında karşılaştırmak için kullanılabilir. İzotop etiketleme teknikleri altın standart olmakla birlikte, etiket içermeyen yöntemleri benzer miktar doğruluğu8,9 göstermiştir ve duyarlılık ve özgüllük10arasında karşılaştırılabilir bileşimleri var. Etiket içermeyen Nefelometri daha fazla kapsama alanı sağlar ve etiket tabanlı Yöntemler sınırlı maliyet ve çoğullama kapasiteleri6,7,8, ancak çok daha fazla örnekleri, arasındaki karşılaştırmaları izin verir.
Ayrıca, av tüfeği MS translasyonel modifikasyonlar (PTMs) fosforilasyon11gibi sorguya çekmek için de kullanılabilir. Phosphopeptides için toplam peptidler karşılaştırıldığında daha düşük stokiometrik yapısı nedeniyle, çeşitli yöntemler phosphopeptides için antikor tabanlı immunoprecipitation, phosphotyrosine (pY) peptidler, titanyum dioksit (TiO2 de dahil olmak üzere, zenginleştirmek için istihdam edilmektedir ) ve metal benzeşme Kromatografi (IMAC)5,12immobilize. Protein fosforilasyon av tüfeği phosphoproteomics araştırmacılar hücre değişiklikleri farklı kanser meme13, prostat14, böbrek15de dahil olmak üzere, sinyal araştırmak için izin verir yolları, sinyal birçok hücredeki önemli bir adımdır çünkü ve yumurtalık,16,17 kanser biyoloji daha iyi anlamak ve terapi için potansiyel yeni hedefler belirlemek için.
Bu etiket ücretsiz av tüfeği phosphoproteomic Yöntem inşa ve rafine temel alınarak önceki çalışma Graeber grup18,19,20oldu. Bu iletişim kuralı ayıklama ve içine peptidler, proteinler ve phosphoproteins dokusundan sindirim açıklayarak başlar. Biz o zaman detay belirli phosphotyrosine antikorlar ve TiO2kullanarak pY peptidler zenginleştirme. Ayrıca güçlü katyon TiO2tarafından takip exchange (SCX) kullanarak phosphoserine/treonin (pST) peptidler zenginleştirme açıklar. Bu iletişim kuralı örnekleri bir MS tesise sunulması ve MS analiz yazılımı tanımlamak ve phosphopeptides ve onların karşılık gelen phosphoproteins ölçmek için kullanımı ile bitirmek. Bu iletişim kuralının uygulanması prostat kanseri diğer kanserler ve onkoloji dışında alanları içine genişletebilirsiniz.
Xenograft tümörler kullanarak deneyler Rutgers Üniversitesi Kurumsal hayvan bakım ve kullanım Komitesi tarafından küme olarak ileri Ulusal Sağlık Enstitüleri kurallar altında kabul edildi.
1. protein çıkarma
2. lysate sindirim
3. aşama ayıklama ters
4. Immunoprecipitation ve pY peptidler24 zenginleştirme
5. titanyum dioksit zenginleştirme25 pY peptidler /
6. pY peptidler MS Analyses desalting
7. pST peptidler çıkarımı faz ters
8. güçlü katyon değişimi (SCX) pST peptidler
9. titanyum dioksit zenginleştirme pST peptidler
10. desalting pST peptidler MS analizleri için
11. kütle spektrometresi Analizi
Bu iletişim kuralı, protein çıkarma ve ardından phosphopeptide zenginleştirme ve daha sonraki MS Analiz (Şekil 1) sindirim için bir yöntem ayrıntılı olarak anlatılmaktadır. Tüm arabellekleri ve bu protokol için kullanılan çözümler Tablo 1' de listelenmiştir. Lys-C ve tripsin sıralı kullanımını verimli bir sindirim sağlar. Sonrası sindirilir, lysate boyama tam sindirim (Şekil 2A) teyit ederken bir Coomassie lekeli jöleyi önceden sindirilmiş lysate proteinler, varlığını doğruluyor. Tam bir sindirim için hiçbir grup 30 kDa ve Lys-C ve tripsin, için 23.3 kDa grupları hariç 15 kDa yukarıda anılan sıraya göre görünmesi gerekir. Lys-C ilavesi de cevapsız nefrette (Şekil 2B) azaltır. PY peptidler phosphoproteome28sadece % 2'si gösterdiğinden, pY özgü antikor kullanarak pY peptidler immunoprecipitation pY peptid zenginleştirme ilk adımdır. Elde edilen süpernatant pST peptid zenginleştirme için giriş haline gelir. PY immunoprecipitation etkili bir şekilde pY peptidler nerede ortalama pY hazırlık tespit phosphopeptides % 85'i pY (Şekil 3A) ve üzerinde pST hazırlık tespit phosphopeptides % 99'u pST peptidler ayırır. pST (Şekil 3B). Titanyum dioksit phosphopeptides her iki müstahzarları için zenginleştirmek için kullanılır. Beklenen fosforile peptidler MS-hazır hazırlık (Şekil 4A) % 30-50 arasında yüzdesidir. Phosphopeptide zenginleştirme yüzde değişkenlik pY hazırlık sonucu olarak orada çok daha az pY peptidler pST peptidler daha büyük olabilir. Phosphopeptide türler açısından tespit phosphopeptides çoğunluğu bir tek veya çift phosphoryl (Şekil 4B) grubunuz.
Kütle spektrometresi gerçekleştirdikten sonra MS ham dosyaları bir MS analiz yazılımı yüklenir. Denemede kullanılan parametre ayarları Tablo 3 ' te listelenen ama Yazılım yazılım değişir ve sürüm sürüm değişebilir. Listede bulunmayan parametreler bir FDR de dahil olmak üzere varsayılan peptid spektrumlu eşleşen (PSM) değiştirilmiş peptidler27tanımlanması için 40 minimum Andromeda puanı için % 1'fatura kesme kalmıştı. Sırasıyla 0,75 filtreler yaklaşık pY peptidler %5 ve % 15 ve pS ve pT peptidler, % 34 daha daha büyük bir yerelleştirme olasılık kesme ayarı (Şekil 5A). Bu filtreler uygulandıktan sonra phosphopeptide tanımlamaları MS analiz sonunda beklenen sayısı yaklaşık 300 pY peptidler (için başlangıç protein 5 mg) ve yaklaşık 7.500 pS peptidler ve 640 pT peptidler (başlangıç peptid 2.5 mg için de «««miktar) ilgili zenginleştirme hazırlıkları (Şekil 5B). Çoğaltır sayısı ve phosphopeptide sinyal şiddeti çeşitliliği istatistiksel karşılaştırmalar için yeterli güç belirler. Dört ayrı denemelerinde biyolojik çoğaltmaları veya triplicates içeren grupları ile yüzde katsayıları varyasyon (% CV) algılanan phosphopeptides için hesaplanır. Alt değişkenliği (Örneğin, pST gruplarında Şekil 5C1-5) dağıtımları örnek toplama, hazırlık ve kütle spektrometresi ishal tutarlı olduğunu gösterir. Öte yandan, dağılımları (Örneğin, pST grubunda Şekil 5C6) daha yüksek değişkenlik gösterir aşağı akım fark analizlerde önemli farklılıkları algılamak için daha büyük kat-değişiklikler gerektirecektir gürültülü veri.

Şekil 1: iş akışı diyagramı. Proteinler örneklerinden çıkarılan ve sindirilmiş. Peptidler katı faz ayıklama (SPE) tarafından ayıklanır ve immunoprecipitated phosphotyrosine (pY) peptidler vardır. Buna paralel olarak, phosphoserine/treonin (pST) peptidler süpernatant pY immunoprecipitation adımda üzerinden zenginleştirilmiş. Güçlü katyon değişimi (SCX) iyon bastırma12azaltmak için çok peptidler kaldırmak için süpernatant üzerinde gerçekleştirilir. Her iki hazırlıklar titanyum dioksit ile phosphopeptide zenginleştirme (TiO2) tabi. Örnek temizleme sonra sıvı kromatografi-tandem kütle spektrometresi (LC-MS/MS) phosphopeptide bereket ölçmek için gerçekleştirilir. Ham veriler daha sonra phosphopeptides tanımlamak için MS analiz yazılımı yüklenir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 2: sindirim değerlendirilmesi. (A)üç lysate öncesi sindirim, sonrası Lys C sindirim 12.5 µg ile örnekleri ve sonrası tripsin sindirim gösterilir. Coomassie jel-leke testi Lys-C ve tripsin sıralı kullanımdan sonra temiz bir sindirim gösterir. Molekül ağırlığı (MW) boyutu işaretleri kilodaltons (kDa) vardır. (B) A
Phosphopeptides için zenginleştirmek için bu iletişim kurallarını kullanan önce deneysel tasarım dikkatli bir değerlendirme önemlidir. Daha düşük maliyetli bir kütle spektrometresi kaynakların kullanımı teknik çoğaltır daha biyolojik çoğaltır kullanmaktır. Gerekli olan çoğaltır sayısı kısmen verileri değişkenliği bağlı olacaktır. Yeni yapılan bir çalışmada sadece marjinal çoğaltır üç ötesinde artırıldığında kimliklerinin sayısını artırır iken, önemli kimlikleri arasında daha fazla gruplar artar sayısı10çoğaltır gösterdi.
Phosphoproteins hücre alt bolluğu nedeniyle, yeterli başlangıç protein miktarları genel phosphoproteome keşif modunda prostat kanseri örneklerinden elde etmek gereklidir. Bu deneyler protein 5 mg kullanıldı. Bu hücre satırı bağlı olacak, ancak yaklaşık beş neredeyse konfluent 15 cm yemekleri hücre içine bu iletişim kuralı, giriş olarak yeterli protein sağlar. Tümör gelince, protein beklenen verim doku ağırlığının yaklaşık % 6-8 dokudur. Vitro ortamda düşünün için olumlu denetim örneği hücreleri hasat önce 30 dk 1 mM vanadat eklenmesidir. Vanadat, rekabetçi protein phosphotyrosyl fosfataz inhibitörü, böylece pY peptid tanımlamaları29sayısını artırarak Tirozin fosforilasyon korur.
Temiz sindirim phosphopeptide kimlik en üst düzeye çıkarmak için önemli bir adımdır. Coomassie leke testi yanı sıra veri cevapsız kesim yüzde sindirim verimliliği (Şekil 2) değerlendirmek için kullanılabilir. Kalite kontrol yazılım kullanılabilir cevapsız nefrette ve MS veri kalite30değerlendirmek için diğer ölçümler analiz eder. Tripsin en yaygın, alternatif proteaz bulunur ise5 ' e nerede en iyi tryptic peptidler olamaz adresi kapsamı boşluklar Proteom31oluşturulan. MS analiz yazılımı ayarları sonra buna göre proteaz değişimler için ayarlamak için değiştirilmesi gerekir.
Protokol (pY zenginleştirme için) immunoprecipitation yanı sıra titanyum dioksit phosphopeptides için zenginleştirmek (TiO2) kullanır. Peptidler için zenginleştirmek için alternatif yaklaşımlar immobilize metal benzeşme Kromatografi (IMAC), Alüminyum hidroksit ve metal iyon polimer temel benzeşme yakalama (PolyMAC) gibi metal oksit benzeşme Kromatografi (MOAC) için diğer metal oksit içerir. 5,12. Önceki çalışmalarda farklı zenginleştirme yöntemleri phosphopeptides32farklı olasılığını için zenginleştirmek göstermiştir. Örneğin, MOAC tercihen mono fosforile peptidler33için zenginleştiren ise daha çok fosforile peptidler IMAC zenginleştiriyor. Bu iletişim kuralı Temsilcisi sonuçları bu gözlem (Şekil 4B) yansıtacak. Son Yayın IMAC ve bir melez malzeme kullanarak MOAC birleştirerek potansiyel olarak daha fazla kapsama phosphopeptide türler34sağlayabilir gösterdi. Böylece, bu iletişim kuralı daha kapsamlı phosphoproteomic analizleri için izin vermek için paralel olarak diğer zenginleştirme yöntemleri kullanmak için değiştirilmiş olabilir.
MaxQuant26 bilgisayar yazılımı maiyet bu protokolü MS verileri analiz etmek için kullanılır, ama ticari uygulamalar35 da phosphopeptide kimlik ve miktar için kullanılabilir. Phosphopeptide kimlik için bir yerelleştirme olasılık kesme uygulanır. Bu filtre için phosphopeptides phosphoresidue kimlik10,28(yani, 0,75 büyük) yüksek bir güven ile seçmek için gerçekleştirilir. Başka bir deyişle, potansiyel olarak Fosfo-grup içerebilir diğer kalıntıları toplam olasılık 0,25 azdır. Bu kesim phosphopeptide seçim sıkılık artırmak için kaldırdı olamazdı. PST peptidler beklenen sayısı yüksek binlerce tanımlamaları sayısı açısından, pY peptidler beklenen sayısı yüz içinde iken. Bu değerler yaklaşık % 2, % 12 ve % 86 ' phosphosites pY, pT ve pS, sırasıyla28nerede daha önce gözlemlenen phosphoproteome dağıtım yansıtır.
PY ve pST zenginleştirme adımları paralel olarak gerçekleştirilmesi durumunda örnek hazırlık adımları protokolündeki altı gün içinde tamamlanabilir. MS güçlü aracı ile eşleştirme olarak, bu gibi phosphopeptide zenginleştirme iletişim kuralları phosphoproteome ilgili araştırma alanlarında bulunan analiz için veri toplamak üzere bilim adamları için genel bir yaklaşım sağlar.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Tavsiye ve giriş üzerinde el yazması sağlamak için Drake laboratuvar üyeleri teşekkür ediyoruz. Biz de biyolojik kütle spektrometresi tesis, Robert Wood Johnson Tıp Fakültesi ve Rutgers, University of New Jersey eyalet, üyeleri öneriler ve kütle spektrometresi örneklerimizi üzerinde gerçekleştirmek için teşekkür ederim. Larry C. Cheng tarafından ulusal genel tıbbi Bilimler Enstitüsü Ulusal Sağlık Enstitüleri Ödülü numarası T32 GM008339 altında desteklenir. Thomas G. Graeber ncı/NIH (prostat kanseri P50 CA092131; ın SPORE tarafından desteklenmektedir P01 CA168585) ve bir Amerikan Kanser Derneği araştırma bilim adamı Ödülü (RSG-12-257-01-TBE). Justin M. Drake bölümü savunma prostat kanseri araştırma programı W81XWH-15-1-0236, prostat kanseri Vakfı Genç Araştırmacı ödülü, New Jersey Sağlık Vakfı ve bir hassas tıp girişimi Pilot Ödülü Rutgers'tarafından desteklenmektedir Kanser Enstitüsü, New Jersey.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Ultra Düşük Sıcaklık Dondurucu | Panasonic | MDF-U76V | |
| Dondurucu -20 derece; C | VWR | scpmf-2020 | |
| Salıncak rotorlu kova | ThermoFisher Scientific | 75004377 | |
| Vakum manifoldu | Restek | 26080 | |
| Liyofilizatör | Labconco | 7420020 | |
| CentriVap Masaüstü Vakum Konsantratörü | Labconco | 7810010 | |
| Uçtan uca döndürücü | ThermoFisher Scientific | 415110Q | |
| Tıraş bıçağı | Fisher Scientific | 620177 | |
| Amicon Ultra-15 Santrifüj Filtre Üniteleri | Millipore Sigma | UFC901024 | |
| Cam kültür tüpleri | Fisher Scientific | 14-961-26 | |
| Parafilm | Fisher Scientific | 13-374-12 | |
| 20G iğne | BD | B305175 | |
| Kimwipes | Fisher Scientific | 06-666A | |
| Vidalı kapaklı kriyotüp | ThermoFisher Scientific | 379189 | |
| Nunc 15 mL konik tüpler | ThermoFisher Scientific | 12-565-268 | |
| Jel yükleme uçları | Fisher Scientific | 02-707-181 | |
| Millipore 0.2 &mikro; m döndürme filtresi | Millipore Sigma | UFC30GVNB | |
| Düşük protein bağlayıcı Eppendorf tüpleri | Eppendorf | 22431081 | |
| anti-Fosfotirozin, Agaroz, Klon: 4G10 | Millipore Sigma | 16101 | |
| 27B10.4 antikor | Hücre iskeleti | APY03-boncuk | |
| Peptit tahlil kiti | Thermo Scientific | 23275 | Adım 7 |
| TopTip | PolyLC Inc | TT200TIO.96 | Adım 5 ve 9 |
| SCX sütunları (PolySULFOETHYL A) | PolyLC Inc | SPESE1203 | |
| 3 mL şırınga | BD | 309657 | |
| Triflorasetik Asit (TFA) | Fisher Scientific | PI-28904 | |
| Asetonitril (ACN) | Fisher Scientific | A21-1 | |
| Laktik asit | Sigma-Aldrich | 69785-250ML | |
| Amonyum Hidroksit | Fisher Scientific | A669S-500 | |
| Potasyum Fosfat Monobazik | Fisher Scientific | BP362-500 | |
| Potasyum Klorür | Fisher Scientific | BP366-500 | |
| Kalsiyum Klorür Dihidrat | Fisher Scientific | BP510-500 | |
| Tris Tabanı | Fisher Scientific | BP152-5 | |
| Tripsin, TPCK ile İşlenmiş | Worthington Biyokimyasalları | LS003740 | |
| Lisil Endopeptidaz | Wako Saf Kimya Endüstrileri, Ltd. | 125-05061 | |
| MonoTip | PolyLC Inc | TT200TIO.96 | Adım 10 |
| ZipTip | MilliporeSigma | ZTC18S096 | Adım 6 |
| nanoEase, MZ peptid BEH C18, 130A, 1.7 & mu; m, 75 & mu; m x 20 cm | Sular | 186008794 | Adım 11: analitik sütun |
| Acclaim PepMap 100 C18 LC Sütunları | ThermoFisher Scientific | 164535 | Adım 11: tuzak sütunu |
| Ultimate 3000 RLSCnano System | Dionex | ULTIM3000RSLCNANO | Adım 11 |
| Q Exactive HF | ThermoFisher Scientific | IQLAAEGAAPFALGMBFZ | Adım 11 |
| MilliQ su | tüm çözeltileri ve tamponları hazırlamak için kullanılan deiyonize su | ||
| Sonic Dismembrator | Fisher Scientific | FB-120 | sonikatör |
| Polytron Sistemi PT | Kinematica AG | PT 10-35 GT | homojenizatör |
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste