애기독증에서 삼투압 신호 프로파일링을 위한 인포프로테오믹 전략
Summary
여기에 제시된 인포프로테오믹 접근법, 즉 아라비도시스 인포프로테오움의 높은 처리량과 깊은 커버리지를 제공하는 추출 팁 기반인 인포프로테오믹을 이동합니다. 이 접근은 아라비도시스에서 삼투압 신호의 개요를 설명합니다.
Abstract
단백질 인산화는 삼투성 조건 하에서 효소 활성 및 유전자 발현의 조절에 매우 중요합니다. 질량 분광법 (MS)기반 인포 프로 테오믹스는 식물 신호 변환을 연구하는 방법을 변화시켰습니다. 그러나, 커버리지의 깊이를 달성하기 위해 많은 시작 재료와 장기간 MS 측정 시간의 요구 사항은 식물의 글로벌 인포 프로테오믹 변화에 대한 높은 처리량 연구에 대한 제한 요인이되고있다. 식물 인산염의 감도와 처리량을 개선하기 위해, 우리는 삼투압 스트레스에 대응하여 식물 인산화 의 신속하고 포괄적 인 분석을 위한 탠덤 질량 태그 (TMT) 라벨과 결합된 정지 및 이동 추출 (stage) 팁 기반 인포프로테오믹스 접근법을 개발했습니다. 단계 팁 기술의 단순성과 높은 처리량을 활용하여 전체 절차는 두 가지 팁을 사용하여 인포펩티드 농축, 분수 및 시료 세척 단계를 완료하는 데 약 1시간이 걸리며, 이는 접근 방식의 사용하기 쉽고 높은 효율을 시사합니다. 이 접근법은 심층적인 식물 인포프로테오믹스 분석(> 11,000인스포펩티드 식별)을 제공할 뿐만 아니라 인접한 분수 간의 우수한 분리 효율(&5% 중복)을 보여줍니다. 또한, 멀티플렉싱은 TMT 라벨링을 사용하여 야생형 및 snrk2 탈취 돌연변이 식물의 인포프로테오믹 변화를 정량화하고 있다. 이 접근법은 육상 식물의 초기 삼투압 신호에 대한 이해를 밝히는 삼투압 스트레스에 대한 응답으로 Raf와 같은 키나아제의 인광 이벤트를 성공적으로 밝히는 데 사용되었습니다.
Introduction
염도가 높고, 저온, 가뭄으로 인해 삼투압이 발생하며, 이는 식물 생산성1,2에영향을 미치는 주요 환경 요인이다. 단백질 인산화는 삼투압3,4,5에대한 식물 반응에서 신호 지각 및 트랜스포팅을 중재하는 가장 중요한 번역 후 변형 중 하나입니다. SNF1 관련 단백질 키나아제 2s(SnRK2s)는 삼투성 응력 신호6에관여한다. SnRK2 가족 구성원 10명 중 9명은 삼투압7,8에대한 대응으로 상당한 활성화를 보여준다. snrk2.1/2/3/4/5/6/7/8/9/10 decuple(snrk2-12)모든 10 SnRK2에서 돌연변이를 갖는 돌연변이는 삼투압에 과민반응을 표시하였다. snrk2-dec 돌연변이체에서는, 삼투성 스트레스-유도된 이노시톨 1,4,5-트리스포산염(IP3),abscisic acid (ABA) 생합성 및 유전자 발현의 축적이 강하게 감소되어 삼투스트레스 반응6에서SnRK2s의 중요한 역할을 강조한다. 그러나, SnRK2s 키나아제는 어떻게 이 생물학 프로세스를 통제하는지 아직도 불분명합니다. 삼투압 응력에 대한 반응으로 인포프로테오믹 변화를 프로파일링하는 것은 이 격차를 해소하고 식물의 삼투압 유발 방어 메커니즘을 묘사하는 효율적인 방법입니다.
질량 분광법(MS)은 식물 인포프로테오메9를매핑하는 강력한 기술이다. 식물 인포프로테오믹스의 특성화는 식물 프로테오메의 동적 범위와 식물 리자테4의복잡성으로 인해 여전히 과제로 남아 있다. 이러한 과제를 극복하기 위해 광합성 안료 및 이차 대사 산물과 같은 원치 않는 간섭을 제거하고 식물 인포프로테오메10의깊은 커버리지를 가능하게 하는 범용 식물 인포프로테오믹 워크플로우를 개발했습니다. 고정금속 이온 친화성 크로마토그래피(IMAC) 및 금속 산화물 크로마토그래피(MOC)와 같은 여러 인포펩타이드 농축 방법은 MS 분석11,12,13,14,15,16이전에인포펩티드를 농축하기 위해 개발되었다. 인스포펩티드와 함께 정화하는 산성 비인펩타이드는 인포펩티드 검출을 위한 주요 간섭이다. 이전에는 IMAC 로딩 버퍼의 pH 값 및 유기산 농도를 표준화하여 비인펩티드의 결합을 제거하고, 사전 분획단계(11)를우회하여 90% 이상의 농축 특이성을 얻었다.
인포펩티드 농축 및 분획의 다단계 공정에서 시료 손실은 인포펩티드 식별의 감도 및 인포프로테오믹 커버리지의 깊이를 저해한다. 스톱 앤 고-이동-추출 팁(무대 팁)은 팁의 끝을 캡하는 작은 디스크가 포함된 파이펫 팁으로, 펩티드 분획 및 청소17을위한 크로마토그래피와 통합할 수 있다. 단계 팁 절차 중 샘플 손실을 최소화할 수 있는 경우 튜브 간의 샘플 전달을 방지하여 최소화할 수 있습니다. 우리는 성공적으로 인간 인포 프로테오메(15)의깊이를 향상 노래 인광 펩타이드에서 낮은 풍부한 다중 인광 펩티드를 분리하기 위해 Ga3 +– IMAC 및 Fe3 +-IMAC에서 단계 팁을 구현했다. 또한, 높은 pH 반전상(Hp-RP) 단계 팁의 사용은 강한 양이온 교환(SCX) 및 강력한 음이온 교환(SAX)크로마토그래피(18)에비해 인간 막 프로테오메의 폭넓은 커버리지를 입증하였다. 따라서 IMAC 및 Hp-RP 단계 팁 기술을 통합하면 단순성, 높은 특이성 및 높은 처리량으로 식물 인포프로테온 커버리지를 증가시킬 수 있습니다. 우리는 이 전략이 아라비도시스 모종에서 20,000개 이상의 인산화 부위를 확인했으며, 이는 식물 인포프로테오메19의향상된 깊이를 나타내는 것으로 입증되었다.
여기에서, 우리는 애기독증에 있는 인포프로테오믹 프로파일링을 위한 단계 팁 기지를 둔 인포프로테오믹 프로토콜을 보고합니다. 이 워크플로우는 삼투압에 대응하여 야생형 및 snrk2-dec 돌연변이 묘목의 인포프로테오믹 분동을 연구하기 위해 적용되었다. 인포프로테오믹 분석은 키나아제 활성화 및 초기 삼투압 신호에 연루된 인산화 부위를 밝혀냈습니다. 야생 형 및 snrk2-dec 돌연변이 인산염 데이터의 비교 분석은 높은 식물에서 osmore 응력 신호에 중요한 역할을 하는 Raf 와 같은 키나아제 (RAF)-SnRK2 키나아제 캐스케이드의 발견을 이끌어 주었습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
식물 프로테오메와 인포프로테오움의 동적 범위와 복잡성은 여전히 인포프로테오믹스 분석의 깊이에 대한 제한 요소입니다. 10,000개의 인산화부위(21,22)를식별하는 단일 실행 LC-MS/MS 분석의 능력에도 불구하고, 전체 식물 인포프로테오메의 커버리지는 여전히 제한적이다. 따라서 환경 스트레스에 대응하여 식물 신호 네트워크의 글로벌 뷰를 프로파일?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 중국 과학 아카데미의 전략적 우선 순위 연구 프로그램, 그랜트 XDB27040106에 의해 지원되었다.
Materials
| 1.5 mL tube | eppendorf | 22431081 | Protein LoBind, 1.5 mL, PCR clean, colorless, 100 tubes |
| 200 µL pipet tip | Gilson | F1739311 | |
| 2-chloroacetamide | Sigma-Aldrich | C0267 | |
| acetic acid | Sigma-Aldrich | 5438080100 | |
| acetonitrile | Sigma-Aldrich | 271004 | |
| ammonium hydroxide | Sigma-Aldrich | 338818 | |
| ammonium phosphate monbasic | Sigma-Aldrich | 216003 | |
| BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 23227 | |
| blunt-ended needle | Hamilton | 90516 | Kel-F hub (KF), point style 3, gauge 16 |
| C18-AQ beads | Dr. Maisch | ReproSil-Pur-C18-AQ 5 µm | |
| C8 Empore disk | 3 M | 2214 | 47 mm |
| Centrifuge | eppendorf | 22620444 | |
| chloroform | Sigma-Aldrich | CX1058 | |
| data analysis software | Perseus 1.6.2.1 | https://maxquant.net/perseus/ | |
| ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | ||
| formic acid | Sigma-Aldrich | 5330020050 | |
| Frits | Agilent | 12131024 | Frits for SPE Cartridges |
| Guanidine hydrochloride | Sigma-Aldrich | 50933 | |
| H2O | Sigma-Aldrich | 1153334000 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| Iron (III) chloride | Sigma-Aldrich | 157740 | |
| LTQ-orbitrap | Thermo Fisher Scientific | Velos Pro | |
| mass spectrometer | Thermo Fisher Scientific | LTQ-Orbitrap Velos Pro | |
| methanol | Sigma-Aldrich | 34860 | |
| nano LC | Thermo Fisher Scientific | Easy-nLC 1000 | |
| Ni-NTA spin column | Qiagen | 31014 | |
| N-Lauroylsarcosine sodium salt | Sigma-Aldrich | L9150 | |
| plunger | Hamilton | 1122-01 | Plunger assembly N, RN, LT, LTN for model 1702 (25 μl) |
| search engine software | MaxQuant 1.5.4.1 | https://www.maxquant.org | |
| SEP-PAK Cartridge 50 mg | Waters | WAT054960 | |
| sodium deoxycholate | Sigma-Aldrich | D6750 | |
| SpeedVac | Thermo Fisher Scientific | SPD121P | |
| TMT 6-plex | Thermo Fisher Scientific | 90061 | |
| Triethylammonium bicarbonate buffer | Sigma-Aldrich | T7408 | |
| Trifluoroacetic acid | Sigma-Aldrich | 91707 | |
| Tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride | Sigma-Aldrich | C4706 | |
| Trizma hydrochloride | Sigma-Aldrich | T3253 |
Referências
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