발견 중심의 숙주-병원균 상호 작용을 위한 라벨 프리 정량적 프로테오믹스 워크플로우
Summary
여기서, 우리는 질량 분광계 기지를 둔 proteomics에 의하여 감염 도중 호스트와 병원체 사이 상호 작용을 프로파일기 위하여 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 단일 실험에서 호스트(예를 들어, 대식세포)와 병원체(예를 들어, Cryptococcus neoformans)의단백질 풍부도의 변화를 측정하기 위해 라벨이 없는 정량화를 사용합니다.
Abstract
질량 분석법 (MS)기반 정량 적 프로테오믹스의 기술적 성과는 다양한 조건에서 유기체의 글로벌 프로테오메를 분석하기위한 많은 알려지지 않은 길을 열어줍니다. 원하는 숙주로 미생물 병원체의 상호 작용에 적용되는 이 강력한 전략은 감염에 대한 두 관점을 포괄적으로 특성화합니다. 본 명세서에서, 워크플로우는 불멸의 대식세포 세포의 존재에서 치명적인 질병 크립토코코시스의 원인성 제제인 크립토코커스 네오포만의 감염체의 라벨없는 정량화(LFQ)를 설명한다. 이 프로토콜은 단일 실험 내에서 병원균 과 포유류 세포 모두에 적합한 단백질 제제 기술을 자세히 설명하여 액체 크로마토그래피 (LC)-MS / MS 분석을위한 적절한 펩타이드 제출을 초래합니다. LFQ의 높은 처리량 일반 특성은 광범위한 동적 단백질 식별 및 정량화뿐만 아니라 모든 숙주 병원체 감염 설정으로의 전달 가능성을 허용하여 극도의 감도를 유지합니다. 이 방법은 감염 모방 조건 내에서 병원균의 광범위하고 편견없는 단백질 풍부 프로파일을 카탈로그화하도록 최적화되어 있습니다. 구체적으로, 여기서 입증된 방법은 독성에 필요한 단백질 생산과 같은 C. neoformans 병인에 대한 필수 정보를 제공하고 미생물 침입에 대응하는 중요한 숙주 단백질을 식별한다.
Introduction
침습적 곰팡이 감염의 보급은 크게 증가하고 면역 결핍 성소1을가진 개별에서 가장 일반적으로 보고된 받아들일 수 없을 정도로 높은 사망률과 상관관계가 있습니다. Cryptococcus neoformans는 호스트 대식세포 세포 내의 세포 내 생존을 할 수 있는 악명 높은 기회성 곰팡이 병원체입니다. 부적절한 항진균 개입은 곰팡이 보급과 크립토 코칼 뇌막염 및 뇌막염2,3의생명을 위협하는 증상을 초래합니다. 면역 손상 상태의 글로벌 증가는 항진균제의 사용에 병렬 증가를 요구하고있다, 있는 많은 곰팡이 종, C. neoformans를 포함하여, 점점4,5,6을향해 저항을 진화하고있다. 따라서 호스트 방어 반응 및 미생물 병인에 관한 중요한 생물학적 질문에 답하기 위해 강력하고 효율적인 기술을 구현하는 것이 필수적입니다.
강력한 전산 및 생물정보 파이프라인 의 생성을 포함한 질량 분광법(MS)의 기술 발전의 새로운 시대는 호스트 병원체 연구7,8의대규모 분석을 위한 통합 비전의 토대를 제공한다. 기존의 병원성 중심의 프로테오믹 분석은 일반적으로 단백질 상관 관계 프로파일링, 프로테오믹스와 결합된 친화성 크로마토그래피, 및 상호작용제9와같은 포괄적인 방법론을 포함하여 숙주 또는 병원체 원근으로부터의 감염의 시야를 프로파일링한다. 호스트 시스템에 있는 위험한 병원체의 독성에 대한 조사는 엄청난 임상 중요성입니다; 그러나 단일 실험에서 이중 원근 분석을 적용한 것은 이전에는 달성할 수 없는 것으로 간주되었습니다. 예를 들어, 감염을 향한 병원균의 관점은 종종 풍부하게 풍부한 숙주 단백질에 의해 압도되어 저농축 곰팡이 단백질7의검출을 위한 감도가 감소한다. 더욱이, 높은 견본 복잡성은 단 하나 실험 시스템에서 조사하기 위하여 많은 표적을 초대하고 특정 병원체 단백질을 위한 행동의 기계장치를 해명하기 위하여 도전적이다는 것을 증명합니다.
상향식 프로테오믹스는 펩타이드가 서열 특이적 효소 소화에 의해 생성되는 관리식 시료 준비를 가능하게 하는 인기 있는 MS 기법이며, 이어서 MS10,11에의한 액체 크로마토그래피 분리, 식별 및 정량화가 뒤따릅니다. 여기서는 감염 기반 프로테오메 또는 ‘감염성’의 편견없는 커버리지를 달성하기 위한 데이터 의존적 획득 전략을 보여주는 방법을 제시합니다. 구체적으로, 라벨없는 정량화(LFQ)는 여러 프로테옴에 걸쳐 단백질 수준 변화를 견고하고 정확하게 식별하기 위해 화학 물질 또는 대사 라벨에 대한 의존도를 떨어뜨리고, 샘플 처리 및 처리단계(12,13)를감소시킵니다. 이 보편적인 응용 프로그램은 어떤 예상 된 단백질 생산과 는 별개로 세포 내에서 주어진 순간에 단백질을 생산; 따라서, 감염에 중요한 새로운 통찰력이 발견될 수 있습니다.
본 명세서에 기재된 워크플로우는 숙주 면역 세포를 가진 감염 모방 조건 동안 C. neoformans의 단백질 수준 변화를 탐구하도록 최적화된다(그림1). 세포 모형의 분리 및 분리에 의지하는 대신, 이 접근은 호스트와 병원체 proteome를 함께 추출하고, 종 특정 단백질 생산을 구별하기 위하여 2개의 유기체 특정 데이터베이스를 사용하여 생물정보 분리를 이용합니다. 이 방법은 동위원소 기반 라벨링 연구 또는 분수에 필요한 추가 비용이 많이 드는 준비 단계 없이 무제한의 샘플을 처리할 수 있는 이점을 제공합니다. 또한, 이 워크플로우는 숙주 면역 세포를 표적으로 하고 감염시킬 수 있는 광범위한 곰팡이 및 세균성 병원체로 이전할 수 있는 최적화된 단백질 추출 프로토콜을 지원합니다. 전반적으로, 이 프로토콜은 고분해능 MS를 위한 편견없는 단백질 추출 및 샘플 처리를 완료하는 단계를 설명하고, 그 다음에 는 데이터 및 통계 분석이 선행된 호스트 방어 반응의 포괄적인 프로파일링과 결합된 감염에 중요한 곰팡이 단백질에 대한 풍부한 지식을 제공할 수 있는 단계입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
프로토콜의 중요한 단계는 세포에 최소한의 중단을 가진 단백질 처리를 위한 대식세포 의 준비 그리고 공동 배양 견본의 집합을 포함합니다. 수집하기 전에 세포의 불필요한 용해를 방지하기 위해 씻고, 접종하고, 부착 된 대식세포 세포를 부드럽고 신중하게 제거하는 단계를 수행하는 것이 중요합니다. 실험에 대한 올바른 MOI를 확립하는 것은 지나치게 높은 MOI로 접종하면 급속한 대식세포 사망…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 생물 정보학 솔루션 Inc.의 조나단 크리거 박사에게 대표적인 실험을 위한 질량 분광계를 운영한 것에 대해 감사하고, 실험적인 설정 및 원고 피드백에 대한 지원을 Geddes-McAlister 그룹의 구성원에게 감사드립니다. 저자는 밴팅 연구 재단에서 자금 지원을 인정, 부분적으로, – Jarislowsky 펠로우십 디스커버리 상, 뉴 프론티어 연구 기금 – 탐사 (NFRFE-2019-00425), J.G.M에 대한 캐나다 혁신 재단 (JELF 38798), 뿐만 아니라 NSERC 캐나다 대학원 장학금 – 석사 및 온타리오 대학원.B 장학금.
Materials
| 100 mM Tris-HCl, pH 8.5 | Fisher Scientific | BP152-1 | Maintain at 4°C |
| 60 x 15 mm Dish, Nunclon Delta | ThermoFisher Scientific | 174888 | |
| 6-well cell culture plate | ThermoFisher Scientific | 140675 | |
| Acetonitrile, MS grade | Pierce | TS-51101 | |
| Acetic Acid | Sigma Aldrich | 1099510001 | |
| Acetone | Sigma Aldrich | 34850-1L | |
| Ammonium bicarbonate (ABC) | ThermoFisher Scientific | A643-500 | Prepare a stock 50 mM ABC solution, stable at room temperature for up to one month. |
| Bel-Art™ HiFlow Vacuum Aspirator Collection System | Fisher Scientific | 13-717-300 | Not essential, serological pipettes can be used to remove media. |
| C18 resin | 3M Empore | 3M2215 | |
| Cell Scrapers | VWR | 10062-906 | Not essential, other methods to release macrophage cells can be used. |
| Centrifugal vaccuum concentrator | Eppendorf | 07-748-15 | |
| Complete Filtration Unit | VWR | 10040-436 | |
| Conical falcon tubes (15 mL) | Fisher Scientific | 05-539-12 | |
| Countess II Automated Cell Counter | ThermoFisher Scientific | AMQAX1000 | Not essential, haemocytometer can be used as an alternative. |
| CytoTox 96 Non-Radioactive Cytotoxicity Assay | Promega | G1780 | |
| Dithiothreitol (DTT) | ThermoFisher Scientific | R0861 | Prepare bulk stock solution of 1 M DTT, flash frozen and stored at -20 °C until use. Discard after each use (do not freeze-thaw repeatedly). |
| DMEM, high glucose, GlutaMAX Supplement | ThermoFisher Scientific | 10566016 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | ThermoFisher Scientific | 12483020 | Heat inactivate by incubating at 60°C for 30 minutes. Prepare 50 ml aliquots and flash freeze. Thaw prior to media preparation |
| Haemocytometer | VWR | 15170-208 | |
| HEPES | Sigma Aldrich | H3375 | Prepare 40 mM HEPES/8 M Urea in bulk stock solution, flash frozen, store at -20°C until use. Discard after each use (do not freeze-thaw repeatedly). |
| High-performance liquid chromatography system | ThermoFisher Scientific | LC140 | Gradient length is based on sample complexity, recommended 120 min gradient for infectome samples. |
| High-resolution mass spectrometer | ThermoFisher Scientific | 726042 | |
| Iodoacetamide (IAA) | Sigma Aldrich | I6125 | Prepare 0.55 M bulk stock solution, flash frozen, store at -20°C until use. Discard after each use (do not freeze-thaw repeatedly). |
| L-glutamine | ThermoFisher Scientific | 25030081 | Can be aliquot and frozen for storage. Thaw prior to media preparation. |
| LoBind Microcentrifuge tubes | Eppendorf | 13-698-794 | |
| MaxQuant | https://maxquant.org/ | MaxQuant is a public platform that offers tutorials, such as the MaxQuant Summer School, outlining the computational analysis steps of large MS data sets | |
| Microcentrifuge | Eppendorf | 13864457 | |
| Penicillin : Streptomycin 10k/10k | VWR | CA12001-692 | Can be aliquot and frozen for storage. Thaw prior to media preparation. |
| Peptide separation columns | ThermoFisher Scientific | ES803 | |
| Perseus Software | http://maxquant.net/perseus/ | ||
| Phosphate Buffered Saline | VWR | CA12001-676 | Puchase not required. PBS can also be prepared but sterile filteration must be performed before use. |
| Pierce BCA Protein Assay | ThermoFisher Scientific | 23225 | |
| Pipette, Disposable Serological (10 mL) | Fisher Scientific | 13-678-11E | |
| Pipette, Disposable Serological (25 mL) Basix | Fisher Scientific | 14955235 | |
| Probe sonciator | ThermoFisher Scientific | 100-132-894 | |
| Protease inhibitor cocktail tablet | Roche | 4693159001 | |
| Sodium dodecyl sulfate | ThermoFisher Scientific | 28364 | 20% (w/v) |
| Spectrophotometer (Nanodrop) | ThermoFisher Scientific | ND-2000 | |
| STAGE tipping centrifuge | Sonation | STC-V2 | |
| Thermal Shaker | VWR | NO89232-908 | |
| Trifluoroacetic acid | ThermoFisher Scientific | 85183 | |
| Trypsin/Lys-C protease mix, MS grade | Pierce | A40007 | Maintain at -20 °C. |
| Ultrasonic bath | Bransonic | A89375-450 | Stored in cold room (4C) |
| Urea | Sigma Aldrich | U1250-1KG | Prepare 40 mM HEPES/8 M Urea in bulk stock solution, flash frozen, store at -20 °C until use. Discard after each use (do not freeze-thaw repeatedly). |
| Yeast-extract peptone dextrose broth | BD Difco | BM20 |
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