פרוטוקול זה מתאר הליך כדי לחלץ ולהעשיר את phosphopeptides סרטן הערמונית שורות תאים או רקמות עבור ניתוח של phosphoproteome באמצעות פרוטאומיקס מבוססי ספקטרומטר מסה.
Phosphoproteomics כרוך המחקר בקנה מידה גדול של חלבונים phosphorylated. זירחון חלבונים היא שלב קריטי משעולים רבים של התמרה חושית אות ו בחוזקה מוסדר על ידי kinases ו- phosphatases. לכן, אפיון של phosphoproteome עשוי לספק תובנות לגבי זיהוי מטרות הרומן סמנים ביולוגיים לטיפול oncologic. ספקטרומטר מסה מספק דרך כדי לזהות ולכמת ברחבי העולם אלפי אירועים ייחודיים זירחון. עם זאת, phosphopeptides נפוצים הרבה פחות מאשר הלא-phosphopeptides, ביצוע ניתוח הביוכימי מאתגרת יותר. כדי להתגבר על מגבלה זו, נדרשים שיטות להעשרת phosphopeptides לפני הניתוח ספקטרומטר מסה. אנו מתארים הליך כדי לחלץ לעכל חלבונים מרקמות להניב פפטידים, ואחריו העשרה phosphotyrosine (pY), שימוש מבוסס על נוגדנים פפטידים phosphoserine/תראונין (pST) ו/או טיטניום דו-חמצני (TiO2)-מבוסס שיטת העשרה. אחרי הכנת הדוגמא ספקטרומטר מסה, אנחנו לאחר מכן לזהות ולכמת phosphopeptides באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית-ספקטרומטריית ותוכנות אנליזה.
מקרים חדשים של 165,000 משוער ותמותה 29,000 כ תתרחש ב-2018 עקב סרטן הערמונית, המייצג את הסרטן הנפוץ ואת הסיבה המובילה השניה של מוות מסרטן בגברים ארצות הברית1. בשלבים המוקדמים של סרטן הערמונית הם מאוד לטפל בה עם כריתה או קרינה טיפול המחלה איברים-מוגבל, איפה שיעור הישנות עשר שנים בין 20% ל- 40% עבור חולים שעברו הערמונית, בין 30% ל- 50% עבור חולים אשר מקבלים קרינה טיפול2. כי סרטן הערמונית מסתמך על אנדרוגן איתות לצמיחה, סירוס כירורגי וכימיים טיפולים מועסקים גם לחולים בסיכון גבוה. עם זאת, נסיגה מתרחשת כאשר הסרטן כבר לא מגיב אנדרוגן מניעת טיפול כפי שמעידים הישנות הביוכימי, איפה אנטיגן ספציפי הערמונית בסרום עולה שוב. בשלב זה בהתקדמות, גרורות לעיתים קרובות זוהו גם כן. בשלב מתקדם זה, הנקרא סרטן הערמונית גרורתי סירוס עמידים, מייצג את הטופס קטלניים של המחלה איפה הפרוגנוזה זמן חציון ההישרדות של פחות משנתיים3. כמה אפשרויות טיפול הזמינות בהמחלה בשלב מאוחר, כולל antiandrogens הדור השני כגון enzalutamide ו abiraterone, וכן מבוססי taxane כימותרפיה כמו דוסטקסול. למרות הטיפולים, המחלה לעיתים קרובות מתקדמת. לכן, בגילוי ופיתוח של סיבוכיה נחוצים לשפר את הטיפול של חולי סרטן הערמונית עם מחלה מתקדמת.
ספקטרומטר מסה (MS)-גישות מבוססות מספקים ניתוח גלובלית של פרוטאום דרך הגילוי של מאות עד אלפי פפטיד analytes4. בפרט, גילוי פרוטאומיקס, הידוע גם בשם נתונים תלויי רכישה (DDA), יכולות להניב את זיהוי, כימות של אלפי פפטידים4,5. גילוי מבוססי MS פרוטאומיקס יכול מאפשרת עוד יותר לתוך פרוטאומיקס מלמעלה למטה, שבו מאופיינים חלבונים שלמים, מלמטה למעלה (המכונה גם רובה) פרוטאומיקס, איפה פפטידים מנותחים לאפיין חלבונים5. לפיכך, רובה פרוטאומיקס, צעד proteolysis מארלסקה הכנת הדוגמא שלפני הניתוח MS כדי לדבוק החלבונים לתוך פפטידים. בסוף, מתבצע חיפוש במסד הנתונים כדי למפות את פפטידים בחזרה החלבונים לצורך זיהוי. ללא תווית כמו גם וכן מספר איזוטופ-תיוג [למשל, איזוטופ יציב תיוג על ידי חומצות אמינו בתרבות תא (SILAC)] שיטות ניתן להשוות באופן כמותי פפטידים בין דגימות6,7. בעוד טכניקות תיוג איזוטופ הם תקן הזהב, שיטות ללא תווית הדגימו דומה כמת accuracies8,9 ויש פשרות השוואה בין רגישות, ירידה לפרטים10. כימות ללא תווית מספק כיסוי גדול וההיתרים השוואות בין דוגמאות נוספות רבות, ואילו על פי תווית מוגבלים על ידי עלות ו ריבוב קיבולות6,7,8.
יתר על כן, רובה MS יכול גם לשמש לחקור שינויים post-translational (PTMs) כגון זרחון11. בשל אופיו stoichiometric התחתון של phosphopeptides לעומת סך פפטידים, מועסקים מספר שיטות להעשרת עבור phosphopeptides, כולל נוגדן מבוססי immunoprecipitation של פפטידים phosphotyrosine (pY), טיטניום דיאוקסיד (TiO2 ), והוא מתאושש זיקה מתכת כרומטוגרפיה (IMAC)5,12. כי זירחון חלבונים היא שלב מפתח רבים התא איתות מסלולים, רובה phosphoproteomics מאפשר לחוקרים לחקור התא איתות לשינויים סוגי סרטן שונים, כולל השד13, הערמונית14, כליות15, השחלות,16,17 כדי להבין טוב יותר סרטן ביולוגיה, וכן לזיהוי פוטנציאלים חדשים לטיפול.
שיטה זו phosphoproteomic רובה ללא תווית היה בנוי ומעודן העבודות הקודמות בהתבסס על19,2018,קבוצת Graeber. פרוטוקול זה מתחיל לתאר את החילוץ עיכול חלבונים ו phosphoproteins מרקמות לתוך פפטידים. אנחנו מכן פירוט העשרת של פפטידים pY באמצעות נוגדנים ספציפיים phosphotyrosine TiO2. אנו מתארים גם את העשרת של פפטידים phosphoserine/תראונין (pST) באמצעות חזק קטיון (SCX) ואחריו TiO2. פרוטוקול זה מסכם עם הגשת דגימות מתקן MS ושימוש של MS ניתוח תוכנה כדי לזהות ולכמת phosphopeptides ו- phosphoproteins המתאימים שלהם. היישום של פרוטוקול זה יכול להרחיב מעבר סרטן הערמונית סרטן ושדות אחרים מחוץ אונקולוגיה.
לפני שימוש בפרוטוקול זה להעשיר עבור phosphopeptides, התייחסות מקיפה של עיצוב ניסיוני הוא קריטי. שימוש משכפל הביולוגי הוא השימוש במשאבים ספקטרומטר מסה. חסכונית יותר מאשר משכפל טכני. המספר של משכפל הדרושים תלויות באופן חלקי ההשתנות של הנתונים. מחקר שנערך לאחרונה הראה כי, תוך הגדלת מספר משכפל מעבר שלוש רק במעט מגדילה את מספר ההזדהויות, מספר ההזדהויות משמעותיים בין הקבוצות גדל עם עוד משכפל10.
בשל שפע phosphoproteins בתא התחתון, כמויות מספיקות של חלבון המוצא נחוצים לקבל phosphoproteome הכללית של דגימות סרטן הערמונית במצב גילוי. בניסויים אלה, שימשה 5 מ”ג של חלבון. כ חמש מנות 15-ס”מ כמעט confluent של תאים לספק מספיק חלבונים כקלט לתוך פרוטוקול זה, למרות שזה התאים תלויי-קו. באשר רקמת הגידול, התשואה הצפויה של חלבון הוא כ- 6-8% ממשקל רקמת. בהגדרה במבחנה , דגימת בקרה חיובית שיש לקחת בחשבון הוא התוספת של 1 מ מ vanadate למשך 30 דקות לפני הקציר התאים. Vanadate, מעכב תחרותי חלבון phosphotyrosyl פוספטאז, תשמר את זרחון טירוזין, ובכך מגדילים את מספר pY פפטיד ההזדהויות29.
עיכול נקייה היא צעד המפתח כדי למקסם את זיהוי phosphopeptide. בנוסף הבדיקה הכתם Coomassie, האחוזים של אדמירל החמיץ הנתונים ניתן להשתמש כדי להעריך את יעילות עיכול (איור 2). בקרת איכות תוכנה זמינה מנותחים אדמירל החמיץ ומדדים אחרים כדי להעריך את איכות הנתונים MS30. אמנם טריפסין שפרוטאזות הנפוץ ביותר, חלופיים זמינים5 כדי כתובות כיסוי פערי פרוטאום איפה אופטימלית פפטידים tryptic לא יכול להיות שנוצר31. ההגדרות של תוכנת ניתוח MS היה אז צריך להיות שונה בהתאם כדי להתאים לשינויים פרוטאזות.
הפרוטוקול מעסיקה immunoprecipitation (עבור pY העשרה) וכן טיטניום דו-חמצני (TiO2) להעשיר עבור phosphopeptides. גישות אלטרנטיביות כדי להעשיר עבור פפטידים כוללים קיבוע המתכת כרומטוגרפיית זיקה (IMAC), תחמוצות מתכת אחרות של תחמוצת מתכת כרומטוגרפיית (MOAC) כגון אלומיניום הידרוקסיד, לכידת זיקה מבוסס פולימר יון מתכת (PolyMAC) 5,12. מחקרים קודמים הראו כי העשרה שונים בשיטות להעשיר לאוכלוסיות שונות של phosphopeptides32. למשל, IMAC מעשיר פפטידים phosphorylated-רב יותר בזמן MOAC רצוי מעשיר של פפטידים מונו-phosphorylated33. התוצאות נציג של פרוטוקול זה משקפות התבוננות זו (איור 4B). פרסום האחרונות הוכיח כי שילוב IMAC ו MOAC באמצעות חומר היברידי יכולה פוטנציאל לספק כיסוי גדול של מינים phosphopeptide34. לפיכך, פרוטוקול זה יכול להיות שונה כדי לנצל שיטות העשרה אחרות במקביל כדי לאפשר ניתוח phosphoproteomic אפילו יותר מקיף.
חבילת התוכנות26 MaxQuant משמש כדי לנתח את הנתונים MS פרוטוקול זה, אך יישומים מסחריים35 זמינים גם עבור phosphopeptide וכימות. זיהוי phosphopeptide, הסתברות לוקליזציה הקיצוץ מוחל. מסנן זה מבוצע כדי לבחור את phosphopeptides עם ביטחון גבוהה (קרי, גדול מ- 0.75) phosphoresidue זיהוי10,28. במילים אחרות, ההסתברות מסוכם של כל שאריות אחרים, העלולים להכיל פוטנציאל פוספו-הקבוצה היא פחות מ- 0.25. הפסקת הזה יכול יגודל להגדיל את לכתחילה של הבחירה phosphopeptide. לגבי מספר ההזדהויות, המספר הצפוי של פפטידים pY הוא מאות, בעוד המספר הצפוי של פפטידים pST היא באלפים גבוהה. ערכים אלו משקפות את חלוקת phosphoproteome שנצפו בעבר כ- 2%, 12%, ו 86% phosphosites איפה pY, pT ו- pS, בהתאמה28.
אם השלבים העשרה pY ו pST מבוצעים במקביל, ניתן להשלים את השלבים הכנה מדגם בפרוטוקול בשישה ימים. על-ידי זיווג עם כלי רב עוצמה של MS, phosphopeptide פרוטוקולים העשרה כגון זה מספק גישה גלובלית עבור מדענים לאיסוף נתונים כדי לנתח את phosphoproteome בשדה מחקר המתאימים שלהם.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים חברי המעבדה דרייק למתן ייעוץ והזנת על כתב היד. אנו מודים גם חברי ביולוגי מסה ספקטרומטר מתקן של רוברט ווד ג’ונסון רפואה ראטגרס, את מדינת אוניברסיטת ניו ג’רזי, על ייעוץ וביצוע ספקטרומטר מסה על הדגימות שלנו. לארי סי צ’אנג נתמך על ידי הלאומית המכון כללי רפואי למדעים של מכוני הבריאות הלאומיים תחת מספר פרס T32 GM008339. תומאס ג’י Graeber נתמך על ידי NCI/NIH (ספורה של הערמונית סרטן P50 CA092131; P01 CA168585) ואת פרס מלומד (RSG-12-257-01-TBE) מחקר החברה האמריקנית לסרטן. ג’סטין מ דרייק נתמך על-ידי את המחלקה של ההגנה הערמונית סרטן מחקר תוכנית W81XWH-15-1-0236, הערמונית סרטן יאנג פרס החוקר, קרן בריאות ניו ג’רזי ו פרס טייס יוזמה של רפואה דיוק עובדת פה מכון הסרטן של ניו ג’רזי.
Ultra-Low Temperature Freezer | Panasonic | MDF-U76V | |
Freezer -20 °C | VWR | scpmf-2020 | |
Swing rotor bucket | ThermoFisher Scientific | 75004377 | |
Vacuum manifold | Restek | 26080 | |
Lyophilizer | Labconco | 7420020 | |
CentriVap Benchtop Vacuum Concentrator | Labconco | 7810010 | |
End-over-end rotator | ThermoFisher Scientific | 415110Q | |
Razor blade | Fisher Scientific | 620177 | |
Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Units | Millipore Sigma | UFC901024 | |
Glass culture tubes | Fisher Scientific | 14-961-26 | |
Parafilm | Fisher Scientific | 13-374-12 | |
20G needle | BD | B305175 | |
Kimwipes | Fisher Scientific | 06-666A | |
Screw cap cryotube | ThermoFisher Scientific | 379189 | |
Nunc 15 mL conical tubes | ThermoFisher Scientific | 12-565-268 | |
Gel loading tips | Fisher Scientific | 02-707-181 | |
Millipore 0.2 µm spin filter | Millipore Sigma | UFC30GVNB | |
Low protein-binding Eppendorf tubes | Eppendorf | 22431081 | |
anti-Phosphotyrosine, Agarose, Clone: 4G10 | Millipore Sigma | 16101 | |
27B10.4 antibody | Cytoskeleton | APY03-beads | |
Peptide assay kit | Thermo Scientific | 23275 | Step 7 |
TopTip | PolyLC Inc | TT200TIO.96 | Steps 5 and 9 |
SCX columns (PolySULFOETHYL A) | PolyLC Inc | SPESE1203 | |
3 mL syringe | BD | 309657 | |
Trifluoracetic Acid (TFA) | Fisher Scientific | PI-28904 | |
Acetonitrile (ACN) | Fisher Scientific | A21-1 | |
Lactic acid | Sigma-Aldrich | 69785-250ML | |
Ammonium Hydroxide | Fisher Scientific | A669S-500 | |
Potassium Phosphate Monobasic | Fisher Scientific | BP362-500 | |
Potassium Chloride | Fisher Scientific | BP366-500 | |
Calcium Chloride Dihydrate | Fisher Scientific | BP510-500 | |
Tris Base | Fisher Scientific | BP152-5 | |
Trypsin, TPCK Treated | Worthington Biochemicals | LS003740 | |
Lysyl Endopeptidase | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 125-05061 | |
MonoTip | PolyLC Inc | TT200TIO.96 | Step 10 |
ZipTip | MilliporeSigma | ZTC18S096 | Step 6 |
nanoEase, MZ peptide BEH C18, 130A, 1.7 μm, 75 μm x 20 cm | Waters | 186008794 | Step 11: analytical column |
Acclaim PepMap 100 C18 LC Columns | ThermoFisher Scientific | 164535 | Step 11: trap column |
Ultimate 3000 RLSCnano System | Dionex | ULTIM3000RSLCNANO | Step 11 |
Q Exactive HF | ThermoFisher Scientific | IQLAAEGAAPFALGMBFZ | Step 11 |
MilliQ water | deionized water used to prepare all solutions and bufferes | ||
Sonic Dismembrator | Fisher Scientific | FB-120 | sonicator |
Polytron System PT | Kinematica AG | PT 10-35 GT | homogenizer |