يمثل قياس كتلة دقيقة خطوة هامة أثناء التحقيق في البروتينات. بمساعدة الليزر مصفوفة الامتزاز / التأين (MALDI) مطياف الكتلة (MS) يمكن استخدامها لمثل هذا القرار والميزة الرئيسية له هو التسامح إلى الأملاح والمنظفات والملوثات. نحن هنا توضيح نهج الوصول إليها لتحليل البروتينات أكبر من 100 كيلو دالتون بواسطة MALDI-MS.
تحديد فعالية الجماهير من البروتينات أمر بالغ الأهمية لكثير من الدراسات البيولوجية (مثلا للتحقيقات البيولوجيا البنيوية). تقرير شامل دقيق يسمح احد لتقييم صحة تسلسل الأولية البروتين، وجود الطفرات و / أو التعديلات بعد متعدية، وتدهور ممكن البروتين، والتجانس العينة، ودرجة النظائر التأسيس في حالة وضع العلامات (مثل وضع العلامات 13 C ).
يستخدم Electrospray تأين (ESI) مطياف الكتلة (MS) على نطاق واسع لتحديد كتلة من البروتينات التشويه والتحريف، ولكن يتأثر كفاءتها من خلال تكوين عينة العازلة. على وجه الخصوص، وجود الأملاح والمنظفات، والملوثات يقوض بشدة فعالية تحليل البروتين بواسطة ESI-MS. بمساعدة الليزر مصفوفة الامتزاز / التأين (MALDI) MS هو بديلا جذابا، وذلك بسبب التسامح الملح وبساطة الحصول على البيانات وتفسيرانشوئها. وعلاوة على ذلك، فإن تحديد كتلة غير متجانسة من البروتينات الكبيرة (أكبر من 100 كيلو دالتون) هو أسهل عن طريق MALDI-MS نظرا لعدم وجود تداخل التوزيعات ولاية تهمة عالية والتي هي موجودة في ESI الأطياف.
هنا نقدم هذا النهج للوصول لتحليل البروتينات أكبر من 100 كيلو دالتون بواسطة MALDI وقت الرحلة (TOF). نحن لتوضيح مزايا استخدام مزيج من اثنين من المصفوفات (حمض أي 2،5-dihydroxybenzoic وحمض α-سيانو-4-hydroxycinnamic) والأداة المساعدة للأسلوب طبقة رقيقة مع اقتراب لترسب العينة. نحن أيضا مناقشة الدور الحاسم للمصفوفة والنقاء المذيبات، المعايير المستخدمة في المعايرة، من طاقة الليزر، وللاكتساب الوقت. عموما، ونحن نقدم المعلومات اللازمة لمبتدئ لتحليل البروتينات سليمة أكبر من 100 كيلو دالتون بواسطة MALDI-MS.
يعتمد علم الأحياء الهيكلي على إنتاج البروتينات عالية الجودة (1) وبالتالي يحتاج إلى أن يقترن مع تقنيات فعالة وموثوقة لتحليل البروتين 2،3. لدينا في مطياف الكتلة (MS) داخل مختبر معهد البيولوجيا البنيوية نحن بحاجة لتأكيد تسلسل الأولية للبروتينات، وتقييم وجود الطفرات وتعديلات ما بعد النقل، وتدهور البروتينات، والتجانس العينة، ونوعية وضع العلامات النظائر (على سبيل المثال بالديوتيريوم البروتينات للدراسات الرنين المغناطيسي النووي 4). منذ الأحياء الهيكلية استخدام التحلل البروتيني محدودة للتمييز المجالات جامدة هيكليا من أجزاء مرنة، ونحن بحاجة لتوصيف موثوق مثل البروتينات اقتطاع باستخدام MS.
عندما يتم تحليل الجزيئات الحيوية عن طريق MS، وتستخدم نهجين الممكن ionise بهدوء مثل هذه الجزيئات الثقيلة وعطوب. تأين Electrospray (ESI) ionises جزيئات مباشرة منيتطلب بمساعدة مصفوفة الامتزاز الليزر تأين (MALDI) أن الجزيئات الحيوية وشارك تبلورت مع الجزيئات العضوية التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية (أي مصفوفة الجزيئات) 6؛ الطور السائل 5.
إلى جانب ESI الوقت من الطيران (TOF) MS إلى اللوني السائل أصبحت تقنية روتينية لتحليل البروتينات سليمة، لأنه يسمح التصميم الشامل مع دقة عالية (≤ 50 جزء في المليون). ومع ذلك، فإنه هو عرضة للغاية لتكوين عينة العازلة (وخاصة للأملاح والمنظفات الصناعية) والملوثات (أي بوليمرات) والتي تكون في بعض الأحيان صعبة للقضاء، مما تسبب في قمع إشارة الحليلة.
MALDI-TOF MS يمثل بديلا فعالا للESI-MS بسبب أدائها هو أقل تأثرا مكونات العازلة، المنظفات والملوثات، ويسمح البروتين سليمة تقرير الشامل مع دقة كافية (≤ 500 جزء في المليون) للتحقق من صحة التسلسل. بعد البروتيناتن الهضم، ويمكن استخدامها MALDI-TOF MS أيضا لتحليل الببتيدات التي تم الحصول عليها لمزيد من التأكيد تسلسل الأولية من قبل ما يسمى ب "الببتيد البصمات الشامل".
في أيدينا، وتحديد كتلة من البروتينات سليمة، والتي هي أكبر من 100 كيلو دالتون وغير المتجانسة (بسبب التعديلات أو truncations)، هو أسهل من خلال MALDI-MS من قبل ESI-MS. ويرجع ذلك إلى عدم وجود تداخل التوزيعات ولاية تهمة موجودة في ESI أطياف هذا. علاوة على ذلك، منذ عملية MALDI لا تعتمد على حجم الحليلة 7، مثل عوائد طريقة حساسية عالية عندما كتلة جزيء حيوي هو فوق 100 كيلو دالتون. أجريت تحليلات رائعة من البروتينات سليمة من استخدام الأدوات المصنوعة محليا بين نهاية عام 1980 وبداية عام 1990 في 8-11.
MALDI-TOF يمكن استخدامها أيضا كأداة فحص لتقييم جودة عينات البروتين لأنه يتطلب وقتا أقل لإعداد العينات وأقل عرضة للinterferenالمجال الاقتصادي الموحد بسبب الشوائب المشتركة (مثل أملاح). بعد الأولى، والتقييم السريع من قبل MALDI-MS، عينة يمكن تحليلها بواسطة ESI-TOF لتحديد كتلته مع دقة أعلى. علاوة على ذلك، MALDI بتوليد أيونات تحتوي على رسوم أقل من ESI، وبالتالي اكتساب وتفسير البيانات MALDI هو أكثر وضوحا. هذا يتيح للطلاب العمل في علم الأحياء الهيكلي لتحليل البروتينات المؤتلف بهم فقط بعد تدريبي قصير الامد.
نوعان من العوامل الرئيسية التأثير على نوعية أطياف MALDI: المصفوفة والتقنية المستخدمة لترسب مصفوفة (الحبرية مثل المجففة 8 و طبقة رقيقة 12-16،17،18). مصفوفة العضوية احدة [مثل حمض sinapinic (SA) 19-21 أو α-سيانو-4-hydroxycinnamic حمض (α-CHCA) 14،22،23] وغالبا ما يستخدم لفحص MS البروتينات سليمة والمجمعات البروتين عبر ربط . باستخدام α-CHCA، قدم مجموعة Chait سابقا بروتوكول مفصلة لعيصلح طبقة رقيقة جدا قبل تحليل MALDI من البروتينات القابلة للذوبان وغشاء 14،15. في الآونة الأخيرة، جوركا آخرون يتضح طلاء الهدف القائم على الجرافيت لتحسين تحليل MALDI من الببتيدات والبروتينات باستخدام α-CHCA مثل المصفوفة 24.
هنا، نقدم بروتوكول بسيط لتحليل البروتينات سليمة من قبل MALDI-TOF MS، وذلك باستخدام مزيج من اثنين من المصفوفات: حمض 2،5-dihydroxybenzoic (DHB) وα-CHCA 25. قمنا بتقييم منهجي لأداء مزيج DHB-CHCA مقارنة SA-α وCHCA المصفوفات، من أجل السيطرة على البروتينات سليمة. خليط مصفوفة يسمح قرار أفضل (أي قمم البروتين هي أكثر وضوحا من ذلك بكثير). وعلاوة على ذلك، فإن وجود مكثفة تهم متعددة الأيونات (أي M +2 H 2 +، M +3 H 3 +، الخ) تمكن تقرير الشامل أكثر دقة لأن القرار من الصكوك المحوري MALDI-TOF أعلى في انخفاض الشامل أكثر من تهمة (م / ض) 26. هذا مفيد بشكل خاص لتحديد الوزن الجزيئي للبروتينات أكبر من 100 كيلو دالتون.
يتم التوصل إلى حساسية أعلى أيضا باستخدام خليط DHB-CHCA (0.5 pmoles من البروتين رصدت على الهدف MALDI).
كما ذكرنا أعلاه، أحد العوامل الهامة التي يجب أخذها في الاعتبار عند استخدام أداة MALDI هو ترسب مصفوفة. وجسن وآخرون. اقترح استخدام DHB-CHCA الخليط لأول مرة 25، وذلك باستخدام ترسب قطرات المجففة. ومع ذلك، لاحظنا نتائج أفضل (مثل حساسية أعلى من ذلك بكثير) عندما كنا تستخدم أسلوب طبقة رقيقة حيث يتم تشكيل الطبقة الأولى من α-CHCA المذاب في الأسيتون. طبقة رقيقة الأسلوب 12،27 يعني تشكيل قوام متجانس من بلورات المصفوفة على الهدف MALDI، التي وصفت في شريط فيديو إن الرب سابقا 15. ثم، وتودع العينة على هذه التحتية، وأخيراوتودع مصفوفة إضافية (انظر أدناه). في هذه المقالة، ونحن أيضا توضيح كيفية إيداع العينة على الهدف MALDI، ولكن أيضا كيفية تنظيف الهدف 15، لأعد بلورة وإعداد مصفوفات.
لإبرام نحن نهدف إلى توفير جميع المعلومات اللازمة لتحليل البروتينات سليمة للعلماء (على وجه الخصوص، وعلماء الأحياء الهيكلية) الذين يحتاجون إلى تقييم نوعية البروتينات التي تنتج في وسيلة سريعة وبسيطة والذين ليسوا على دراية بذلك مع MALDI-TOF MS. كما تنبأ في منتصف 1990s 28، زارها MS تأثير زيادة على البحوث البيولوجية، وإمكانية الحصول عليها لعلماء البيولوجيا قد ازداد. نأمل أن المعلومات التي قدمت وسوف يكون من المفيد لجعل MALDI-TOF في متناول علماء البيولوجيا وعلماء الذين يرغبون في بدء استخدام مطياف الكتلة.
قدمنا بروتوكول التفاصيل للحصول على جودة عالية الأطياف كتلة من البروتينات سليمة كبيرة مع الأوزان الجزيئية أكبر من 100 كيلو دالتون، وذلك باستخدام أداة MALDI-TOF. وينبغي النظر في عدد من الجوانب الهامة المتعلقة بإعداد العينة بعناية من أجل تحسين نوعية الأطياف الشامل. المصفوفات والمذيبات عالية النقاء ذات أهمية حاسمة لأن تتركز كل الملوثات الموجودة في مصفوفات والمذيبات على الهدف MALDI بعد تبخر المذيبات. من أجل تعزيز نقاء المصفوفات MALDI فمن الممكن لتنقية لهم باستخدام الأساليب الكلاسيكية التبلور (انظر أعلاه). نوصي أيضا إلى إعداد طازجة الحلول المصفوفات (على الأقل مرة واحدة في الأسبوع) لتحسين بلورة المصفوفة وتجنب تدهور المصفوفة.
النهج ترسب مصفوفة حرجة للغاية لنوعية النهائي للأطياف. كما هو موضح أعلاه، وطريقة طبقة رقيقة هو أسلوبنا سو خيار 12. وعلاوة على ذلك، ونحن الأمثل النهج لإيداع الطبقة الأولى. عندما يذوب في الأسيتون المصفوفة للحصول على محلول مشبع، وبروبانون يسمح التبخر السريع للالمذيب، ولكن أيضا يجعل حجم الطبقة الأولى من الصعب جدا السيطرة عليها. نقترح استخدام تلميح GELoader كما فرشاة القليل الذي تراجع في حل matrix_acetone للحصول على الحد الأدنى من حجم الذي تقوم بإيداع بسرعة على الهدف. حجم الطبقة الأولى تسيطر على نحو ما الحجم النهائي للبقعة MALDI: بقعة صغيرة (أي 0،5-،75 ملم من قطر) هو الأفضل لأنه في هذه الحالة تركيز العينة هو أعلى منه في حالة وجود بقعة كبيرة. الحصول على بقعة صغيرة يختلف عن النهج طبقة رقيقة جدا المقترحة سابقا في شريط فيديو JOVE 15. في Fenyo وآخرون. ينتشر الحل طبقة رقيقة في جميع أنحاء الهدف MALDI باستخدام الجانب من طرف ماصة. يتطلب هذا النهج اختبار طبقة رقيقة التي ينبغي أن تلبي معايير محددة(على سبيل المثال سرعة تبخر المذيبات). إذا لم يتم استيفاء المعيار، يجب غسلها الهدف MALDI وينبغي إعداد طبقة رقيقة جديدة. وهذا يجعل إعداد شاقة جدا بالنسبة لمبتدئ. وعلاوة على ذلك، فإن ترسب خليط عينة / مصفوفة على لوحة يتطلب تطلع المذيبات الزائد باستخدام خط فراغ وخطوة الغسيل باستخدام TFA 15 هو ضروري، مما يجعل Fenyo وآخرون. إعداد قليلا أكثر صعوبة من نهجنا.
نسبة حجم المصفوفة وبين عينة من المهم جدا بالنسبة لتحليل ناجحة من البروتينات سليمة من قبل MALDI-TOF. بعد اختبار نسب مختلفة نقترح استخدام نسبة 1:1. مصفوفة مختلفة: عينة نسبة يمكن أن تؤثر سلبا على جودة الأطياف، وربما يرجع ذلك إلى تبلور غير متجانسة. الترتيب الذي يتم إيداع مصفوفة وعينة أمر بالغ الأهمية أيضا. بعد إيداع طبقة رقيقة مصفوفة، وتودع العينة ومباشرة بعد (قبل عصيدةلو يصبح بقعة جافة) يضاف خليط CHCA_DHB. وقد تم تعريف هذا الإجراء بأنه "طريقة ساندويتش" 27، حيث يتم إيداع عينة وحده بين طبقتين المصفوفة. كبديل، والحل CHCA_DHB والعينة يمكن أن تكون مختلطة في أنبوب 0.5 مل ثم رصدت على طبقة رقيقة CHCA 12. هذا ينتج بقعة مع طبقة متجانسة من البلورات الناتجة في ذات جودة عالية الأطياف. عند تحليل البروتينات مع انخفاض كتلة من 100 كيلو دالتون، وتركيز DHB يمكن زيادة (على سبيل المثال 60:40 DHB: CHCA)، وهذا يمكن أن تنتج أكثر وضوحا الذروة، ولكن يمكن أن تؤثر سلبا على حساسية قياس (أي قمم أقل كثافة).
لمعايرة الأدوات الصحيحة، فمن الضروري أن تودع المعايير calibrant قريبة جدا من بقع عينة، مما يسمح احد للحصول على دقة أفضل الشامل. A "الزائفة الداخلية إجراء المعايرة" واقترح سابقا 15: بعد الحصول على عينة الطيف، بقعة ط calibrantتضاف ق الليزر اطلاق النار وإشارة من calibrant إلى الطيف العينة. هذا يسمح لك لمعايرة داخليا الطيف العينة باستخدام القمم calibrant.
وينبغي أيضا التحكم في طاقة الليزر بعناية خلال اقتناء الأطياف. في معظم الحالات، والطاقة العالي يزيد من حساسية، ولكن يقلل من القرار. نقترح استخدام الحد الأدنى الممكن طاقة الليزر دون المساس حساسية الاستحواذ. وعلاوة على ذلك، من أجل تحسين جودة الطيفية، يمكن للمرء الحصول على مزيد من الطلقات على كل بقعة العينة. عادة مزيد من الطلقات تحصل عليه (1،000-2،000 طلقة)، وارتفاع كثافة الإشارة. عندما تصل إلى بقعة مع الليزر، ويحتاج المرء إلى العثور على المكان المناسب (أي "بقعة الحلو")، لأنه لا يتم توزيع العينة متجانس. يمكنك اطلاق النار على نفس المنطقة حتى إشارة آخذ في الازدياد، ومن ثم محاولة إيجاد منطقة أخرى تحتوي على العينة.
في الختام، نقاء عالية من المصفوفات ويذابالوالدان، والأساليب المستخدمة لعينة والمصفوفات ترسب على الهدف، والموقف من المعايير المستخدمة للمعايرة، وكثافة طاقة الليزر، والوقت من اقتناء (عدد من الطلقات / البقعة) هي العوامل الحاسمة التي ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار عند تحليل البروتينات سليمة من قبل MALDI-TOF MS.
المؤلف مساهمات
LS والنفقات الخارجة عن الميزانية تصميم التجارب، أجريت التجارب مطياف الكتلة، تحليل البيانات، وكتب مخطوطة.
The authors have nothing to disclose.
نشكر الدكتور كريستوف ماسيلون (iRTV، CEA، غرونوبل) وأعضاء من العدوى الفيروسية والسرطان في المجموعة IBS، لتقييم الحرجة للمخطوطة والمناقشات المفيدة. نحن ممتنون لسيريل ديان للهدية نوع من البروتين Crm1. استغرق هذا العمل العلمي مكان في منشأة قياس الطيف الكتلي لمركز التعليمات لغرونوبل (ISBG؛ UMS 3518 CNRS-CEA-UJF-EMBL). وأيد ماليا من قبل البنية التحتية للمبادرة الفرنسية الأحياء الهيكلية المتكاملة (FRISBI، ANR-10-INSB-05-02)، GRAL (ANR-10-LABX-49-01) [ضمن الشراكة غرونوبل لعلم الأحياء الهيكلي] و المركز الفرنسي الوطني للبحوث العلمية (CNRS).
REAGENTS | |||
Trizma hydrochloride | Sigma | T3253 | |
Trizima | Sigma | T6066 | |
Micro Bio-Spin 6 chromatography columns | Bio-Rad | 732-6221 | |
Vivaspin 500 | Sartorius | VS0122 | various molecular weight cut off |
Methanol | Fluka | 14262 | |
Ethanol | Fluka | 02860 | |
KIMTECH SCIENCE Precision Wipes Tissue Wipers | Kimberly Clark | 05511 | |
α-cyano-4-hydroxycinnamic acid | Sigma Aldrich | C8982 | |
Acetone | Sigma Aldrich | 650501 | |
2,5-dihydroxybenzoic acid | Fluka | 39319 | |
GELoader Tips | Eppendorf | 0030 001.222 | |
Acetonitrile | Sigma Aldrich | 34998 | |
Formic acid | Fluka | 09676 | |
Trifluoroacetic acid | Sigma Aldrich | 302031 | |
Protein Standard II | Bruker Daltonics | 207234 | It contains Trypsinogen, Protein A, Serum Albumin-Bovine |
Immunoglobulin G | ABSciex | GEN602151 | |
[header] | |||
EQUIPMENT | |||
Water purifier PURELAB Ultra Analytic | ELGA LabWater | 89204-052 | |
Autoflex MALDI-TOF instrument | Bruker Daltonics | ||
MALDI-TOF target | Bruker Daltonics |