Porovnanie frakcionačných techník pri analýze fosfoproteómu kvasinky Schizosaccharomyces pombe

Porovnanie frakcionačných techník pri analýze fosfoproteómu kvasinky Schizosaccharomyces pombe

Section reference: 
Year:
2021

Overall rating

Scientific work
100%
Design
100%
Discussion interaction
100%
UserScientific workDesignDiscussion interaction
Ing. Lucia Pažitná100%100%100%
RNDr. Veronika Pinková Gajdošová PhD.100%100%100%
Tereza Goliaš100%100%100%
Ing. Kristína Kianičková100%100%100%
Lenka Lorencová100%100%100%
Zuzana Pakanová100%100%100%
Ing. Filip Pančík100%100%100%
ISBN: ISBN 978-80-972360-7-6

Porovnanie frakcionačných techník pri analýze fosfoproteómu kvasinky Schizosaccharomyces pombe

Barbara Siváková1 , Veronika Lukáčová2 , Ján Jurčík3 , Tomáš Selický , Ingrid Čipáková , Ľuboš Čipák , Peter Baráth ,
1 Chemický ústav, SAV, Bratislava, SK
2 Medirex Group Academy, n.o., Trnava, SK
3 Biomedicínske centrum, SAV, Bratislava, SK
chembsiv@savba.sk

Fosforylácia je postranslačná modifikácia modulujúca funkciu proteínu, ktorá je nevyhnutná pre bunkovú signalizáciu, proliferáciu, diferenciáciu a rast. Ide o dynamický proces, ktorého deregulácia spôsobuje množstvo chorobných procesov, vrátane rakoviny (1). Technológie založené na kvapalinovej chromatografii, ktorá je spojená s hmotnostnou spektrometriou (MS) predstavujú efektívny nástroj na identifikáciu proteínov a ich postranslačných modifikácií. Pretože fosforylované  peptidy sa nachádzajú v komplexných vzorkách v oveľa menšom zastúpení, v porovnaní s ich nemodifikovanými formami, je nutné, aby pracovný postup obsahoval krok zabezpečujúci obohatenie fosforylovaných peptidov (2). Nevyhnutnou prípravy vzoriek je aj frakcionácia, ktorá významne znižuje komplexnosť vzoriek a tým zvyšuje množstvo identifikovaných fosforylačných miest. 

Nedávno optimalizovaný pracovný postup z nášho laboratória zahŕňa extrakciu proteínov, enzymatické štiepenie proteínov na peptidy a extrakciu na reverznej fáze. Nasledujú kroky typické pre prípravu fosfoproteomických vzoriek, konkrétne obohatenie fosfopeptidov pomocou afinitnej chromatografie s imobilizovaným kovom (IMAC) a frakcionácia pomocou silnej anión-výmennej (SAX) a poréznej grafitovej (PGC) chromatografie. Na MS analýzu sa používa kvapalinová chromatografia nanoflow Ultimate HPLC spojená s hmotnostným spektrometrom Orbitrap. Na spracovanie a bioinformatickú analýzu MS dát sa využívajú softvérové ​​nástroje MaxQuant a Perseus (3).

Takýmto spôsobom boli analyzované dve skupiny vzoriek, ktoré sa líšili použitou frakcionačnou technikou, PGC resp. SAX. Rozdiely medzi vzorkami boli skúmané na úrovní proteínových skupín, ako aj fosforylačných miest. Z našich zistení vyplýva, že pomocou rôznych techník sú vzorky obohacované o rozličné fosfopeptidy. Preto kombináciou rôznych frakcionačných metód je možné dosiahnuť významné zvýšenie množstva identifikovaných fosforylačných miest. Použitím vyššie uvedeného spôsobu prípravy vzoriek a následnej analýzy pomocou hmotnostnej spektrometrie sme  boli schopní identifikovať 1274 nových, doposiaľ neanotovaných fosforylačných miest, ktoré môžu byť prínosné pre pochopenie regulácie bunkových procesov.

Thanks: 

Táto práca vznikla vďaka podpore Agentúry na podporu výskumu a vývoja, v rámci projektu č. APVV-16-0120, VEGA grantov 2/0026/18 a 2/0039/19, a Slovenskej akadémie vied, v rámci programu pre doktorandov č. APP0007. Na podpore projektu sa ďalej podieľal Operačný program Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Centrum pre biomedicínsky výskum – BIOMEDIRES – II. etapa, kód ITMS: 313011W428, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

Sources: 
  1. (1) Zhang, J., Yang, P.L., and Gray, N.S. (2009). Targeting cancer with small molecule kinase inhibitors. Nat. Rev. Cancer 9, 28–39.
    (2) Ruprecht, B.; Koch, H.; Medard, G.; Mundt, M.; Kuster, B.; Lemeer, S. Comprehensive and reproducible phosphopeptide enrichment using iron immobilized metal ion affinity chromatography (Fe-IMAC) columns. Mol. Cell. Prot. 2015, 14, 205–215.
    (3) Sivakova, B., Jurcik, J., Lukacova, V., Selicky, T., Cipakova, I., Barath, P., & Cipak, L. (2021). Label-Free Quantitative Phosphoproteomics of the Fission Yeast Schizosaccharomyces pombe Using Strong Anion Exchange-and Porous Graphitic Carbon-Based Fractionation Strategies. International journal of molecular sciences22(4), 1747.

Discussion

Dobry den Dr. Sivakova,

chcel by som poprosit, viete upresnit nasledovne: ...biologické replikáty pripravené rovnakou frakcionačnou
technikou korelovali významnejšie, ako vzorky pripravené v rovnakom čase. Pre zaujimavost by som sa chcel opytat, ake je asi mnozstvo fosforylovanych proteinov a pocet fosforylacii na nich - v porovnani s "nefosforylovanymi?" Este posledna otazka, fosf. je dynamicka, fosfoproteom teda bude aj funciou zivotneho cyklu/prostredia atd. organizmu, alebo sa meni len relativne zastupenie jednotlivych fosforylacii?

Dakujem, PF

Dobrý deň dr. Farkaš,
mieru korelácie možno odčítať z bodového grafu. Ak si napr. vyberieme biologický replikát S1 vzorky pripravenej PGC a SAX, hodnota sa rovná 0,711. No ak si porovnáme replikáty S1 a S2 pripravené rovnakou technikou (PGC) hodnota korelácie je 0,907. Kombináciou dvoch rozličných techník sa nám podarilo identifikovať 1984 fosforylovaných proteínových skupín a 8353 fosforylačných miest, súčasne aj 1155 nefosforylovaných skupín. Fosforylácia sa dynamicky mení, a to najmä kvôli pôsobeniu kináz a fosfatáz. Počas bunkového cyklu, signalizácie a pod. možno túto zmenu pozorovať ako na úrovni proteínov, tak aj na relatívnom zastúpení jednotlivých fosforylácií, nakoľko sa proteíny v bunkách nachádzajú vo viacerých kópiách.
Ďakujem
Siváková

Dakujem za odpoved a zelam vela zdaru! :-)

Dobry den,
ako clovek neznaly techniky by som sa chcela opytat, ze keby som potrebovala identifikovat fosfo-miesta na proteine, ktory v malom mnozstve vytiahnem z nadorovych buniek imunoprecipitaciou, ci by taketo obohatenie o fosfopeptidy zvysilo sance na identifikaciu pripadnych fosfo-miest imunoprecipitovaneho proteinu. Dakujem a drzim palce v dalsom vyskume! :)

Dobrý deň,
myslím si, že áno, aj keď v takomto prípade by som asi volila iný spôsob obohatenia, napr. na malých kolónkach s oxidom titaničitým. Ďakujem
Siváková

Dakujem za velmi pekne za odpoved. :)