하향식 단백질학

Top-down proteomics
하향식 대 상향식 단백질학

단백질 식별의 하나인 질량 측정과 탠덤 MS[3]철저한 단백질 체학은과 함께 격리된 단백질 이온 질량 분석기(MS/MS)analysis[1][2]이나 2차원 겔 전기 영동 법과 같은 다른 단백질 정제 방법 저장하는 데는 이온 질량 분석계 트래핑을 사용하여Top-down하듯이 단백체학은 한 방법이다. o할 수손상되지 않은 단백질 분석을 통해 고유한 단백질 형태를 식별하고 정량화하는 것.[4] 그 이름은 DNA 염기서열에 대한 유사한 접근방식에서 유래되었다.[5] 질량 분광기 동안 온전한 단백질은 전형적으로 전기화 이온화에 의해 이온화되며 푸리에 변환 이온 사이클로트론 공명([6]페닝 트랩), 쿼드폴 이온 트랩(폴 트랩) 또는 궤도선 질량 분광기에 갇힌다. 탠덤 질량 분광분석을 위한 단편화는 전자 캡쳐 분리 또는 전자 전달 분리에 의해 이루어진다. 질량-스펙트로메트리 기반 프로테오믹스 이전에 샘플 취급 시 효과적인 분율이 중요하다. 프로테오메 분석은 일상적으로 온전한 단백질 소화에 이어 질량분석(MS)을 이용한 유추된 단백질 식별이 뒤따른다.[7] 톱다운 MS(비겔) 프로테오믹스는 가스상에서의 직접 이온 분리가 뒤따르는 온전한 질량의 측정을 통해 단백질 구조를 질문한다.[8]

이점

  • 하향식 접근방식의 주요 이점은 데이터 표준화 및 정량화를 위한 단순화된 프로세스뿐만 아니라 분해 제품, 단백질 등소형, 시퀀스 변형, 변환 후 수정의 조합 등을 탐지할 수 있는 능력이다.
  • 하향식 프로테오믹스는 폴리아크릴라미드 젤 전기영양증을 동반할 경우 상향식 프로테오믹 접근법을 보완하는 데 도움이 될 수 있다. 하향식 단백질 방법은 예측에서 큰 편차를 노출하는 데 도움을 줄 수 있으며, Gel Elution Liquence-based Fraction Entraction Electrophoresis 분율화, 단백질 침전, 역상 HPLC를 전기 프레이 이온화 및 MS/MS와 결합하여 매우 성공적으로 추구되어 왔다.[9]
  • 소단백질의 특성화는 분석을 위한 충분한 tryptic 펩타이드 생성을 하지 못하기 때문에 상향 단백질학에서 중대한 도전을 나타낸다. 하향식 단백질학으로 저질량 단백질 검출이 가능해 알려진 단백질의 레퍼토리가 증가한다.[10] 보텀업 프로테오노믹스는 유전자가 생산한 모든 프로테오폼의 분해된 제품을 전신 유전자 제품의 단일 펩타이드 맵에 통합해 표현된 단백질을 표로 작성하고 정량화할 수 있는 반면, 탑다운 프로테오노믹스의 주요 강점은 연구자들이 여러 표본에서 하나 이상의 프로테오폼을 정량적으로 추적할 수 있게 하고 배설할 수 있게 한다는 것이다.화학적 분석을 위해 이 프로토폼을 사용한다.[9]

단점들

  • 최근 들어 하향식 접근법은 개별 단백질이나 단순 혼합물의 분석으로 밀려났고, 복합 혼합물과 단백질은 보텀업 프로테오믹스 등 보다 확립된 방법에 의해 분석되었다. 또한 TDP(Top-down proteomics) 접근방식의 단백질 식별과 단백질 형태 특성화는 동일한 고도로 풍부한 종들이 반복적으로 단편화되는 동적 범위 도전으로 인해 어려움을 겪을 수 있다.[4]
  • 단백질 커버리지를 큰 수준에서 성공적으로 매핑하기 위해 Top-down proteomics는 비교적 높은 출력으로 작동할 수 있지만, 초기 라운드 후에 새로운 단백질을 식별하는 속도는 상당히 급격히 감소한다.[4]
  • 하향식 단백질학 심문은 개별 단백질을 식별하는 문제를 극복할 수 있지만, 탠덤 질량 분광법과 통합된 온전한 단백질 분절법이 부족해 대규모로 달성되지 못했다.[7]

연구 및 사용

연구 1: 30kDa 이하 수천 개의 인간 프로토폼 정량화 및 식별

  • 연구자들은 30kDa 이하의 인간 프로토폼에 대한 연구를 수행했으며, 중간 단위로 재배된 Ras 함수 구조를 포함하는 1차 IMR90 인간 섬유화합물을 사용했다.
  • 내가 Bottom Up이 단백질을 소화하는 것에 대해 논했듯이, 그것은 현재 온전한 단백질을 위한 가장 좋은 방법이고, 온전한 독특한 단백질 형태의 명확한 이미지를 제공하는 것을 잘 하지 못하기 때문에 이러한 단백질 형질을 특징짓기 위해 Top-Down Proteomics를 사용하는 것을 선택했다.
  • Top Down Proteomics는 온전한 단백질 분석을 통해 고유한 단백질 형태를 식별하고 계량화할 수 있다. Top-down 정량한계에서는 1038개의 세포질 단백질이 풍부하게 변화했다.[4]

연구 2: 가상 2D 젤 기반 프로테오믹스를 위한 고투과 MALDI-TOF 질량 분광법과 등전 포커싱 젤 전기영동학의 결합

  • 연구자들은 펩타이드의 조각 이온을 주는 상향식 접근법보다는 온전한 단백질의 정확한 단백질 형태를 확인할 수 있기 때문에 하향식 단백질학을 이용했다.
  • 이 연구는 단백질 혼합물을 분리하기 위해 질량 분광 분석과 함께 가상 2D 젤을 사용했다. MALDI는 각 등전점에서 단백질의 온전한 질량을 생성하는 컴퓨터 소프트웨어다. MALDI가 분석한 IPG-IEF(isoelectric focusing) 젤 선택 이미지에서 출발했다.[9]
  • Top-down proteomics MALDI-TOF/TOF-MS는 불순물에 더 내성이 있으며, 바이오마커 추출, 정화, 분리가 필요하지 않으며, 온전한 미생물에 직접 적용할 수 있다.[11]

참고 항목

참조

  1. ^ Sze SK, Ge Y, Oh H, McLafferty FW (2002). "Top-down mass spectrometry of a 29-kDa protein for characterization of any posttranslational modification to within one residue". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (4): 1774–9. Bibcode:2002PNAS...99.1774S. doi:10.1073/pnas.251691898. PMC 122269. PMID 11842225.
  2. ^ Kelleher NL (2004). "Top-down proteomics". Anal. Chem. 76 (11): 197A–203A. doi:10.1021/ac0415657. PMID 15190879.
  3. ^ Wright EP, Partridge MA, Padula MP, Gauci VJ, Malladi CS, Coorsen JR (2014). "Top-down proteomics: Enhancing 2D gel electrophoresis from tissue processing to high-sensitivity protein detection". Proteomics. 14 (7–8): 872–889. doi:10.1002/pmic.201300424. PMID 24452924. S2CID 29866065.
  4. ^ a b c d Durbin, Kenneth Robert; Fornelli, Luca; Fellers, Ryan T.; Doubleday, Peter F.; Narita, Masashi; Kelleher, Neil L. (2016). "Quantitation and Identification of Thousands of Human Proteoforms Below 30 kDa". Journal of Proteome Research. 15 (3): 976–982. doi:10.1021/acs.jproteome.5b00997. PMC 4794255. PMID 26795204.
  5. ^ Smith CL, Cantor CR (1989). "Evolving strategies for making physical maps of mammalian chromosomes". Genome. 31 (2): 1055–8. doi:10.1139/g89-181. PMID 2698822.
  6. ^ Bogdanov B, Smith RD (2005). "Proteomics by FTICR mass spectrometry: top down and bottom up". Mass Spectrometry Reviews. 24 (2): 168–200. Bibcode:2005MSRv...24..168B. doi:10.1002/mas.20015. PMID 15389855.
  7. ^ a b Tran, John C.; Zamdborg, Leonid; Ahlf, Dorothy R.; Lee, Ji Eun; Catherman, Adam D.; Durbin, Kenneth R.; Tipton, Jeremiah D.; Vellaichamy, Adaikkalam; Kellie, John F. (2011-12-08). "Mapping intact protein isoforms in discovery mode using top-down proteomics". Nature. 480 (7376): 254–258. Bibcode:2011Natur.480..254T. doi:10.1038/nature10575. ISSN 0028-0836. PMC 3237778. PMID 22037311.
  8. ^ Parks, Bryan A.; Jiang, Lihua; Thomas, Paul M.; Wenger, Craig D.; Roth, Michael J.; Boyne, Michael T.; Burke, Patricia V.; Kwast, Kurt E.; Kelleher, Neil L. (2007). "Top-Down Proteomics on a Chromatographic Time Scale Using Linear Ion Trap Fourier Transform Hybrid Mass Spectrometers". Analytical Chemistry. 79 (21): 7984–7991. doi:10.1021/ac070553t. PMC 2361135. PMID 17915963.
  9. ^ a b c Lohnes, Karen; Quebbemann, Neil R.; Liu, Kate; Kobzeff, Fred; Loo, Joseph A.; Ogorzalek Loo, Rachel R. (2016). "Combining high-throughput MALDI-TOF mass spectrometry and isoelectric focusing gel electrophoresis for virtual 2D gel-based proteomics". Methods. 104: 163–169. doi:10.1016/j.ymeth.2016.01.013. PMC 4930893. PMID 26826592.
  10. ^ Lorenzatto, Karina R.; Kim, Kyunggon; Ntai, Ioanna; Paludo, Gabriela P.; Camargo de Lima, Jeferson; Thomas, Paul M.; Kelleher, Neil L.; Ferreira, Henrique B. (2015-11-06). "Top Down Proteomics Reveals Mature Proteoforms Expressed in Subcellular Fractions of the Echinococcus granulosus Preadult Stage". Journal of Proteome Research. 14 (11): 4805–4814. doi:10.1021/acs.jproteome.5b00642. ISSN 1535-3907. PMC 4638118. PMID 26465659.
  11. ^ Demirev, Plamen A.; Feldman, Andrew B.; Kowalski, Paul; Lin, Jeffrey S. (2005). "Top-Down Proteomics for Rapid Identification of Intact Microorganisms". Analytical Chemistry. 77 (22): 7455–7461. doi:10.1021/ac051419g. PMID 16285700.

참고 문헌 목록