Captura de glicopeptídeos de Superfície Celular Proteômica

Summary

As proteínas de superfície são biologicamente importantes e amplamente glicosilada. Apresentamos aqui uma abordagem de captura de glycopeptide para solubilizar, enriquecer e deglycosylate estas proteínas para análise proteômica baseada LC-MS fáceis.

Abstract

Proteínas de superfície celular, incluindo as proteínas da matriz extracelular, participam em todos os principais processos e funções celulares, tais como o crescimento, a diferenciação e proliferação. A caracterização detalhada destas proteínas fornece informações ricas para a descoberta de biomarcadores, a identificação do tipo de célula, e seleção-alvo da droga, bem como ajudando a avançar a nossa compreensão da biologia celular e fisiologia. Proteínas de superfície, no entanto, colocam desafios analíticos significativos, devido à sua inerente baixa abundância, alta hidrofobicidade, e pesadas modificações pós-traducionais. Aproveitando a glicosilação em proteínas de superfície predominante, apresentamos aqui uma abordagem de captura de glicopéptido de alto rendimento, que integra as vantagens de vários meios N-glycoproteomics existentes. Nosso método pode enriquecer os glicopeptídeos derivados de proteínas de superfície e remover seus glicanos para proteômica fáceis utilizando LC-MS. A N-glycoproteome resolvido compreende a informação de identidade e quantidade de proteína, bem como os seus locais de glicosilação. Este método foi aplicado a uma série de estudos em diversas áreas, incluindo o cancro, as células estaminais, e a toxicidade da droga. A limitação do método reside na fraca abundância de proteínas de membrana de superfície, de tal modo que uma quantidade relativamente grande de amostras é necessária para esta análise em comparação com estudos centrados em proteínas citosólicas.

Introduction

Proteínas da superfície da célula interagir com o ambiente extracelular e transmitir sinais a partir do exterior para o interior de uma célula. Assim, estas proteínas, incluindo proteínas de matriz extracelular, desempenham papéis críticos em todos os aspectos da biologia celular e fisiologia variando de proliferação, o crescimento, a migração, a diferenciação de envelhecimento e assim por diante. Proteínas de superfície de funcionar interagindo com outras células, proteínas e pequenas moléculas ^1-3. Caracterização molecular de proteínas da superfície celular, é de grande interesse, não só para os biólogos, mas também para as empresas farmacêuticas, mais do que 60% ​​da droga são dirigidos a proteínas da superfície da célula ^4.

Espectrometria de massa em tandem (MS), com a sua sensibilidade superior, precisão e rendimento para a identificação de proteínas e peptídeos, tem sido uma ferramenta poderosa para estudos de proteômica globais ^5,6. No entanto, as proteínas de superfície representam desafios significativos para proteômica baseada em MS, comoa maioria das proteínas de superfície existe em baixas quantidades, e com modificações pesados. As regiões que atravessam a membrana das proteínas de superfície de torná-los hidrófobos; este é especialmente o caso de proteínas transmembrana multipass. É, portanto, difícil de dissolver as proteínas de membrana em soluções aquosas, sem a ajuda de um detergente; no entanto, o uso de detergentes geralmente suprime o desempenho de HPLC e MS ^1,7,8 na identificação de proteínas. Portanto, as proteínas da membrana foram mal caracterizado em proteômica baseada LC-MS diretos.

A glicosilação é uma das modificações pós-tradução mais importantes e abundantes que ocorrem em proteínas da superfície das células ^9. A enorme complexidade e heterogeneidade dos glicanos dificultar sinal de ¹⁰ MS 'peptídeos. No entanto, vários métodos proteomic usaram esta modificação única para enriquecer as proteínas de superfície e para remover as porções de açúcar a partir de proteínas antes da análise por LC-MS. Estes métodos incluem baseada em lectina de captura por afinidade e ¹¹ à base de ácido de captura ¹² ou químico bórico à base de hidrazida, bem como separações cromatográficas hidrofílicos ^8,13. A remoção dos glicanos transforma as proteínas da membrana de proteínas e regulares drasticamente simplifica a caracterização MS. Porque glicosilação também ocorre em proteínas secretadas que têm alta solubilidade em contraste com a membrana proteínas, muitos métodos glycoproteomic são otimizados para proteínas solúveis, e tendem a ter menor seletividade glycopeptide e sensibilidade ao ser implantado para a membrana proteínas ^8,14. Outros métodos também existe para o enriquecimento, em particular, as proteínas da superfície celular, tais como aqueles utilizando ultracentrifugação ¹⁵ e estratégias de rotulagem ^16. Uma comparação detalhada entre o nosso método e outros métodos existentes para a caracterização de proteínas de membrana foi realizada recentemente ^17, e os resultados indicaram que o método pode executar igualmente bem, se nãomelhor, do que todos os métodos de comparação proteómica membrana, mas com maior simplicidade.

Para ajudar os pesquisadores a utilizar este método, detalhamos aqui um protocolo geral. Este método integra várias vantagens de estratégias glycoproteomics existentes e é concebido especificamente para glicoproteínas de membrana, no entanto, o método funciona igualmente bem para as proteínas secretadas. As características deste método incluem: 1) uma solubilização completa de proteínas de membrana, 2) um enriquecimento de glicopéptidos em vez de glicoproteínas para eliminar o potencial impedimento espacial quando se utiliza um substrato de captura de sólidos, 3) a utilização da química de hidrazida para formar ligações covalentes entre glicopéptidos e o substrato de captura, de modo a que os glicopéptidos ligados tolera lavagens rigorosas para alta glycoselectivity, e 4) a capacidade de realizar o processo de captura de todo em um tubo para a perda de amostra reduzida ea duração do procedimento encurtado. Depois de implementar este método para estudar uma variáveledade de amostras biológicas, incluindo células e tecidos, observou-se uma selectividade elevada (> 90%) às glicoproteínas ^8,17,18.

Protocol

1. Colheita Membranas Adicionar tampão hipotónico (10 mM Tris-HCl, 10 mM de KCl, 1,5 mM MgCl 2, pH 8,0) com o cocktail inibidor de protease para um agregado de células (~ 10 8 células) e incuba-se durante 15-30 minutos em gelo. Lyse as células por fazer passar a amostra através de agulhas de seringas (5-10 passagens) ou homogeneizar a amostra por um homogeneizador Dounce (15-30 AVC). Use um hemocitômetro e coloração azul de tripan para verificar a eficiência da lise. …

Representative Results

Uma carta do procedimento experimental fluxo representativo é resumido na Figura 1. A rotulagem e as novas medidas de fracionamento são opcionais e os detalhes estão descritos em uma publicação recente 18. Uma outra opção é para analisar os péptidos não modificados, que não reagem com a resina. As vantagens da análise dos péptidos não modificados incluem a identificação potencial de peptídeos e proteínas não glicosiladas, tais como claudinas nas junções apertadas; uma van…

Discussion

Aqui apresentamos uma estratégia de captura de glycopeptide para perfilar as proteínas da superfície celular. O método pode ser aplicado para estudar as proteínas segregadas, tal como aqueles em sangue, assim como em outros fluidos corporais, ou em meios de cultura de células.

O sucesso do método que se baseia na digestão completa de amostras; por conseguinte, uma caracterização de SDS-PAGE da eficiência da digestão é necessário, especialmente para a análise pela primeira vez …

Materials

DTT	Sigma	646563
TCEP	Sigma	646547
Iodoacetamide	Sigma	A3221
Rapigest SF	Waters	186001860
Sodium periodate	Sigma	311448
PNGase F	New England Biolabs	P0704S
Affi-Gel Hz Hydrazide gel	Bio-Rad	153-6047
Trypsin	Worthington Biomedical	LS02115
Sep-Pak C-18 cartridge	Waters	WAT054955
Oasis MCX cartridge	Waters	186000252
Protease inhibitor coctail	Sigma	P8340
Urea	Amersco	568
Sodium sulphite	Caledon	8360-1
Invertase	Sigma	I0408
Alpha-1 trypsin	Sigma	F2006
Ribonulease B	Sigma	R7884
Avidin	Sigma	A9275
Ovalbumin	Sigma	A5503
Conalbumin	Sigma	C0755