我们提出了一个协议, 以准确定量蛋白质与等压标签, 广泛的分馏, 生物信息学工具, 和质量控制步骤, 结合液相色谱与高分辨率质谱仪接口。
在质谱 (ms) 的蛋白质组学中, 有许多特殊的进展, 特别是在液相色谱 (lc) 与串联质谱 (lc-ms) 和等压标记复用能力的技术进展。在这里, 我们引入了一个 deep-proteomics 的分析协议, 结合10丛串联质量标签 (TMT) 标签与广泛的 lc/lc/ms 平台, 和后 MS 计算干扰校正, 以准确定量整个蛋白质。该协议包括以下主要步骤: 蛋白质提取和消化, TMT 标签, 2 维 (2D) LC, 高分辨率质谱, 和计算数据处理。质量控制步骤包括在故障排除和评估实验变化。在哺乳动物样本中, 有超过1万的蛋白质可以自信地定量这个协议。这一协议也可以应用于量化的后平移修改与小的变化。这种多路复用、健壮的方法为蛋白质组分析提供了强有力的工具, 包括细胞培养、动物组织和人体临床标本。
下一代测序技术的进步已经为研究生物系统和人类疾病带来了新的前景。这使得大量的基因组、转录、蛋白质、代谢和其他分子系统的测量变得有形。质谱 (MS) 是分析化学中最敏感的方法之一, 其在蛋白质组学中的应用在人类基因组测序之后迅速扩大。在蛋白质组学领域, 在过去的几年中取得了重大的技术进步 MS-based 定量分析, 包括等压标记和复用能力结合广泛的液相色谱法, 除了仪器仪表进展, 允许更快, 更准确的测量, 并要求较少的样品材料。定量蛋白质组学已经成为在高度复杂的生物样品中分析数以万计的蛋白质和后修饰的主流方法1,2,3,4,5,6。
多路等压标记方法, 如等压标签的相对和绝对定量 (即, iTRAQ) 和串联质量标签 (TMT) MS 大大提高了样本吞吐量, 并增加了样本数, 可以分析在一个单一的实验1,6,7,8。与其他 MS-based 定量方法, 例如无标签定量和稳定同位素标记与氨基酸在细胞培养 (即, SILAC), 这些技术的潜力在蛋白质组学领域是可观的9 ,10,11。例如, TMT 方法允许在1实验中使用10丛试剂对10蛋白质样品进行分析。这些结构相同的 TMT 标签具有相同的整体质量, 但重同位素是差异分布的碳或氮原子, 导致一个独特的记者离子在 ms/毫秒碎片的每个标签, 从而使相对定量在10样本之间TMT 策略通常用于研究生物通路、疾病进展和细胞过程12、13、14。
大量的技术改进有增强的液相色谱 (lc) –MS/ms 系统, 无论是在 LC 分离和 ms 参数, 以最大限度地提高蛋白质的鉴定, 而不牺牲定量的准确性。在这种类型的猎枪蛋白质组学方法中, 采用高正交分离技术对肽的一维分离是至关重要的, 从而达到最大结果20。高 pH 反相液相色谱 (色) 比传统的强阳离子交换色谱法20具有更好的性能。当 high-pH 色与 low-pH 色的第二维度相结合时, 分析的动态范围和蛋白质覆盖率都得到提高, 从而能够在执行全蛋白质组分析时识别表达的蛋白质的大部分15 ,16,17,18。其他技术进步包括小 C18 微粒 (1.9 µm) 和延长长的专栏 (~ 1 m)19。此外, 其他显著的改进包括具有快速扫描速率的质谱仪的新版本、改进的灵敏度和分辨率20以及用于 MS 数据挖掘的复杂生物信息学管道21。
在这里, 我们描述了一个详细的协议, 结合了最新的方法和修改, 以提高灵敏度和吞吐量, 同时侧重于质量控制机制的整个实验。该协议包括蛋白质提取和消化, TMT 10 丛标记, 碱性 ph 和酸 ph 色分馏, 高分辨率 ms 检测, 和 ms 数据处理 (图 1)。此外, 我们还实施了一些质量控制步骤, 用于诊断和评估实验变化。这一详细的协议旨在帮助研究人员在新的领域定期识别和准确定量数以千计的蛋白质从一个裂解或组织。
我们描述了一个高通量协议的蛋白质定量与10丛等压标记策略, 已经成功地实现了在几个出版物12,13,14,32.在本协议中, 我们可以在1实验中分析多达10种不同的生物蛋白样本。我们可以定期识别和定量超过1万的蛋白质, 并有很高的信心。虽然等压标记是一种有效的定量蛋白质的技术, 但它受比率压缩的限?…
The authors have nothing to disclose.
作者感谢所有其他实验室和设施成员进行有益的讨论。这项工作得到了 R01GM114260、R01AG047928、R01AG053987 和 ALSAC 的部分支持。MS 分析是在 St. 裘德儿童的研究医院蛋白质组学, 部分支持的 NIH 癌症中心支持补助金 P30CA021765。作者感谢莎 Badders 对编辑手稿的帮助。
1220 LC system | Agilent | G4288B | |
50% Hydroxylamine | Thermo Scientific | 90115 | |
Acetonitrile | Burdick & Jackson | AH015-4 | |
Bullet Blender | Next Advance | BB24-AU | |
Butterfly Portfolio Heater | Phoenix S&T | PST-BPH-20 | |
C18 tips | Harvard Apparatus | 74-4607 | |
Dithiothreitol (DTT) | Sigma | D5545 | |
DMSO | Sigma | 41648 | |
Formic acid | Sigma | 94318 | |
Fraction Collector | Gilson | FC203B | |
Glass Beads | Next Advance | GB05 | |
HEPES | Sigma | H3375 | |
Iodoacetamide (IAA) | Sigma | I6125 | |
Lys-C | Wako | 125-05061 | |
Methanol | Burdick & Jackson | AH230-4 | |
Pierce BCA Protein Assay kit | Thermo Scientific | 23225 | |
Mass Spectrometer | Thermo Scientific | Q Exactive HF | |
nanoflow UPLC | Thermo Scientific | Ultimate 3000 | |
ReproSil-Pur C18 resin, 1.9um | Dr. Maisch GmbH | r119.aq.0003 | |
Self Pck Columns | New Objective | PF360-75-15-N-5 | |
Sodium deoxycholate | Sigma | 30970 | |
Speedva | Thermo Scientific | SPD11V | |
TMT 10plex Isobaric label reagent | Thermo Scientific | 90110 | |
Trifluoroacetic acid (TFA) | Applied Biosystems | 400003 | |
Trypsin | Promega | V511C | |
Urea | Sigma | U5378 | |
Xbridge Column C18 column | Waters | 186003943 | |
Ziptips C18 | Millipore | ZTC18S096 | |
SepPak 1cc 50mg | Waters | WAT054960 |