Questo protocollo descrive un metodo per la raccolta di campioni lacrimale utilizzando strisce di Schirmer e un flusso di lavoro quantitativo integrato per la scoperta di biomarcatori non invasivi delle proteine lacrimali. Il flusso di lavoro di preparazione dei campioni per intrappolamento in sospensione consente una preparazione rapida e robusta dei campioni di lacrime e l’analisi spettrometrica di massa, con conseguenti rese di recupero dei peptidi e identificazione delle proteine più elevate rispetto alle procedure standard in soluzione.
Il liquido lacrimale è uno dei biofluidi facilmente accessibili che possono essere raccolti in modo non invasivo. La proteomica lacrimale ha il potenziale per scoprire biomarcatori per diverse malattie e condizioni oculari. La colonna di intrappolamento in sospensione è stata segnalata per essere un flusso di lavoro efficiente e facile da usare per la preparazione dei campioni per l’ampia applicazione dell’analisi proteomica a valle. Tuttavia, questa strategia non è stata ben studiata nell’analisi del proteoma lacrimale umano. Il presente protocollo descrive un flusso di lavoro integrato da campioni clinici di lacrime umane a peptidi purificati per la ricerca non invasiva di biomarcatori di proteine lacrimali utilizzando la spettrometria di massa, che fornisce approfondimenti sui biomarcatori di malattia e sul monitoraggio in combinazione con l’analisi bioinformatica. È stata applicata una preparazione del campione per l’intrappolamento delle sospensioni proteiche che ha dimostrato la scoperta del proteoma lacrimale con procedure rapide, riproducibili e di facile utilizzo, come preparazione del campione universale e ottimizzata per l’analisi del liquido lacrimale umano. In particolare, la procedura di intrappolamento in sospensione ha superato la preparazione del campione in soluzione in termini di recupero dei peptidi, identificazione delle proteine e tempi di preparazione del campione più brevi.
La proteomica lacrimale ha ricevuto attenzione per esplorare potenziali biomarcatori per le malattie oculari e le condizioni 1,2,3,4,5,6, per accedere alla patogenesi della condizione oculare e sistemica, nonché per sfruttare il vantaggio della raccolta non invasiva di campioni di lacrime utilizzando le strisce di Schirmer. Il progresso tecnologico della spettrometria di massa di nuova generazione ha permesso la quantificazione delle proteine in lacrime su scala microlitrimetrica con accuratezza e precisione non possibili in passato. I metodi di preparazione dei campioni non sono ancora standardizzati. Un flusso di lavoro di preparazione dei campioni solido e standardizzato è essenziale per il successo dell’applicazione clinica nella ricerca sui biomarcatori delle proteine lacrimali. Il flusso di lavoro di preparazione dei campioni per intrappolamento in sospensione (S-Trap) è stato recentemente segnalato come un metodo di preparazione del campione efficace e sensibile per un’ampia analisi proteomica a valle 7,8. Tuttavia, questa strategia non è stata ben riportata nell’analisi del proteoma lacrimale umano, ha superato la preparazione del campione assistita da filtro (FASP) e la digestione in soluzione in termini di efficienza di digestione enzimatica e il maggior numero di proteine identificate mediante analisi spettrometrica di massa9. L’approccio basato su S-Trap è stato dimostrato nella preparazione di tessuto retinico 10, tessuto fissato in formalina, incluso in paraffina (FFPE) 11, cellule 12, microrganismi13 e biopsie liquide14,15.
Questo protocollo descrive un flusso di lavoro quantitativo integrato dai campioni clinici alla proteina digerita enzimaticamente per la scoperta di un pannello di biomarcatori di proteine lacrimali non invasivo con una strategia tecnica rapida, riproducibile e robusta. In breve, il liquido lacrimale è stato raccolto utilizzando una striscia di Schirmer standard e immediatamente essiccato con un riscaldatore oftalmico per prevenire l’autolisi delle proteine a temperatura ambiente. Le proteine totali incorporate sono state estratte utilizzando un tampone di lisi di sodio dodecilsolfato (SDS) al 5% secondo il suggerimento del produttore, seguito dalla misurazione del saggio proteico. Il lisato estratto è stato poi sottoposto a riduzione standard con ditiotreitolo (DTT) e alchilazione con iodoacetammide (IAA).
Dopo l’acidificazione con acido fosforico, alle proteine aggregate è stato aggiunto un tampone di precipitazione proteica della colonna di intrappolamento in sospensione contenente il 90% di metanolo e 100 mM di bicarbonato di trietilammonio (TEAB). Il campione è stato quindi trasferito in una nuova microcolonna di intrappolamento in sospensione. Digestione enzimatica con tripsina sequenziata in rapporto 1:25 (p/p, tripsina: proteina) a 47 °C per 1 h. I peptidi risultanti sono stati quindi eluiti tramite centrifugazione, in sequenza con 50 mM di TEAB, 0,2% di acido formico acquoso (FA) e 50% di acetonitrile (ACN) contenente lo 0,2% di FA. I peptidi eluiti sono stati essiccati sotto vuoto e ricostituiti in FA allo 0,1 %. La concentrazione del peptide è stata misurata e regolata a 0,5 μg/μL per l’analisi spettrometrica di massa.
Per ottenere risultati accurati utilizzando questo metodo, è necessario indossare guanti monouso privi di potenza in tutte le procedure dalla raccolta del campione lacrimale per evitare la contaminazione del campione. È importante evitare bolle e traferri d’aria tra il filtro e la soluzione del campione in ogni fase utilizzando colonne microrotanti. Se il volume del campione è superiore alla capacità delle colonne, si consiglia di ripetere il processo. Questo protocollo ha dimostrato di essere più efficiente del tradizionale protocollo in soluzione in termini di tempo di preparazione, recupero delle proteine e identificazione totale delle proteine. Ciò è dovuto in gran parte al fatto che i campioni vengono sottoposti alla maggior parte delle procedure richieste sulla stessa colonna, a differenza del metodo in soluzione che prevede più fasi di trasferimento come la precipitazione dell’acetone, la digestione e la pulizia (desalinizzazione), che aumenta la probabilità di variazioni nei dati risultanti.
Oltre ai campioni di lacrime raccolti con il metodo microcapillare16,17, questo flusso di lavoro FASP con microcolonna di intrappolamento in sospensione fornisce un metodo alternativo di preparazione del campione che consente una preparazione rapida e robusta del campione lacrimale raccolto utilizzando le strisce di Schirmer, con una preparazione minima del materiale e passaggi facili da seguire. Ciò consente una preparazione riproducibile del campione lacrimale per studi di coorte di grandi dimensioni su più malattie o condizioni oculari con un migliore recupero dei peptidi e l’identificazione delle proteine da parte della SM rispetto alle procedure in soluzione. Questo processo affidabile può essere utilizzato regolarmente nella preparazione di campioni di biomarcatori lacrimali per la ricerca e altri scopi clinici. Ancora più importante, richiede una formazione minima del personale per la raccolta in loco e annulla la necessità di conservare i campioni in un congelatore. I campioni vengono essiccati in loco per ridurre al minimo l’autolisi e la degradazione delle proteine. Pertanto, ciò consente una comoda spedizione per posta per facilitare l’analisi a valle, al contrario dell’utilizzo di tubi micro-capillari.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato sostenuto dall’iniziativa InnoHK e dal governo della regione amministrativa speciale di Hong Kong; Centro di Ricerca per la Visione SHARP; e il Centro di Ricerca per l’Innovazione della Medicina Cinese (RCMI) presso l’Università Politecnica di Hong Kong.
9 mm Plastic Screw Thread Vials | Thermo Scientific | C4000-11 | |
Acetonitrile, LCMS Grade | Anaqua | AC-1026 | |
Centrifuge MiniSpin plus | Eppendorf | 5453000097 | |
DL-dithiothreitol (DTT), BioUltra | Sigma-Aldrich | 43815 | |
Eppendorf Safe-Lock Tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 30120086 | |
Formic acid, ACS reagent, ≥96% | Sigma-Aldrich | 695076 | |
Frame Heater OPTIMONSUN Electronic | Breitfeld & Schliekert GmbH | 1203166 | |
Iodoacetamide (IAA), BioUltra | Sigma-Aldrich | I1149 | |
Methanol, HPLC Grade | Anaqua | MA-1292 | |
Nunc Biobanking and Cell Culture Cryogenic Tubes, 2 mL | Thermo Fisher Scientific | 368632 | |
Phosphoric acid, 85 wt.% in H2O | Sigma-Aldrich | 345245 | |
Pierce Quantitative Colorimetric Peptide Assay | Thermo Fisher Scientific | 23275 | |
Pierce Rapid Gold BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | A53225 | |
Quadrupole Time-of-Flight Mass Spectrometry | Sciex | TripleTOF 6600 | |
Schirmer Ophthalmic Strips | Entod Research Cell UK Ltd | I-DEW Tearstrips | |
S-Trap Micro Column | Protifi | C02-micro-80 | |
SureSTART 9 mm Screw Caps | Thermo Scientific | CHSC9-40 | |
Triethylammonium bicarbonate (TEAB), 1 M | Sigma-Aldrich | 18597 | |
Ultra-performance Liquid Chromatography | Eksigent | NanoLC 400 | |
UltraPure Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Thermo Fisher Scientific | 15525017 |