בשנת vivo מהיר חמצון פוטוכימי של חלבונים (IV-FPOP) הוא חלבון הידרוקסיל הקיצונית הטכניקה הדפסה המאפשרת מיפוי של מבנה החלבון בסביבתם הטבעית. פרוטוקול זה מתאר את ההרכבה וההגדרה של מערכת הזרימה של מיקרופלואידיג IV-FPOP.
חמצון מהיר של חלבונים (FPOP) הוא מכבש הידרוקסיל חלבון רדיקלי (HRPF) שיטה המשמשת לחקר מבנה החלבון, ליגניות חלבונים, אינטראקציות חלבונים חלבון. Fpop מנצל לייזר krf excimer ב 248 ננומטר עבור פוטוליזה של מי חמצן כדי ליצור רדיקלים הידרוקסיל אשר בתורו oxidatively לשנות הממס נגיש שרשראות חומצות אמינו בצד. לאחרונה, הרחבנו את השימוש ב-FPOP של vivo חמצוני בתוך האלבורדיטיס (ג. אלגיה), זכאי IV-fpop. הנמטודות השקופים שימשו כמערכות מודל עבור מחלות אנושיות רבות. מחקרים מבניים ב- C. אלגיה על ידי IV-fpop הוא אפשרי בשל יכולתו של בעל החיים לספיגה מימן חמצן, שקיפות שלהם להקרנה לייזר ב 248 ננומטר, ואת הטבע הבלתי הפיך של השינוי. הרכבה של מערכת זרימה מיקרופלואידיג עבור הוספת תיוג IV-FPOP, הרביעי-FPOP פרמטרים, חילוץ חלבונים, ו-LC-MS/MS פרמטרים ממוטבים מתוארים להלן.
הדפסת מעטפת חלבונים מצמידים לספקטרומטר מסה (MS) שימש בשנים האחרונות כדי ללמוד אינטראקציות חלבונים ושינויים בשינויים. הידרוקסיל חלבון רדיקלי מכונות הדפסה (HRPF) שיטות לבדוק את החלבון הממס הנגישות על ידי שינוי חלבון שרשראות חומצות אמינו צד. השיטה HRPF, מהיר חמצון פוטוכימיקלים של חלבונים (FPOP)1, כבר שימש לחקור מבנה חלבון בתוך מבחנה2, בתא (IC-fpop)3, ולאחרונה vivo (IV-fpop)4. Fpop מנצל 248 ננומטר לייזר הexcimer הלייזר על מנת ליצור במהירות רדיקלים הידרוקסיל על ידי פוטוליזה של תחמוצת המימן ליצור רדיקלים הידרוקסיל1. בתורו, רדיקלים אלה יכולים לתייג 19 מתוך 20 חומצות אמינו בסולם הזמן מיקרושניות, מהר יותר מאשר חלבונים יכולים להתפתח. למרות, הפעילות החוזרת של כל חומצת אמינו עם רדיקלים הידרוקסיל מרחיב 1000-קיפול, ניתן לנרמל חמצון שרשרת בצד על ידי חישוב גורם הגנה (PF)5.
מאז FPOP יכול לoxidatively לשנות חלבונים ללא קשר לגודל או הרצף העיקרי שלהם, זה מוכיח להיות יתרון עבור התא במחקרים vivo חלבון. IV-FPOP בוחן את מבנה החלבון בג, בדומה למחקרים בעלי מבחנה ובתא4. ג. אלאנים הם חלק ממשפחת הנמטודה ומשמשים רבות כמודל לחקר מחלות אנושיות. היכולת של התולעת לספיגה של תחמוצת המימן על ידי דיפוזיה פסיבי ופעיל מאפשר ללמוד מבנה החלבון במערכות גוף שונות. בנוסף, ג. אלגיה מתאימים IV-fpop בשל שקיפות שלהם ב 248 לייזר ננומטר באורך הגל הדרוש עבור fpop6. זיווג של שיטה זו לספקטרומטר מסה מאפשר זיהוי של חלבונים שהשתנו מרובים באמצעות גישות מסורתיות מלמטה למעלה.
בפרוטוקול זה נתאר כיצד לבצע את IV-FPOP לניתוח מבנה החלבון בג. הפרוטוקול הנסיוני דורש את ההרכבה וההגדרה של מערכת זרימה מיקרופלואידיג עבור IV-FPOP המותאם מקונרמן ואח ‘7. לאחר IV-FPOP, דגימות הם הומוגניים עבור חילוץ החלבון. דגימות חלבון הן פרוטפוליד ו פפטידים מנתחים על ידי כרומטוגרף נוזלי (LC) טנדם MS, ואחריו כימות.
בחינת ביצועים הנוכחי למחקר של vivo חלבון-חלבון אינטראקציות (PPI) הוא העברת אנרגיה בתהודה הקרינה הפלואורסצנטית (לדאוג). בצורתו הפשוטה ביותר, טכניקה זו מחקרים PPI על ידי העברת אנרגיה בין שתי מולקולות כאשר הם בסמיכות אחד לשני15. בניגוד לטכניקות MS, אין לפרט את הרזולוציה לאפיין את השינויים והאינטראקציה של התאמות ברמת חומצת האמינו. טכניקות מבוססות MS כבר שימוש יותר ויותר למחקר של PPI16. IV-FPOP היא שיטת HRPF המאפשרת בניתוח vivo חלבון מבניים בג . כדי לתייג בהצלחה את C. אלגיה על ידי IV-fpop, חשוב להרכיב כראוי את מערכת הזרימה microflu, כדי להפחית את ההפסד לדוגמה. הקפילר 250 יקרומטר הראו למקסם את ההתאוששות לדוגמה בהשוואה נימים זיהוי קטן יותר4. נימי זיהוי גדולים יותר לא נבדקו, עם זאת מערכת הזרימה microfluidic מיועדת באמצעות נימי עם זהות זהה כמערכת cy, מסחרית הזרימה הזמינה מערכת למיון של C. אלגיה. 17 התולעת גודל לדוגמה חשוב גם, גודל מדגם של פחות מ-~ 10,000 לכל מדגם לפני fpop אינו תשואה ריכוזי חלבון גבוה מספיק עבור ניתוח LC-MS/ms. ניתן להשתמש במידות דוגמאות גבוהות יותר (תולעים > 10000) גם על-ידי התאמת אמצעי האחסון ההתחלתי (שלב 4.5).
הרכבה נכונה של מערכת הזרימה המיקרופלואידיסי חשובה. דליפות במסלול המדגם תוצאה של זרימה לא עקבית של תולעים או H2O2. הכללים, שרוולים, ו 3-2 שסתומים ניתן להשתמש מידי ניסויים מרובים IV-FPOP אם ניקה כראוי לאחר כל ניסוי. עם זאת, אנו ממליצים להרכיב מערכת זרימה מיקרופלואידיג חדשה עבור כל שכפול ביולוגי. אם המיקרופלואידיקה מורכב כראוי, התולעים ו-H2O2 יהיה לערבב ב ערבוב-T עם לחץ הגב מינימלי. כמו בקרת איכות (QC) של מערכת הזרימה microflu, מומלץ לבדוק את היעילות ערבוב באמצעות צבעים צבעוניים. חשוב לנטר את התנועה של השטירים המגנטיים בתוך מזרק התולעת במהלך IV-FPOP, מדגם לא תקין ערבוב על מזרק תולעת או ערבוב-T יכול לגרום ללחץ בחזרה גרימת דליפות. בנוסף, תנאי ערבוב עניים להוביל הפסדים לדוגמה גדולה, חשיפה לייזר עניים של תולעים בחלון הלייזר, וסתימת.
ג. אלגיה היא חשובה כדי להקטין את חמצון הרקע. אנו ממליצים לגדל את התולעים בטמפרטורות נמוכות תחת תנאי לחץ נמוך כמו טמפרטורות גבוהות יכול להשפיע על חמצון הרקע הכולל. מערכת לדוגמה שליטה של תולעים בלבד, לא H2O2 ו לא הקרנה לייזר, מומלץ עבור כל הניסויים IV-fpop לחשבון על חמצון הרקע בשל תחזוקת מעבדה. אחת המגבלות הנוכחיות של טכניקה זו היא המספר הכולל של פפטידים מoxidatively ששונו והמספר הכולל של שאריות תחמוצת לכל פפטיד על מנת להשיג מידע מבני חלבון גבוה יותר. למרות שלא מומלץ, עלייה בשינויים חמצוני יכול להיות להשיג באמצעות ריכוזים גבוהים יותר של מי חמצן מימן. עלייה של חמצן מימן יכול לשנות באופן משמעותי מסלולים ביולוגיים חשובים, כמו גם להוביל חמצון המושרה התגלגלות. אם הריכוז מימן מי חמצן עבור IV-FPOP הוא גדל, מומלץ לבדוק את הכדאיות התולעת ואת חמצון הרקע כמו ריכוזים גבוה יותר מ 200 מ”מ לא נבדקו.
פרוטוקול LC-MS/MS המתואר יכול להיות אופטימיזציה ושונה כדי לפגוש את ה-QC MS של מעבדות אחרות. השימוש בטכניקות 2D-כרומטוגרפיה הוצגה בעבר כדי להגביר את הזיהוי של פפטידים oxidatively שונה וחלבונים18. ובכל זאת, טכניקות העשרה חלבונים המכוונות חלבון מסוים של עניין אינם ממליצים, כולל אך לא רק משקעים של נוגדנים או משיכה למטה. טכניקות אלה יכול להטיה לעבר חלבון אחד לשעבר אם האתר אפירופה/איגוד של החלבון כבר oxidatively שונה על ידי IV-FPOP. ההתפתחויות החדשות ב-footprinting דפסה ריאגנטים רדיקלי, כגון אנעל הרדיקלי סולפט10 או trifluoromethylation19 יכול להגדיל את רב-תכליתיות של IV-fpop. למרות רק תיוג מגיב רק בvivo עד כה הוא חמצן מימן, רדיקלים אחרים המופעל לייזר יכול להיות אופטימיזציה. השימוש ברדיקלים אחרים צריך להוכיח שהוא תואם לכדאיות של תולעת, חדירות תאים, ואת אורך הגל לייזר 248 ננומטר. בשל השימוש C. אלגיה כמערכת מודל עבור מחלות אנושיות רבות, IV-fpop יש את הפוטנציאל יש השפעה חזקה בלימוד התפקיד של מבנה החלבון בפתוגנזה המחלה.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכת על ידי סטארט-up כספים מאוניברסיטת מרילנד, בולטימור ו-NIH 1R01 GM 127595 הוענק ל-LMJ. המחברים מודים לד ר דניאל Deredge על עזרתו בעריכת כתב היד.
15mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-959-53A | any brand is sufficient |
5 mL Gas Tight Syringe, Removable Luer Lock | SGE Analytical Science | 008760 | 2 minimum |
60 Sonic Dismembrator | Fisher Scientific | FM3279 | This item is no longer available. Any low-volume sonicator will be sufficient |
Acetone, HPLC Grade | Fisher Scientific | A929-4 | 4 L quantity is not necessary |
Acetonitrile with 0.1% Formic Acid (v/v), LC/MS Grade | Fisher Scientific | LS120-500 | |
ACQUITY UPLC M-Class Symmetry C18 Trap Column, 100Å, 5 µm, 180 µm x 20 mm, 2G, V/M, 1/pkg | Waters | 186007496 | |
ACQUITY UPLC M-Class System | Waters | ||
Aluminum Foil | Fisher Scientific | 01-213-100 | any brand is sufficient |
Aqua 5 µm C18 125 Å packing material | Phenomenex | ||
Centrifuge | Eppendorf | 022625501 | |
Delicate Task Wipers | Fisher Scientific | 06-666A | |
Dissecting Needle | Fisher Scientific | 50-822-525 | only a couple are needed |
Dithiothreiotol (DTT) | AmericanBio | AB00490-00005 | |
DMSO, Anhydrous | Invitrogen | D12345 | |
Epoxy instant mix 5 minute | Loctite | 1365868 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Fisher Scientific | S311-100 | |
EX350 excimer laser (248 nm wavelength) | GAM Laser | ||
FEP Tubing 1/16" OD x 0.020" ID | IDEX Health & Sciene | 1548L | |
Formic Acid, LC/MS Grade | Fisher Scientific | A117-50 | |
HEPES | Fisher Scientific | BP310-500 | |
HV3-2 VALVE | Hamilton | 86728 | 2 minimum |
Hydrochloric Acid | Fisher Scientific | A144S-500 | |
Hydrogen Peroxide | Fisher Scientific | H325-100 | any 30% hydrogen peroxide is sufficient |
Iodoacetamide (IAA) | ACROS Organics | 122270050 | |
Legato 101 syringe pump | KD Scientific | 788101 | |
Luer Adapter Female Luer to 1/4-28 Male Polypropylene | IDEX Health & Sciene | P-618L | 2 minimum |
Magnesium Sulfate | Fisher Scientific | M65-500 | |
Methanol, LC/MS Grade | Fisher Scientific | A454SK-4 | 4 L quantity is not necessary |
Microcentrifuge | Thermo Scientific | 75002436 | |
N,N′-Dimethylthiourea (DMTU) | ACROS Organics | 116891000 | |
NanoTight Sleeve Green 1/16" ID x .0155" ID x1.6"' | IDEX Health & Sciene | F-242X | |
NanoTight Sleeve Yellow 1/16" OD x 0.027" ID x 1.6" | IDEX Health & Sciene | F-246 | |
N-tert-Butyl-α-phenylnitrone (PBN) | ACROS Organics | 177350250 | |
OmniPur Phenylmethyl Sulfonyl Fluoride (PMSF) | Sigma-Aldrich | 7110-OP | any protease inhibitor is sufficient |
Orbitrap Fusion Lumos Tribrid Mass Spectrometer | Thermo Scientific | other high resolution instruments (e.g. Q exactive Orbitrap or Orbitrap Fusion) can be used | |
PE50-C pyroelectric energy meter | Ophir Optronics | 7Z02936 | |
Pierce Quantitative Colorimetric Peptide Assay | Thermo Scientific | 23275 | |
Pierce Rapid Gold BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | A53225 | |
Pierce Trypsin Protease, MS Grade | Thermo Scientific | 90058 | |
Polymicro Cleaving Stone, 1" x 1" x 1/32” | Molex | 1068680064 | any capillary tubing cutter is sufficient |
Polymicro Flexible Fused Silica Capillary Tubing, Inner Diameter 250µm, Outer Diameter 350µm, TSP250350 | Polymicro Technologies | 1068150026 | |
Polymicro Flexible Fused Silica Capillary Tubing, Inner Diameter 450µm, Outer Diameter 670µm, TSP450670 | Polymicro Technologies | 1068150625 | |
Polymicro Flexible Fused Silica Capillary Tubing, Inner Diameter 75µm, Outer Diameter 375µm, TSP075375 | Polymicro Technologies | 1068150019 | |
Potassium Phosphate Monobasic | Fisher Scientific | P382-500 | |
Proteome Discover (bottom-up proteomics software) | Thermo Scientific | OPTON-30799 | |
Rotary Magnetic Tumble Stirrer | V&P Scientific, Inc. | VP 710D3 | |
Rotary Magnetic Tumble Stirrer, accessory kit for use with Syringe Pumps | V&P Scientific, Inc. | VP 710D3-4 | |
Scissors | Fisher Scientific | 50-111-1315 | any scissors are sufficient |
Self-Adhesive Label Tape | Fisher Scientific | 15937 | one roll is sufficient |
Snap-Cap Microcentrifuge Flex-Tube Tubes | Fisher Scientific | 05-402 | any brand is sufficient |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | S271-500 | |
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) | Fisher Scientific | 15-525-017 | |
Sodium Phosphate Dibasic Heptahydrate | Fisher Scientific | S373-500 | |
Stereo Zoom Microscope | Fisher Scientific | 03-000-014 | a magnifying glass is sufficient |
Super Flangeless Ferrule w/SST Ring, Tefzel (ETFE), 1/4-28 Flat-Bottom, for 1/16" OD | IDEX Health & Sciene | P-259X | |
Super Flangeless Nut PEEK 1/4-28 Flat-Bottom, for 1/16" & 1/32" OD | IDEX Health & Sciene | P-255X | |
Super Tumble Stir Discs, 3.35 mm diameter, 0.61 mm thick | V&P Scientific, Inc. | VP 722F | |
Tris Base | Fisher Scientific | BP152-500 | |
Universal Base Plate, 2.5" x 2.5" x 3/8" | Thorlabs Inc. | UBP2 | |
Urea | Fisher Scientific | U5378 | |
VHP MicroTight Union for 360µm OD | IDEX Health & Sciene | UH-436 | 2 minimum |
Water with 0.1% Formic Acid (v/v), LC/MS Grade | Fisher Scientific | LS118-500 | |
Water, LC/MS Grade | Fisher Scientific | W6-4 |