이 프로토콜은 바닷물에서 수집한 미생물 바이오매스에서 단백질과 DNA를 추출 및 농축한 후 탠덤 질량 분석 기반 단백질체 분석에 적합한 트립틱 펩타이드를 생성하기 위한 것입니다.
방법 논문
이 프로토콜은 바닷물에서 수집한 미생물 바이오매스에서 단백질과 DNA를 추출 및 농축한 후 탠덤 질량 분석 기반 단백질체 분석에 적합한 트립틱 펩타이드를 생성하기 위한 것입니다.
메타유전체학(metagenomics), 메타전사체학(metatranscriptomics) 및 메타단백질체학(metaproteomics)과 같은 메타오믹스(Meta-omics) 기술은 미생물 군집 구조와 대사를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 강력하기는 하지만, 균유전체학(metagenomics)만으로는 기능적 잠재력만 설명할 수 있습니다. 다른 한편으로, 메타단백질체학(metaproteomics)은 군집의 발현된 현장 대사 및 기능을 설명할 수 있게 합니다. 여기에서는 세포 용해, 단백질 및 DNA 분리를 위한 프로토콜뿐만 아니라 펩타이드 분해 및 카트리지 필터 장치(예: Sterivex 필터 장치)에 수집되고 RNA 안정화 용액(예: RNAlater)에 보존된 해양 미생물 세포에서 추출에 대해 설명합니다. 질량 분석 기반 단백질체학 연구에서 펩타이드 및 단백질의 식별은 펩타이드 탠덤 질량 스펙트럼을 번역된 뉴클레오티드 염기서열 데이터베이스와 비교하여 수행됩니다. 검색 데이터베이스에 샘플의 메타게놈을 포함하면 질량 스펙트럼에서 식별할 수 있는 펩타이드와 단백질의 수가 증가합니다. 따라서 이 프로토콜에서는 DNA가 동일한 필터에서 분리되어 나중에 메타유전체학(metagenomic) 분석에 사용할 수 있습니다.
미생물은 유비쿼터스하고 지구의 생물 지구 화학 사이클 1에 필수적인 역할을한다. 현재, 미생물 군집의 구조와 기능을 특성화 할 수 많은 분자 접근 방법이있다. 4 - 일반적인 16S rRNA 유전자 분석 환경 (2)로부터 DNA가 PCR 증폭 된 서열이다. 16S rRNA 유전자 분석의 단점은 대사 기능 만에 거의 정보, 계통 신원 및 커뮤니티 구조에 대한 정보를 제공한다는 것이다. 메타 지노믹스, metatranscriptomics 및 metaproteomics은 사회 구조와 대사에 대한 정보를 제공하기 때문에 대조적으로, 이러한 접근한다. 8 - 메타 지노믹스, 또는 생물의 유전자 군집의 함유량의 분석은, 커뮤니티 5의 구조 및 기능적 가능성에 대한 정보를 제공한다. 강력한 있지만,이 기능은 대사 전위에 대응하지 않을 수도생물의 활동. 유기체의 유전자형은 RNA로 전사 또한 표현형의 결과, 단백질로 번역 될 수있는 각각의 유전자에 의해 표현된다. 따라서, 환경에서 미생물 활성 작용의 이해를 돕기 위해, 포스트 게놈 분석 9를 수행한다. 그것은 주어진 환경에서 전사되는 유전자 밝혀 때문에 Metatranscriptomics, 또는 RNA 전 사체의 분석에 유용합니다. 그러나 mRNA 수준은 항상 인해 병진 규제 RNA 반감기, 다중 단백질의 mRNA는 모든 사본 (10)에 대해 생성 될 수 있다는 사실에 해당 단백질 수준과 일치하지 않는다.
이러한 이유 metaproteomics 지금 환경 미생물학을위한 중요한 도구로 인식되고있다. 일반 metaproteomic은 복잡한 시료에서 단백질의 가까운 완벽하게 보완 보통 EN을 통해 정제 동시에 분석 산탄 총 프로테오믹스 방법을 사용 분석질량 분석기에서 펩타이드 및 분석에 zymatic 소화. 후속 탠덤 질량 분석 (MS / MS) "펩타이드 지문은"검색 단백질 데이터베이스에서 단백질 서열과 기원의 잠재적 인 단백질 (검토를 위해 11 참조)를 결정하는 데 사용됩니다. 단백체 연구는 게놈 데이터 가용성의 증가 및 민감도와 높은 처리량 단백질 식별 및 정량 (11, 12)을 허용 질량 분석기의 정확도의 증가로 지난 25 년 덕분에 먼 길을왔다. 단백질은 유전자 발현의 최종 제품이기 때문에, metaproteomic 데이터는 주어진 환경과 어떤 단백질들이 표현되어에서 활동하는 유기체를 결정하는 데 도움이됩니다. 환경 변수들의 특정 세트는 유기체 또는 커뮤니티의 표현형에 미치는 영향을 결정하기 위해 시도 할 때 유리하다. 초기에, 바다에서 MS / MS 기반 metaproteomic 연구 대상의 특정 단백질을 식별하는 데 사용되었다SAR11 해양 박테리아 (13)의 빛 구동 양성자 펌프 proteorhodopsin에 초점을 맞춘 첫 번째 연구와 미생물 계통. 최근 metaproteomic 비교 분석 복잡한 공동체 간의 차등 단백질 발현 패턴을 규명 하였다. 예를 들면 연안 북서부 대서양 14 남극 반도 5 대사의 시간적 변화의 식별을 포함한다. 다른 연구는 생산성이 높은 연안 용승 시스템 (15)에 저 영양 해양 환류에서 지리적 가로로 쪼개다 따라, 예를 들어, 공간 규모에 걸쳐 단백질 발현 패턴의 변화를 설명했다. metaproteomics의 자세한 리뷰를 위해 우리는 슈나이더 외. (2010) 9 윌리엄스 외. (2014) 16 좋습니다. 표적 단백질 체학은 또한 환경 (17, 18)의 특정 대사 경로의 발현을 정량하기 위해 최근 사용되어왔다.
THERmetaproteomic 분석의 세 가지 주요 단계는 전자 있습니다. 첫 번째 단계는 샘플 수집, 세포 용해 단백질의 농도를 포함하는 샘플을 준비한다. 해양 미생물의 시료 채취는 대개 일반적으로 0.22 ㎛의 카트리지를 사용하여, 자유 살아있는 미생물 세포의 포착을 위해 여과 하였다 큰 진핵 세포, 입자 및 입자 - 관련 박테리아를 제거하는 프리 필터를 통해 해수를 여과 수반 필터 유닛 (19, 20). 이러한 필터는 플라스틱 실린더 incased하고 필터 부 내에서 수행 될 수있다 세포 용해 단백질 추출 프로토콜은 유용한 도구가 될 것이다. 바이오 매스가 얻어지면, 세포 단백질 추출을 위해 용해 될 수 있도록한다. 여러 방법이 구아니딘 염산 용해 21 및 나트륨 도데 실 설페이트 (SDS) 기반 분해 방법을 포함하여, 또한 사용될 수있다. SDS와 같은 세정제, concentrati 많은 단백질 유형을 파괴하고 세포막을 가용화에 매우 효율적이지만0.1 %가 하류 단백질 소화와 MS 분석 (22)을 방해 할 수있는만큼 낮은 기능. 주요 관심사의 이온 소스 (23) 내부의 역상 액체 크로마토 그래피와 이온의 축적 억제 또는 해상력, 트립신 소화 효율에 SDS의 부정적인 효과이다.
두 번째 단계는 단백질 초기 트립신 펩티드의 1 차 아미노산 서열을 확인하는 데 사용할 수있는 AM / z 단편화 패턴의 결과로 LC MS / MS 분석 하였다 효소 소화 받는다 분류 및 분석한다. 다양한 소화 방법이 사용될 세제의 종류뿐만 아니라 질량 분광법 하류 흐름에 따라 수행 될 수있다. 우리의 프로토콜에서, SDS 겔로부터 제거하여 1-D의 PAGE 전기 영동 세제 오염을 제거하기 위해 이용된다. 이러한 막 단백질로서, 용해하기 어려운 단백질의 분석은, 높은 concen의 사용을 필요SDS 또는 다른 세제의 trations. 이는 SDS 겔 전기 영동과의 호환성 문제로 이끈다. 연구의 목적은 단백질을 용해하기 어려운 이들의 가용화가 필요한 경우, 관 - 겔 시스템 (22, 24)을 사용할 수있다. 튜브 - 겔법은 전기를 사용하지 않고 겔 매트릭스 내의 단백질을 포함한다. 그 후 가용화에 사용되는 모든 세제는 단백질 소화하기 전에 제거됩니다.
세 번째 단계는 생물 정보학 분석이다. 이 단계에서 MS / MS 데이터 펩티드는 펩티드 및 단백질 시료에 존재하는 결정으로 변환 뉴클레오티드 서열의 데이터베이스에 대해 검색된다. 펩타이드의 동정은 대하여 검색되는 데이터베이스에 의존한다. 해양 metaproteomic 데이터는 일반적으로 참조 게놈, 이러한 글로벌 오션 샘플링 데이터 세트 25 metagenomic 데이터뿐만 아니라 경작 리에서 단일 세포 증폭 된 게놈 구성 데이터베이스에 대해 검색됩니다(26, 27)를 neages. metaproteomic 데이터 5를 도출되었을 단백질 식별은 또한 동일한 샘플로부터 metagenomic 서열의 포함으로 증가시킬 수있다.
여기서 우리는 미생물 바이오 매스로부터 MS / MS 기반 분석에 적합한 펩티드를 여과 수집하고 RNA 안정화 용액에 기억의 생성을위한 프로토콜을 제공한다. 여기에 설명 된 프로토콜은 DNA와 단백질이 모든 단계가 단백질로 이어지는 및 DNA의 침전이 동일 그래서 동일한 샘플에서 고립 될 수 있습니다. 단지 하나의 필터는 단백질 및 DNA 추출 둘 필요가 있기 때문에 실용적 관점에서, 적은 여과가 필요하다. 우리는 또한이 프로토콜이 이전에 발행 된 프로토콜의 조합, 적응 및 수정을 통해 만들어진 것을 인정하고 싶습니다. 세포 용해 단계 (2011) 28. 사이토 등의 알에서 적응하고 구성 요소를 소화에 - 겔 트립신은 Shevche에서 적응NKO 등. (2007) 29.
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1. 시약 준비
2. RNA 안정화 솔루션에 보존 세포와 카트리지 필터 유닛에 세포 용해를 수행
3. 단백질 침전
4. DNA 강수량
5. 단백질의 SDS-PAGE 젤
6.에서 젤 트립신 다이제스트 및 펩타이드 추출
주 : 6.10까지 여기의 모든 단계는 오염을 최소화하기 위해 생물 안전 캐비닛에서 수행됩니다.
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데모, 우리는 표면과 캐나다 북부의 해안 바다의 엽록소 최대에서 수집 한 두 개의 해수 샘플에 프로토콜을 수행 하였다. 바다에서, 해수 6-7는 L이 3 μm GF / d를 전치 필터를 통과하면서, 그때는 월시 균체 외. (20)의 프로토콜은 다음 0.22 μm의 카트리지 필터 장치에 수집되었다. 세포는 추가 처리 될 때까지 즉시 RNA 안정화 용액에 저장 하였다. 이 여기에 제시된대로 연구실로 돌아온 우리는 프로토콜을 수행. 농축 된 세포 용 해물을 나누었다; DNA는 볼륨의 나머지 10 %에서 침전되는 동안 단백질은 체적의 90 %에서 침전시켰다. 우리는 24 ~ 26 μg의 단백질 및 이들 샘플에서 높은 품질의 DNA의 250-308 NG (그림 1)을 회복했다. 겔의 트립신 분해 펩티드의 추출과, 우리 Orbitrap 엘리 결합 나노 LC를 사용하여 MS / MS 분석을 실시한 후, 펩티드테 질량 분석기 (써모 피셔 사이언 티픽, 월섬, MA, 미국). ...
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샘플 보존 metaproteomic 연구에 중요하다 이전 작업은 RNA 안정화 용액 전에 단백질 추출 (28)에 셀을 저장하는 저장 버퍼 유용한 것으로 입증 하였다. 이상적으로, 샘플은 33, 34를 처리하는 동안 단백질 발현의 변화를 부정하는 현장에 보존 될 것이다. 사실, 시츄 샘플링 및 고정 기술은 선박 배치 인스트루먼트 자율 수집 및 샘플의 보존을 허용하는 개발되었다. 그러나, 이러한 기술에 대한 액세스가 항상 가능하지 않다. 그렇지 않은 일반적인 경우 샘플은 가능한 빨리 수집 후의 보존되어야한다.
여기서 우리는 일반적으로 수생 미생물에 사용되는 카트리지 필터 부, 수집 RNA 안정화 용액 저장 세포로부터 단백질을 추출하기위한 프로토콜을 제시한다. 프로토콜 PR이어서 SDS-분해 용액 가열을 사용하여 세포 용해를 포함필요한 탈염 단계로 두배 ultracentrifugal 필터 유닛을 사용하여 농축 ...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
저자는 nano-LC MS/MS를 위한 시료 준비에 대한 전문 지식과 조언을 제공한 Marcos Di Falco와 LC MS/MS 분석을 위해 University of Regina의 Zoran Minic 박사에게 감사를 표합니다. 이 작업은 NSERC(DG402214-2011) 및 CRC(950-221184) 자금의 지원을 받았습니다. 워싱턴 D.C.는 Concordia Institute for Water, Energy, and Sustainable Systems와 FQRNT의 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Sterivex -GP 0.22 &뮤; m 필터 유닛 | Millipore | SVGP01050 | 샘플링 |
| RNAlater 안정화 솔루션 | Ambion | AM7021 | 샘플링 |
| 트리스 | 바이오 베이직 | 77-86-1 또는 TB0196-500G | 단백질 추출/SDS 페이지 젤 |
| DTT | 시그마-알드리치 | D0632-1G | 단백질 추출 |
| SDS | 바이오 베이직 | 15-21-3 | 단백질 추출/SDS 페이지 젤 |
| EDTA | 바이오 베이직 | 6381-92-6 | 단백질 추출 |
| 글리세롤 | 피셔 사이언티픽 | 56-81-5 | 단백질 추출 |
| 10K Amicon 필터 | Millipore | UFC801024 | 단백질 추출 |
| 메탄올 | Sigma-Aldrich | 179337-4L | 단백질 침전 |
| 아세톤 | Fisher Scientific | 67-64-1 | 단백질 침전 |
| MPC 단백질 침전 시약 | 진원지 | mmP03750 | DNA 침전 |
| 2-프로판올 | Fisher Scientific | 67-63-0 | DNA 침전 |
| Qubit dsDNA BR 어세이 키트 | , Life Technologies | Q32850 | DNA 정량화 |
| , Qubit 단백질 어세이 키트 | , Life Technologies | Q33211 | 단백질 정량화 |
| 수크로오스 | 바이오 베이직 | 57-50-1 | SDS PAGE 겔 |
| TEMED | Bio Rad | 161-0800 | SDS PAGE 겔 |
| APS | Bio Rad | 161-0700 | SDS PAGE 겔 |
| 30% 아크릴 아미드 | 바이오 라드 | 161-0158 | SDS 페이지 젤 |
| SimplyBlue SafeStain | Invitrogen | LC6060 | SDS PAGE 젤 |
| 글리신 | 바이오 라드 | 161-0718 | SDS PAGE 젤 |
| B- 메르 캅토 에탄올 | 바이오 베이직 | 60-24-2 | SDS PAGE 젤 |
| Laemmli 샘플 버퍼 | 바이오 라드 | 161-0737 | SDS PAGE 젤 |
| 정밀 플러스 단백질 만화경 사다리 | Bio Rad | 161-0375EDU | SDS PAGE 젤 |
| Acetonitrile | VWR | CABDH6044-4 | 인 젤 트립신 다이제 |
| 스트 NH4HCO3 | Bio Basic | 1066-33-7 | 인 젤 트립신 다이제 |
| DTT | Sigma-Aldrich | D0632-1G | 인 젤 트립신 다이 |
| 포름산 | Sigma-Aldrich | F0507-500ML | 인 젤 트립신 다이제 |
| HPLC grade H2O | Sigma-Aldrich | 270733-4L | 인-젤 트립신 다이 |
| 요오도아세트아미드 | 바이오 베이직 | 144-48-9 | 인-젤 트립신 다이제 |
| 메가 | V5111 | 인-젤 트립신 다이제 | |
| 단백질 LoBind 튜브 1.5 ml | 에펜도르프 | 22431081 | 인-젤 트립신 다이제스트 |
| 2 ml ROBO 바이알 9 mm | Candian Life Science | VT009/C395SB | 인-젤 트립신 다이제스트 |
| PP BM 인서트, 스프링 없음 | Candian Life Science | 4025P-631 | 인 젤 트립신 다이제스트 |
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