Этот документ описывает методику для подготовки образцов тканей сердечно-сосудистой системы для анализа MS, что позволяет (1) анализ белкового состава ECM, (2) идентификации сайтов гликозилирования, и (3) композиционной характеристике гликанов форм. Эта методика может быть применена, с незначительными изменениями, к изучению ЕСМА в других тканях.
Фиброз является отличительной чертой многих сердечно-сосудистых заболеваний и связан с усиленной секрецией и отложением внеклеточного матрикса (ECM). Использование протеомики, ранее мы определили более 150 ECM и ECM-ассоциированных белков в тканях сердечно-сосудистой системы. Следует отметить, что многие ECM белки гликозилированный. Это посттрансляционная модификация влияет сворачивание белка, растворимость, связывание и деградацию. Мы разработали последовательную экстракцию и способ обогащения для белков ЕСМ, который совместим с последующей жидкостной хроматографии тандемной масс-спектрометрии (LC-MS / MS) анализа интактных гликопептидов. Стратегия основана на последовательных инкубирования с NaCl, SDS для decellularization ткани, и гидрохлорида гуанидина для солюбилизации белков ЕСМ. Последние достижения в LC-MS / MS включают методы фрагментации, такие как комбинации столкновений диссоциации больших энергий (HCD) и диссоциации переноса электрона (ETD), которые позволяютпрямой анализ состава гликопептидов белков ЕСМ. В данной работе, мы опишем способ получения ЕСМА из образцов ткани. Метод позволяет не только для профилирования белка, но также и оценки и характеристики гликозилирования с помощью анализа MS.
Фиброз является отличительным признаком многих заболеваний. Фибробласты пролиферируют и дифференцируются в стороне высокого синтетических фенотипов, которые связаны с усиленной секрецией и отложением внеклеточного матрикса (ECM) 1. Чрезмерное отложение ECM может продолжаться даже после того, как первоначальная травма стихла, что приводит к функциональным нарушениям. Использование протеомика, ранее мы определили более 150 ECM и ECM-ассоциированные белки в сердечной ткани 2, 3. Они являются не только структурные белки, но также matricellular белки и протеазы, которые способствуют непрерывному ремоделирования и динамической адаптации сердца. Следует отметить, что многие ECM белки гликозилированный 4. Это посттрансляционная модификация (ПТМ) включает добавление остатков сахаров в определенные положения аминокислот, и это влияет на сворачивание белков, растворимость, связывание и деградация 5 </sвверх>.
Есть два основных типа гликозилирования, которые встречаются у млекопитающих. (1) N-гликозилирование происходит в карбоксамидо азоте остатков аспарагина (Asn) в пределах консенсусной последовательности Asn-Хаа-Thr / Ser, где Хаа обозначает любая аминокислота, кроме пролина. (2) В O-гликозилировании, остатки сахаров прикрепить к остаткам серина и треонина (Ser, Thr) или, в гораздо меньшей степени, гидроксипролине и гидроксилизин. В то время как О-гликозилирование может происходить в различных белковых групп, N-гликозилирования ограничивается секретируемых белков или внеклеточных доменов мембранных белков 5. Это делает N-гликозилирования привлекательную мишень при изучении ECM.
Протеомика устанавливает новый стандарт для анализа изменений белков при болезни. До сих пор большинство протеомики исследования были сосредоточены на внутриклеточных белков 6. В основном это связано со следующими причинами. Во-первых, обильные внутриклеточные белки препятствуют Identiфикации дефицитных компонентов ECM. Это особенно важно в сердечной ткани, в которой приходятся митохондриальные белки и myofilament значительной доли содержания белка 7. Во-вторых, интегральные ECM белки сильно сшитый и трудно солюбилизации. Наконец, наличие обильных PTMs (т.е. гликозилирования) изменяет молекулярную массу, заряд и электрофоретических свойств пептидов, влияющих как разделение и идентификацию с помощью жидкостной хроматографии тандемной масс – спектрометрии (ЖХ-МС / МС). За последние годы, мы разработали и улучшили последовательную экстракцию и способ обогащения для белков ЕСМ, который совместим с последующим масс-спектрометрии (МС) анализа. Стратегия основана на последовательном инкубационных.
Первый шаг выполняются с NaCl, ионным буфером, который облегчает извлечение ECM-ассоциированный и слабосвязанный ECM белков, а также вновь синтезированные белка ECM. Это яс моющим средством свободно, без денатурации, без нарушения клеточных мембран, а также пригодны для дальнейших биохимических анализов 8. Затем decellularization достигается с помощью додецилсульфата натрия (SDS). На этом этапе, низкая концентрация ДСНЫ обеспечивает мембраны дестабилизацию и высвобождение внутриклеточных белков, предотвращая разрушение более растворимых нецелых компонентов ECM. И, наконец, ECM белки экстрагируют гуанидин гидрохлорид буфера (GuHCl). GuHCl эффективен при извлечении сильно сшитых белков и протеогликанов из тканей , таких как сухожилия 9, 10, хрящ сосудов 11, 12, 13 и сердце 2, 3. Мы применили это биохимическое фракционирование, в сочетании с LC-MS / MS, чтобы исследовать ECM ремоделирования в сердечно – сосудистых заболеваниях- <sup>, 3, 11, 12, 13, 14. Последние достижения в MS включают новые методы фрагментации, такие как комбинации столкновений диссоциации высших энергий (HCD) и диссоциации переноса электрона (ETD), которые позволяют для прямого анализа интактных гликопептидов 3, 15.
Здесь мы описываем методологию для подготовки ECM для анализа MS, который позволяет для анализа белковой композиции, идентификации сайтов гликозилирования, и характеристика гликанов форм. По сравнению с предыдущим анализом ECM гликозилирования 16, эта методика позволяет прямой оценки композиционных изменений профилей гликозилирования в сайт-специфическим образом с помощью MS. Мы применили эту методику для сердечно-сосудистой системы тканей. Тем не менее, он может альтак быть применены, с незначительными изменениями, к изучению ЕСМА в других образцах тканей и может обеспечить беспрецедентное понимание ECM биологии.
Этот протокол протеомики был оптимизирован в течение последних нескольких лет в нашей лаборатории. Здесь мы использовали сердечную ткань, но лишь незначительные корректировки могут потребоваться для его применения в другие ткани. Например, протокол экстракции необходимо принимать клеточности ткани во внимание. Сердечный ткань является высоко по сравнению с сотовым сосудистой тканью. При использовании сосудистой ткани, концентрация ДСН может быть ниже (т.е. 0,08%) , а время decellularization короче (т.е. 4 ч) 11, 12, 13. Использование дегликозилированием ферментов имеет решающее значение для ЖХ-МС / МС-анализа состава ECM. Тем не менее, время инкубации должно быть отрегулировано для различных типов тканей. Например, гепариназы II , необходимая расширенное времени инкубации при 25 ° С при использовании образцов , таких как кожа, которые богаты белками базальной мембраны (например , агрин, перлеканно) (данные не показаны), Анализ прямого гликопептида может быть выполнен на кондиционированной среде из клеток в культуре 15. Обогащение шаги могут не потребоваться для анализа этой упрощенной subproteome. Подобно экстракты GuHCl, NaCl экстракты также пригодны для анализа glycoproteomics с незначительными изменениями. Другие протоколы экстракции для обогащения белков ЕСМА может быть адаптированы для характеристики ECM гликопептидов 19, 20.
Гликозилирование является наиболее сложным PTM 5. Косвенное идентификация гликопептидов достигается за счет обнаружения дезамидированной Asn со встроенным 18 O в NXT / S sequon. Дезамидированная Asn в других положениях может представлять ложные срабатывания. Аналогично, N-гликозилирования следует рассматривать в контексте белковых онтологий: внутриклеточные белки, содержащие / S sequon NXT не будет гликозилированным, но может привести к возникновению ложных срабатываний. В текущем SearcАлгоритмы ч не дают для скрининга PTMs в предварительно определенных последовательностях только (т.е. Asn на NXT / S), ручная фильтрация данных требуются. Определение наличия / отсутствия гликозилирования в этих положениях могут быть сопоставлены между заболеванием и контрольных проб. Там нет фермента эквивалентна F для PNG – азой O-дегликозилированием (т.е. введение массовый сдвиг на треонин или серин). Таким образом, идентификация O-гликозилирования ограничивается прямым анализом гликопептидов. Прямой анализ Гликопептида используется для получения информации о составе сахаров, присоединенных к белкам, но не обеспечивает структурную информацию о Гликанах. Кроме того, композиция гликанов является результатом гликанового синтеза и обработок после секреции.
Наш метод экстракции 3-шаг для ECM белков ( «Английский квикстеп») 6 позволило характеризующий ECM в различных сердечно – сосудистых тканей. Фракционирование тканина несколько экстрактов требуются , чтобы получить упрощенную ECM протеым , как обсуждаются в другом месте 6. Внутриклеточные белки бы в противном случае способствовать чрезмерному динамическому диапазону белковых содержаний в пределах экстрактов, которые будут препятствовать идентификациям менее распространенных белков ЕСМА. Кроме того, белки несут внутриклеточные О-гликозилирование 5 , что усложнило бы ЕСМ обогащения гликопептидного и последующий анализ MS. Другие авторы использовали аналогичные методики экстракции , чтобы охарактеризовать, например , легкий 21 и хрящевую ткань 10, однако они не преследовали анализ гликозилирования. Предыдущий анализ гликозилирования сосредоточено на определении только glycosites, требуют удаления из гликанов из сердцевины белка, а также не может оценить O-гликозилирование 22, 23. Лектин массивы и химическое обогащение доступны для оценки гликанового стандаэс на биологических образцах на основе их специфичности связывания, но эти методы не могут назначать гликан типов , специфические белки , 24 они не могут оценить сайты гликозилирования.
Первоначально мы использовали гель-электрофореза перед LC-MS / MS ЕСМ белков. Хотя разделение геля полезно в получении упрощенных белковых фракций поддается анализу ЖХ-МС / МС, последние инструменты предлагают скорость сканирования быстрее. Таким образом, электрофоретическая стадия разделения может быть опущена. Это дает дополнительное преимущество, так как крупная ECM белки, которые удерживаются в верхней части геля, анализируется более эффективны. Тем не менее, информация, касающаяся Mw интактных белков теряется. Стадия выпаривания до F дегликозилирования PNG – азой обеспечивает полное удаление регулярного H 2 O , чтобы свести к минимуму ложных негативов. Сахарные остатки (т.е. переменные гликановые массы) мешают разделение с помощью LC и скомпрометировать последующую идентификацию пептидов с помощью MS / MS. пан-дегликозилирование протокол также рекомендуется для анализа протеомики белков ЕСМ не сосредоточены на гликозилирование.
Протеомика может обеспечить беспрецедентное понимание ЕСМА. Помимо структурной поддержки, гликано , присоединенные к ECM имеют важное значение для хоста-патоген взаимодействия, коммуникации клетки-клетки и иммунного ответа 25, то есть отторжение аллотрансплантата после трансплантации органов. Glycoproteomics будет важным инструментом в гликобиологии.
The authors have nothing to disclose.
JBB является карьера Создание Fellow в British Heart Foundation Center короля. ММ является старшим научным сотрудником Британского кардиологического фонда (FS / 13/2/29892). Исследование было поддержано по инициативе передового опыта (Центры компетенции для отличившихся технологий – COMET) Австрийского исследований Promotion Agency FFG: «Научно-исследовательский центр повышения квалификации в области сосудистой Старение – Тироль, VASCage» (номер K-Project 843536) и NIHR биомедицинских исследований Центр на базе Национальной службы здравоохранения Foundation Trust Гая и Святого Томаса и Королевского колледжа в Лондоне в партнерстве с больницы Королевского колледжа.
A. Chemicals | |||
Acetonitrile, MS-grade (ACN, C2H3N) | Thermo Scientific | 51101 | 5.2-5.8, 6.2, 7.11, Supp 2, 3, 4 |
Cocktail of proteinase inhibitors | Sigma-Aldrich | P8340 | 1.3, 1.4.1, 1.5.1, 1.6.1 |
Disodium phosphate (Na2H2PO4) | Sigma-Aldrich | S7907 | 3.1 |
Dithiotreitol (DTT, C4H10O2S2) | Sigma-Aldrich | D0632 | 4.3 |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA, C10H16N2O8) | Sigma-Aldrich | E9884 | 1.3, 1.4.1, 1.5.1, 1.6.1 |
Ethanol (C2H6O) | VWR | 437433T | 2.2.1 |
Guanidine hydrochloride (GuHCl, CH6ClN3) | Sigma-Aldrich | G3272 | 1.6.1 |
Glycerol (C3H8O3) | Acros organics | 158920025 | Suppl 1.1 |
H2O LC-MS Cromasolv | Sigma-Aldrich | 39253-1L-R | Throughout the protocol |
H218O | Taiyo Nippon Sanso | FO3-0027 | 3.5 |
Hydroxylamine (HA, H3NO) | Sigma-Aldrich | 467804 | 6.4 |
Iodoacetamide (IAA, C2H4INO) | Sigma-Aldrich | A3221 | 4.4 |
Phosphate-buffered Saline (PBS), 10X | Lonza | 51226 | 1.3 |
Sodium acetate (C2H3NaO2) | Sigma-Aldrich | S7545 | 1.6.1 |
Sodium chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich | S9888 | 1.4.1, 3.2 |
Sodium dodecyl sulfate (SDS, NaC12H25SO4) | Sigma-Aldrich | 466143 | 1.5.1 |
Triethylammonium bicarbonate (TEAB, C7H17NO3) | Sigma-Aldrich | 11268 | 4.7, 6.1 |
Trifluoroacetic acid (TFA, C2HF3O2) | Sigma-Aldrich | T62200 | 4.8, 5.2-5.8, 7.11, Supp 2, 3 |
Thiourea (CH4N2S) | Sigma-Aldrich | T8656 | 4.2 |
Tris-hydrochloride (Tris-HCl, NH11C4O3[HCl]) | Sigma-Aldrich | T3253 | 1.4.1, Suppl 1. |
Urea (CH4N2O) | Sigma-Aldrich | U1250 | 4.2 |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
B. Enzymes | |||
α2-3,6,8,9-Neuraminidase (Sialidase) | EDM Millipore | 362280 (KP0012) | 3.1 |
β1,4-Galactosidase | EDM Millipore | 362280 (KP0004) | 3.1 |
β-N-Acetylglucosaminidase | EDM Millipore | 362280 (KP0013) | 3.1 |
Chondroitinase ABC | Sigma-Aldrich | C3667 | 3.1 |
Endo-α-N-acetylgalactosaminidase (O-glycosidase) | EDM Millipore | 362280 (KP0011) | 3.1 |
Heparinase II | Sigma-Aldrich | H6512 | 3.1 |
Keratanase | Sigma-Aldrich | G6920 | 3.1 |
PNGase-F (N-Glycosidase F) | EDM Millipore | 362280 (KP0001) | 3.5 |
Trypsin | Thermo Scientific | 90057 | 4.7 |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
C. Reagent kits | |||
30 kDa MWCO spin filters | Amicon, Millipore | 10256744 | 5.9, Suppl 2 |
Macro SpinColumn C-18, 96-Well Plate | Harvard Apparatus | 74-5657 | 5.1 |
NuPAGE Novex BisTris Acrylamide Gels | Thermo-Scientific | NP0322PK2 | Suppl 1 |
Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | 23227 | 2.1.3 |
ProteoExtract Glycopeptide Enrichment Kit | Merk Millipore | 72103 | 7 |
Tandem mass tag 0 (TMT0) | Thermo Scientific | 900067 | 6.2, 6.3 |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
D. Equipment and software | |||
Acclaim PepMap100 C18 Trap, 5mm x 300µm, 5µm, 100Å | Thermo Scientific | 160454 | Suppl 3, 4 |
Acclaim PepMap100 C18, 50cm x 75µm, 3µm, 100Å | Thermo Scientific | 164570 | Suppl 3 |
Byonic Search Engine | Protein Metrics | Version 2.9.30 | Suppl 5 |
Dionex UltiMate 3000 RSLCnano | Thermo Scientific | n/a | Suppl 3, 4 |
EASY-Spray Ion Source | Thermo Scientific | ES081 | Suppl 4 |
EASY-Spray PepMap RSLC C18, 50cm x 75µm, 2μm, 100Å | Thermo Scientific | ES803 | Suppl 4 |
Mascot Search Engine | Matrix Science | Version 2.3.01 | Suppl 3 |
Orbitrap Fusion Lumos Tribrid Mass Spectrometer | Thermo Scientific | IQLAAEGAAPFADBMBHQ | Suppl 4 |
Proteome Discoverer Software | Thermo Scientific | Version 2.1.1.21 | Suppl 3, 5 |
Picoview Nanospray Source | New Objective | 550 | Suppl 3 |
Q Exactive HF Mass Spectrometer | Thermo Scientific | IQLAAEGAAPFALGMBFZ | Suppl 3 |
Savant SpeedVac Concentrator | Thermo Scientific | SPD131DDA | 2.2.2, 3.4, 4.6, 5.7, 6.5, 7.11 |
Scaffold Software | Proteome Software | Version 4.3.2 | Suppl 3 |