Yöntem makalesi

Kantitatif kütle spektrometresini yönlendiren en son teknolojiler

DOI:

10.3791/65012

3 Mart 2023

Bu makalede

Özet

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

TARTIŞILAN MAKALELER:

Correa, C. N., Fiametti, L. O., Esquinca M. E. M., de Castro, L. M. Peptidomik çalışmalar için aminlerin indirgeyici metilasyonu kullanılarak numune hazırlama ve nispi kantitasyon. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (177), doi:10.3791/62971 (2021).

Vanderwall, D. et al. JUMPn: Proteomikte protein ortak ekspresyon kümelemesi ve ağ analizi için kolaylaştırılmış bir uygulama. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (176), doi:10.3791/62796 (2021).

Qiu, D., Eisenbeis, V. B., Saiardi, A., Jessen, H. J. Kapiler elektroforez elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometresi ile inositol pirofosfatların mutlak kantitasyonu. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (174), doi:10.3791/62847 (2021).

Smolen, K. A., Kettenbach, A. N. Fosfoprotein fosfatazları ve etkileşimcilerini tanımlamak için kütle spektrometresi tabanlı bir yaklaşım. Görselleştirilmiş Deneyler Dergisi. (182), doi:10.3791/63805 (2022).

Editöryal

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Proteomik yaklaşımlar, belirli bir hücresel durumda bulunan peptitlerin, proteinlerin ve spesifik translasyon sonrası modifikasyonların (PTM'ler) yanı sıra spesifik organellerde veya makromoleküler protein komplekslerinde bir araya gelen proteinlerin saptanmasını ve miktarının belirlenmesini içerebilir. Proteomik, genel ve nicel iş akışlarına bölünebilen çeşitli bir alandır. Kantitatif proteomik, bir numunedeki protein veya protein PTM miktarını belirlemeye odaklanır. Soruyu cevaplamak için gerekli olan en uygun numune hazırlama, dizileme ve veri analizi yöntemini belirlemek için herhangi bir proteomik deney yapılmadan önce biyolojik soru dikkate alınmalıdır. Proteinler oldukça dinamiktir ve kütle spektrometreleri, daha düşük bol miktardaki PTM'ler üzerinden daha yüksek miktarda proteinlerin dizilenmesine duyarlıdır; Bu nedenle, numune hazırlama ve sıralama iş akışlarının seçimi kritik öneme sahiptir. Bu yöntem koleksiyonu, en son MS yöntemlerini kullanarak belirli protein türlerini ölçmeye yönelik yaklaşımları açıklar ve protein ağları için bir veri analizi iş akışı sağlar.

Peptidomik, normal hücresel süreçler sırasında ve ayrıca hastalık koşulları altında doğal olarak üretilen peptitlerin incelenmesidir ve bu yaklaşım, sıvı kromatografisi ile birleştirilmiş kütle spektrometrisi ve peptit ekstraksiyon süreçleri mevcut durumlarına ilerleyene kadar tarihsel olarak antikor bazlı niceleme ile sınırlıydı1. Bu gelişmeler, endojen proteazların ısı inaktivasyonunun uygulanmasıyla birlikte, artık yüzlerce hücre içi peptidin tanımlanmasını ve miktarının belirlenmesini sağlıyor. Correa ve ark.2'de yazarlar, ısı inaktivasyonunu, peptit bağlarını korumak için ılımlı koşullar altında peptit ekstraksiyonunu ve aminlerin kararlı izotop etiketlemesi yoluyla nispi miktar tayinini içeren bir numune hazırlama iş akışını tanımlamaktadır. Yazarlar, hücre kültürü ve doku örneklerinden doğal ve biyolojik olarak aktif peptitlerin tanımlanmasını ve miktarının belirlenmesini sağlayabilecek ucuz bir yaklaşım geliştirdiler. Bu yaklaşım, hastalığa özgü peptit biyobelirteçlerini, antimikrobiyal peptitleri veya gelecekteki terapötik gelişim hedeflerini keşfetmek için kullanılabilir.

Kütle spektrometrik ve biyoinformatik yaklaşımlardaki ilerlemeler artık çeşitli biyolojik materyal kaynaklarından proteomların ayrıntılı karakterizasyonunu mümkün kılmaktadır3. Bu karmaşık örneklerdeki proteomik ekspresyon modellerinden biyolojik önemi deşifre etmek, bu alanda önemli bir zorluk olmaya devam etmektedir. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, Vanderwall ve ark. proteomik verileri, protein ortak ekspresyon kümelerini ilgili protein-protein etkileşimi (PPI) ağ düğümlerine bağlayan modüller (yani protein kompleksleri) halinde düzenleyen bir sistem biyolojisi programı ve bununla ilişkili iş akışı olan JUMPn'yi tanıtın4. Yazarlar, mevcut proteomik veri kümelerinin yanı sıra simüle edilmiş verileri kullanarak bu aracın etkinliğini değerlendirir ve karmaşık proteom veri kümelerinin biyolojik yorumlanmasını kolaylaştırmak için faydasını gösterir. Sonuçları, bu yaklaşımın transkripsiyon faktörünü ve kinaz kaskad aktivasyonunu ölçmek için kullanılabileceğini, insan hastalığının itici güçlerini belirlemedeki faydasını ve derin proteom verilerinden biyolojik mekanizmaları belirlemeye çalışan diğer çalışmalar için kullanılabileceğini göstermektedir.

İnositol pirofosfatlar (PP-InsP'ler), metabolik sinyal molekülleri olarak işlev gördükleri ve çeşitli süreçleri düzenledikleri tüm ökaryotik hücrelerde bulunur5. Tarihsel olarak, PP-InsP'lerin fiziksel özellikleri ve düşük bolluğu nedeniyle analiz, pahalı olan ve özel bakım ve depolama gerektiren radyoaktif izleyicilerin kullanımıyla sınırlı kalmıştır. Alternatif olarak, Qiu ve ark. kılcal elektroforez bağlantılı elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometrisi (CE-ESI-MS)6 ile hücre kültüründen veya doku kaynak materyalinden inositol pirofosfatların yüksek verimli, mutlak miktar tayinine izin veren bir protokol geliştirmiştir. Raporlarında, bu yaklaşımın bir örnekte bulunan tüm PP-InsP'lerin profilini çıkarmak, türleri çözmek ve çeşitli koşullar ve hastalık durumları altında mekansal ve zamansal değişiklikleri tanımlamak için bölgesel izomerleri tanımlamak için nasıl kullanılabileceğini gösteriyorlar.

Hücresel süreçlerin büyük bir kısmı protein fosforilasyonu yoluyla kontrol edilir ve bu sinyal yollarındaki hatalar birçok farklı hastalık durumuyla ilişkilidir7. Bununla birlikte, farklı hücre tiplerinde ve çeşitli koşullar altında protein fosfatazları ve kinazları düzenleyen tam mekanizmaların anlaşılmasında hala önemli boşluklar vardır. Anlayıştaki bu boşlukları gidermek için, Smolen ve ark. kütle spektrometrisi (PIB-MS)8 ile birleştirilmiş fosfataz inhibitörü boncuklarını kullanan yeni bir iş akışı sunar. Seçici olmayan bir fosfoprotein fosfataz inhibitörü olan mikrosistin-LR, birleştirilmiş tosefaroz boncukları kullanarak, yazarlar bu hedef proteinleri zenginleştirebilirler. Ek olarak, spesifik olmayan muhafazaları çıkarmak için hafif yıkama koşulları kullanarak, protein etkileşimcilerini de yakalayabildiler. Bu yaklaşımın fosfoprotein fosfatazları, fosforilasyon durumlarını ve hem hücre kültüründe hem de dokuda potansiyel protein-protein etkileşimlerini tanımlamak ve ölçmek için nasıl kullanılabileceğini gösterirler.

Endojen peptitlerin miktarının belirlenmesine yönelik stratejiler, fosfatazların ve kinazların zenginleştirilmesi, protein etkileşimleri ve inositol pirofosfatlar gibi numune hazırlama yöntemlerindeki ilerlemeler, biyolojik süreçlerdeki protein dinamiklerine ilişkin bilgi tabanını genişletmektedir. Veriye bağlı edinimin aksine, veriden bağımsız edinim gibi kütle spektrometrelerinin ilerlemesi, peptitleri, daha yüksek miktarda peptitlerin, veri toplama sırasında daha az miktarda peptitleri maskelemeyeceği şekilde tanımlamak için daha fazla dizileme kapasitesi derinliğine izin verir, bu da diğer protein sınıflarının tanımlanmasına izin verir. timsTOF kütle spektrometreleri, daha da derin dizileme ve bu koleksiyonda açıklanan numune hazırlama stratejilerinden peptitleri tespit etme şansını artırmak için peptitlerin ek bir ayrımı olarak sıvı kromatografisine ek olarak iyon hareketliliğini dahil ederek geleceği ileriye taşımaya yardımcı olacaktır. Proteomik alanı, biyolojik karmaşıklıkları ve işlevi anlamak için yeni numune hazırlama metodolojilerine, veri toplama için kütle spektrometrelerindeki ilerlemeye ve JUMPn gibi biyoinformatik analiz araçlarına dayalı olarak ilerlemeye devam edecektir.

Açıklamalar

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, Ulusal Sağlık Enstitüleri / Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü (NIH/NIGMS) hibe P20GM121293 ve R24GM137786 ve Ulusal Bilim Vakfı Ödül No. tarafından desteklenmektedir. OIA-1946391.

Kaynaklar

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Foreman, R. E., George, A. L., Reimann, F., Gribble, F. M., Kay, R. G. Peptidomics: A review of clinical applications and methodologies. Journal of Proteome Research. 20 (8), 3782-3797 (2021).
  2. Correa, C. N., Fiametti, L. O., Esquinca, M. E. M., de Castro, L. M. Sample preparation and relative quantitation using reductive methylation of amines for peptidomics studies. Journal of Visualized Experiments. (177), e62971(2021).
  3. Noor, Z., Ahn, S. B., Baker, M. S., Ranganathan, S., Mohamedali, A. Mass spectrometry–based protein identification in proteomics—a review. Briefings in Bioinformatics. 22 (2), 1620-1638 (2021).
  4. Vanderwall, D., et al. JUMPn: A streamlined application for protein co-expression clustering and network analysis in proteomics. Journal of Visualized Experiments. (176), e62796(2021).
  5. Wilson, M. S. C., Livermore, T. M., Saiardi, A. Inositol pyrophosphates: between signalling and metabolism. Biochemical Journal. 452 (3), 369-379 (2013).
  6. Qiu, D., Eisenbeis, V. B., Saiardi, A., Jessen, H. J. Absolute quantitation of inositol pyrophosphates by capillary electrophoresis electrospray ionization mass spectrometry. Journal of Visualized Experiments. (174), e62847(2021).
  7. Chen, M. J., Dixon, J. E., Manning, G. Genomics and evolution of protein phosphatases. Science Signaling. 10 (474), (2017).
  8. Smolen, K. A., Kettenbach, A. N. A mass spectrometry-based approach to identify phosphoprotein phosphatases and their interactors. Journal of Visualized Experiments. (182), e63805(2022).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

ProteomicsPeptidomicsSample PreparationReductive MethylationProtein Co expressionNetwork AnalysisAbsolute QuantitationCapillary ElectrophoresisElectrospray IonizationPhosphoprotein PhosphatasesMass Spectrometry based Approach

İlgili makaleler