مصفوفة الببتيدات الدقيقة

الموسوعة الحرة

مصفوفة الببتيدات الدقيقة (المعروفة أيضًا باسم شريحة الببتيدات أو مصفوفة محددات الببتيدات) هي مجموعة من الببتيدات المعروضة على سطح صلب، عادةً ما يكون شريحة زجاجية أو بلاستيكية. يستخدم العلماء في مجالات الأحياء والطب والصيدلة شرائح الببتيدات لدراسة خصائص الارتباط ووظائف وحركية تفاعلات البروتين-بروتين بشكل عام. في البحوث الأساسية، تُستخدم مصفوفات الببتيدات الدقيقة غالبًا لتحليل نشاط إنزيم معين (مثل الكيناز ، والفوسفاتاز ، والبروتياز ، والأسيتيل ترانسفيراز ، وهيستون دي أسيتيلاز، إلخ )، أو لرسم خريطة محددات الأجسام المضادة ، أو للعثور على الأحماض الأمينية الرئيسية لارتباط البروتين. تشمل التطبيقات العملية اكتشاف المؤشرات المصلية ، وتحليل تغيرات الاستجابات المناعية الخلطية لدى المرضى الأفراد أثناء تطور المرض، ومراقبة التدخلات العلاجية، وتصنيف المرضى، وتطوير أدوات التشخيص واللقاحات .

مثال على مصفوفة ببتيدية تُستخدم لتحديد الإبيتوب ورسم خرائط الخصوصية. [ 1 ]

مبدأ

يشابه مبدأ فحص المصفوفات الدقيقة للببتيدات بروتوكول ELISA . تُربط الببتيدات (التي قد يصل عددها إلى عشرات الآلاف في نسخ متعددة) بسطح شريحة زجاجية، عادةً ما تكون بحجم وشكل شريحة مجهرية. يمكن حضانة هذه الشريحة الببتيدية مباشرةً مع مجموعة متنوعة من العينات البيولوجية المختلفة، مثل الإنزيمات أو الأجسام المضادة النقية ، أو أمصال المرضى أو الحيوانات ، أو مستخلصات الخلايا ، ثم يتم الكشف عنها بطريقة تعتمد على الوسم، على سبيل المثال، بواسطة جسم مضاد أولي يستهدف البروتين المرتبط أو الركائز المعدلة. بعد عدة خطوات غسل، يُضاف جسم مضاد ثانوي ذو خصوصية مطلوبة (مثل مضاد IgG بشري/فأري، أو مضاد للفوسفوتيروسين، أو مضاد لـ myc). عادةً ما يُوسم الجسم المضاد الثانوي بعلامة فلورية يمكن الكشف عنها بواسطة ماسح ضوئي فلوري. [ 2 ] تشمل طرق الكشف الأخرى المعتمدة على الوسم: التألق الكيميائي، والقياس اللوني، والتصوير الإشعاعي الذاتي.

تتميز المقايسات المعتمدة على الوسم بالسرعة وسهولة التنفيذ، ولكنها تنطوي على خطر ظهور نتائج إيجابية وسلبية خاطئة. [ 3 ] ومؤخرًا، استُخدمت تقنيات الكشف غير المعتمدة على الوسم، بما في ذلك مطيافية رنين البلازمون السطحي (SPR) ومطيافية الكتلة (MS) والعديد من أجهزة الاستشعار الحيوية البصرية الأخرى [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ، لقياس نطاق واسع من أنشطة الإنزيمات. [ 8 ]

تُظهر المصفوفات الدقيقة للببتيدات العديد من المزايا مقارنةً بالمصفوفات الدقيقة للبروتينات :

  • سهولة وتكلفة التركيب
  • ثبات ممتد على الرف
  • الكشف عن أحداث الارتباط على مستوى الإبيتوب، مما يتيح دراسة انتشار الإبيتوب.
  • تصميم مرن لتسلسل الببتيد (أي التعديلات ما بعد الترجمة، وتنوع التسلسل، والأحماض الأمينية غير الطبيعية ...) وكيمياء التثبيت
  • قابلية تكرار أعلى من دفعة إلى أخرى

إنتاج مصفوفة الببتيدات الدقيقة

مصفوفة الببتيدات عبارة عن شريحة مستوية تُوضع عليها الببتيدات على شكل نقاط أو تُجمّع مباشرةً على سطحها عن طريق التخليق الموضعي. في حين أن الببتيدات الموضوعة على سطح الشريحة تخضع لضوابط جودة تشمل تحليل مطياف الكتلة ومعايرة التركيز قبل وضعها، وتكون ناتجة عن دفعة تخليقية واحدة، فإن الببتيدات المُصنّعة مباشرةً على السطح قد تعاني من تباين بين الدفعات وخيارات محدودة لمراقبة الجودة. مع ذلك، يسمح تخليق الببتيدات على الشريحة بالتخليق المتوازي لعشرات الآلاف من الببتيدات، مما يوفر مكتبات ببتيدات أكبر بتكاليف تخليق أقل. [ 9 ] ترتبط الببتيدات، في الوضع الأمثل، بروابط تساهمية من خلال رابطة كيميائية انتقائية، مما يؤدي إلى ببتيدات ذات اتجاه واحد لتوصيف التفاعلات. تصف بعض الإجراءات البديلة الارتباط التساهمي غير المحدد والتثبيت اللاصق.

مع ذلك، يمكن استخدام طرق الطباعة الحجرية للتغلب على مشكلة العدد المفرط لدورات الاقتران. وقد وُصفت عملية التخليق التوافقي لمصفوفات الببتيدات على رقاقة دقيقة باستخدام الطباعة الليزرية، [ 9 ] [ 10 ] حيث تُستخدم طابعة ليزر ملونة مُعدّلة مع كيمياء تخليق الببتيدات التقليدية في الطور الصلب . [ 11 ] تُثبّت الأحماض الأمينية داخل جزيئات الحبر، وتُطبع الببتيدات على سطح الرقاقة في طبقات توافقية متتالية. ويضمن انصهار الحبر عند بدء تفاعل الاقتران إمكانية توصيل الأحماض الأمينية وإجراء تفاعل الاقتران بشكل مستقل. ومن المزايا الأخرى لهذه الطريقة إمكانية إنتاج كل حمض أميني وتنقيته على حدة، ثم تضمينه في جزيئات الحبر، مما يسمح بتخزينه على المدى الطويل.

تطبيقات المصفوفات الدقيقة للببتيدات

يمكن استخدام المصفوفات الدقيقة للببتيدات لدراسة أنواع مختلفة من التفاعلات بين البروتينات، وخاصة تلك التي تتضمن بنى بروتينية فرعية نمطية تُسمى وحدات التعرف على الببتيدات، أو ما يُعرف عادةً بمجالات التفاعل البروتيني. ويعود السبب في ذلك إلى أن هذه البنى البروتينية الفرعية تتعرف على أنماط خطية قصيرة غالبًا ما تكون مكشوفة في مناطق غير منظمة طبيعيًا من البروتين الشريك، بحيث يمكن نمذجة التفاعل في المختبر باستخدام الببتيدات كمجسات ووحدة التعرف على الببتيدات كمادة مُحللة . وتُصنف معظم المنشورات في سياق مراقبة المناعة وتحليل الإنزيمات.

علم المناعة

تحليل الإنزيمات

  • تحديد الركائز للإنزيمات اليتيمة [ 22 ]
  • تحسين ركائز الإنزيم المعروفة [ 23 ]
  • توضيح مسارات نقل الإشارة [ 24 ]
  • الكشف عن أنشطة الإنزيمات الملوثة
  • تحديد التسلسل التوافقي والمخلفات الرئيسية [ 25 ]
  • تحديد مواقع التفاعلات بين البروتينات داخل المركب [ 26 ]

تحليل وتقييم النتائج

يُعد تحليل البيانات وتقييم النتائج أهم جزء في أي تجربة مصفوفة دقيقة. [ 27 ] بعد مسح شرائح المصفوفة الدقيقة، يسجل الماسح الضوئي صورة رقمية 20 بت أو 16 بت أو 8 بت بتنسيق ملف صورة مُوسومة (*.tif). تُمكّن صورة .tif من تفسير وتحديد كمية كل بقعة فلورية على شريحة المصفوفة الدقيقة الممسوحة ضوئيًا. تُشكّل هذه البيانات الكمية أساسًا لإجراء تحليل إحصائي على أحداث الارتباط المقاسة أو تعديلات الببتيد على شريحة المصفوفة الدقيقة. لتقييم وتفسير الإشارات المُكتشفة، يجب تحديد موقع بقعة الببتيد (الظاهرة في الصورة) وتسلسل الببتيد المُقابل. عادةً ما تُحفظ بيانات التحديد في ملف قائمة مصفوفة GenePix (.gal) وتُرفق مع مصفوفة الببتيد الدقيقة. يمكن فتح ملف .gal (ملف نصي مفصول بعلامات جدولة) باستخدام وحدات برامج تحديد كمية المصفوفات الدقيقة أو معالجته باستخدام محرر نصوص (مثل المفكرة) أو برنامج Microsoft Excel. يتم توفير ملف "gal" هذا في أغلب الأحيان من قبل الشركة المصنعة للمصفوفات الدقيقة ويتم إنشاؤه بواسطة ملفات نصية مدخلة وبرامج تتبع مدمجة في الروبوتات التي تقوم بتصنيع المصفوفات الدقيقة.

مراجع

  1. ↑ هانسن، ليلى برونتسي؛ بوس، سورين؛ شيفر-نيلسن، كلاوس (23 يوليو 2013). "تحديد ورسم خرائط الحواتم الخطية للأجسام المضادة في ألبومين مصل الدم البشري باستخدام مصفوفات الببتيد عالية الكثافة" . PLOS ONE . 8 (7) e68902. Bibcode : 2013PLoSO...868902H . doi : 10.1371/journal.pone.0068902 . ISSN 1932-6203 . PMC 3720873. PMID 23894373 .   
  2. ↑ بانسي، إس؛ دونغ، إل؛ بوريان، إيه؛ كاروس، آر؛ شوتكوفسكي، إم؛ رايمر، يو؛ شنايدر-ميرجينر، جيه (2004). "تحليل الأجسام المضادة العامة للفوسفوببتيد والكينيزات باستخدام مصفوفات الببتيد الدقيقة من خلال المقايسات الإشعاعية والفلورية". التنوع الجزيئي . 8 (3): 291-299 . doi : 10.1023/B:MODI.0000036240.39384.eb . PMID 15384422. S2CID 407457 .  
  3. ↑ كايبرلين، مات؛ ماكدونا، توماس؛ هيلتويغ، بيرجيت؛ هيكسون، جيفري؛ ويستمان، إريك أ.؛ كالدويل، سيث د.؛ نابير، أندرو؛ كورتيس، روري؛ ديستيفانو، بيتر س. (29-04-2005). "تنشيط السيرتوينات بواسطة الريسفيراترول بشكل خاص بالركيزة" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 280 (17): 17038-17045 . doi : 10.1074/jbc.M500655200 . ISSN 0021-9258 . PMID 15684413 .  
  4. ^ فرنانديز جافيلا، أدريان. غراجاليس غارسيا، دانيال؛ راميريز، جوناتان C .؛ ليتشوجا ، لورا م. (24/02/2016). “آخر التطورات في أجهزة الاستشعار الحيوية الضوئية القائمة على السيليكون” . أجهزة الاستشعار . 16 (3): 285. بيب كود : 2016Senso..16..285F . دوى : 10.3390/s16030285 . بمك 4813860 . بميد 26927105 .  
  5. ↑ فانغ، يي (2010). "مستشعر حيوي رنيني ذو محزز موجي موجه للمصفوفات الدقيقة". المستشعرات الكيميائية والحيوية الضوئية الموجهة بالموجات II . سلسلة سبرينغر للمستشعرات الكيميائية والحيوية. المجلد 8. سبرينغر، برلين، هايدلبرغ. الصفحات 27-42 . doi : 10.1007/978-3-642-02827-4_2 . ISBN   978-3-642-02826-7.
  6. ↑ بيكو، سارة؛ فيليباكوبولوس، بانايس (17 أغسطس 2015). "تحديد التفاعلات المعتمدة على أسيتيل-لايسين باستخدام تقنية SPOT" . المصفوفات الدقيقة . 4 (3): 370-388 . doi : 10.3390/microarrays4030370 . PMC 4996381. PMID 27600229 .  
  7. ↑ هوندسبيرجر، هارالد؛ أوندر، كاميل؛ شولر-غوتزبورغ، بيتر؛ فيروك، ديزسو ب.؛ هيرتسوغ، جوليا؛ ريد، رافايلا (2017-06-08). "يُعدّ تجميع واستخدام رقائق الببتيدات المؤتلفة عالية الكثافة لفحص الروابط على نطاق واسع بديلاً عمليًا لمكتبات الببتيدات الاصطناعية" . BMC Genomics . 18 (1): 450. doi : 10.1186/s12864-017-3814-3 . ISSN 1471-2164 . PMC 5463365. PMID 28595602 .   
  8. ↑ شيمتشاك، ليندسي سي؛ كو، هسين يو؛ ميركسيتش، ميلان (2018-01-02). "مصفوفات الببتيد: التطوير والتطبيق" . الكيمياء التحليلية . 90 (1): 266-282 . doi : 10.1021/acs.analchem.7b04380 . ISSN 0003-2700 . PMC 6526727. PMID 29135227 .   
  9. 1 2 باير، م؛ نيستروف، أ؛ بلوك، إ؛ كونيغ، ك؛ فيلغينهاور، ت؛ فرنانديز، س؛ لايب، ك؛ تورالبا، ج؛ هاوسمان، م؛ ترانك، أ؛ ليندنستروث، ف؛ بيشوف، ف ر؛ ستادلر، ف؛ بريتلينغ، ف (21 ديسمبر 2007). "التخليق التوافقي لمصفوفات الببتيدات على رقاقة دقيقة". مجلة ساينس . 318 (5858): 1888. Bibcode : 2007Sci...318.1888B . doi : 10.1126/science.1149751 . PMID 18096799. S2CID 33941406 .  
  10. ↑ بريتلينغ، فرانك؛ فيلغينهاور، توماس؛ نيستيروف، ألكسندر؛ ليندنستروث، فولكر؛ ستادلر، فولكر؛ بيشوف، ف. رالف (23 مارس 2009). "تخليق مصفوفات الببتيد باستخدام الجسيمات". ChemBioChem . 10 ( 5): 803–808 . doi : 10.1002/cbic.200800735 . ISSN 1439-7633 . PMID 19191248. S2CID 13173295 .   
  11. ^ ستادلر، فولكر. فيلجينهاور، توماس. باير، ماريو. فرنانديز، سيمون. ليبي، كلاوس. جوتلر، ستيفان. غرونينغ، مارتن. كونيغ، كاي؛ تورالبا ، غلوريا (2008/09/01). “التوليف التوافقي لمصفوفات الببتيد مع طابعة ليزر”. Angewandte Chemie الطبعة الدولية . 47 (37): 7132–7135 . بيب كود : 2008ACIE...47.7132S . دوى : 10.1002/anie.200801616 . ردمك 1521-3773 . بميد 18671222 .  
  12. ↑ زانديان، أراش؛ فورستروم، بيورن؛ هاغمارك-مانبيرغ، آنا؛ شوينك، يوشين م.؛ أولين، ماتياس؛ نيلسون، بيتر؛ أيوغلو، بورجو (9 فبراير 2017). "مصفوفات الببتيدات الدقيقة للبروتينات الكاملة لتوصيف مجموعات الأجسام المضادة الذاتية في التصلب المتعدد والنوم القهري" . مجلة أبحاث البروتينات . 16 (3): 1300-1314 . doi : 10.1021/acs.jproteome.6b00916 . PMID 28121444 . 
  13. ^ لين ، جينغ. باردينا، لودميلا؛ شريفلر، واين جي؛ أندريا، دورثي أ؛ قه، يونغ تشاو. وانغ جولي. بروني، فرانشيسكا م.؛ فو، زيان؛ وآخرون . (2009). "تطوير ميكروأري ببتيد جديد لرسم خرائط واسعة النطاق لمسببات الحساسية الغذائية" . مجلة الحساسية والمناعة السريرية . 124 (2): 315-22 ، 322.e1-3. دوى : 10.1016/j.jaci.2009.05.024 . بمك 2757036 . بميد 19577281 .   
  14. ↑ لينباخر، م؛ لورنز، ب؛ كوي، س؛ يانكه، أ؛ بورن، ن؛ شتاينبك، ف؛ وولبولد، ج؛ لاتزكو، ت؛ وآخرون . (2012). "توصيف الاستنساخ للأجسام المضادة الطبيعية النوعية للمستضد ضد مستضد توبويزوميراز IIa المرتبط بالورم بواسطة تحليل رقاقة الببتيد والبروتيوم: دراسة تجريبية على عينات من مرضى سرطان القولون والمستقيم". الكيمياء التحليلية والكيمياء الحيوية التحليلية . 403 (1): 227-38 . doi : 10.1007/s00216-012-5781-5 . PMID 22349330. S2CID 33847079 .   
  15. ↑ جانيش، توماس؛ هايس، كيرستن؛ فيشر، نيكو؛ جايجر، كارولين؛ بيشوف، ف. رالف؛ مولدنهور، جيرهارد؛ ريتشليفسكي، ليزيك؛ سي، علي؛ كوليبالي، بوبكر (أبريل 2019). "مصفوفات الببتيدات عالية الكثافة تساعد في تحديد الحواتم المناعية الخطية للخلايا البائية لدى الأفراد المعرضين بشكل طبيعي لعدوى الملاريا" . علم البروتينات الجزيئي والخلوي . 18 (4): 642-656 . doi : 10.1074/mcp.RA118.000992 . ISSN 1535-9484 . PMC 6442360. PMID 30630936 .   
  16. ↑ كالاواي، إيوين (2011). "ظهور أدلة لتفسير أول تجربة ناجحة للقاح فيروس نقص المناعة البشرية". مجلة نيتشر . doi : 10.1038/news.2011.541 .
  17. ↑ هيس، كيرستن؛ هايدبريم، ياسمين؛ فيشر، نيكو؛ ويبر، لورا ك.؛ دالكه، كريستين؛ جانيش، توماس؛ لوفلر، فيليكس ف. (سبتمبر 2020). "استجابة سريعة لتهديدات الأوبئة: الكشف عن الحواتم المناعية لمسببات الأمراض الوبائية لأغراض التشخيص وتطوير اللقاحات باستخدام المصفوفات الدقيقة للببتيدات" . مجلة أبحاث البروتينات . 19 (11): 4339-4354 . doi : 10.1021/acs.jproteome.0c00484 . hdl : 21.11116/0000-0007-05EF- 7 . PMC 7640972. PMID 32892628 .  
  18. ^ جارين، ه. روبنسون، WH. كراسيولوفا ، إي . هافردوفا ، إي . ناج، ج؛ سلماج ، ك. لوسي، ج؛ ناج، أنا؛ وآخرون . (2008). “المرحلة الثانية من تجربة لقاح الحمض النووي الذي يشفر بروتين المايلين الأساسي لمرض التصلب المتعدد”. حوليات علم الأعصاب . 63 (5): 611– 20. سيتيسيركس 10.1.1.418.3083 . دوى : 10.1002/ana.21370 . بميد 18481290 . S2CID 16111674 .    
  19. ↑ غاسيتسيو، س.؛ فالنتيني، د.؛ مهدويفار، س.؛ رايلي، م.؛ إهرنست، أ.؛ ماورر، م. (2009). "تحديد ارتباط مستضدات المتفطرة السلية بـ HLA-DRB1*0101 وDRB1*1501 وDRB1*0401 باستخدام مصفوفة الببتيدات الدقيقة" . علم المناعة السريري واللقاحات . 17 (1): 168-175 . doi : 10.1128/CVI.00208-09 . PMC 2812096. PMID 19864486 .  
  20. ↑ ويبر، لورا ك.؛ باليرمو، أندريا؛ كوجلر، جوناس؛ أرمانت، أوليفييه؛ إيس، أوال؛ رينتشلر، سيمون؛ جانيش، توماس؛ هوبوش، يورغن؛ دوبل، ستيفان (أبريل 2017). "بصمة الحمض الأميني المفرد لمجموعة الأجسام المضادة البشرية باستخدام مصفوفات الببتيد عالية الكثافة". مجلة أساليب علم المناعة . 443 : 45-54 . doi : 10.1016/j.jim.2017.01.012 . ISSN 1872-7905 . PMID 28167275 .  
  21. ↑ توماراس، جي دي؛ بينلي، جي إم؛ غراي، إي إس؛ كروكس، إي تي؛ أوساوا، كيه؛ مور، بي إل؛ تومبا، إن؛ تونغ، تي؛ وآخرون . (2011). "استجابات الخلايا البائية متعددة النسائل لمحددات التحييد المحفوظة في مجموعة فرعية من الأفراد المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية من النوع الأول" . مجلة علم الفيروسات . 85 (21): 11502-11519 . doi : 10.1128/JVI.05363-11 . PMC 3194956. PMID 21849452 .   
  22. ↑ كيندراشوك، ج؛ أرسينولت، ر؛ كوساليك، ت؛ كيندراشوك، ك.ن؛ تروست، ب؛ نابير، س؛ يارلينغ، ب.ب؛ بلاني، ج.إ (2011). "يُظهر علم حركية الأنظمة أن عدوى فيروس جدري القرود في حوض الكونغو تُعدّل بشكل انتقائي استجابات إشارات الخلية المضيفة مقارنةً بفيروس جدري القرود في غرب إفريقيا" . علم البروتينات الجزيئي والخلوي . 11 (6) M111.015701. doi : 10.1074/mcp.M111.015701 . PMC 3433897. PMID 22205724 .  
  23. ↑ ليزكانو، جيه إم؛ دياك، إم؛ موريس، إن؛ كيلوخ، إيه؛ هاستي، سي جيه؛ دونغ، إل؛ شوتكوفسكي، إم؛ رايمر، يو؛ أليسي، دي آر (2002). "الأساس الجزيئي لتخصص الركيزة لكيناز 6 المرتبط بـ NIMA (NEK6). دليل على أن NEK6 لا يقوم بفسفرة النمط الكاره للماء لكيناز البروتين S6 الريبوسومي وكيناز البروتين المحفز بواسطة المصل والجلوكوكورتيكويد في الجسم الحي" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 277 (31): 27839-49 . doi : 10.1074/jbc.M202042200 . PMID 12023960 . 
  24. ↑ ديلجادو، جيه واي؛ كوبا، إم؛ أندرسون، سي إن جي؛ طومسون، كيه آر؛ جراي، إي إي؛ هيوسنر، سي إل؛ مارتن، كيه سي؛ جرانت، إس جي إن؛ أوديل، تي جيه (2007). "تنشيط مستقبلات NMDA يُزيل الفوسفات من الوحدات الفرعية لمستقبلات AMPA ومستقبلات الغلوتامات 1 عند الثريونين 840" . مجلة علم الأعصاب . 27 (48): 13210-21 . doi : 10.1523/JNEUROSCI.3056-07.2007 . PMC 2851143. PMID 18045915 .  
  25. ↑ ثيل، أ؛ كرينتزلين، ك؛ إردمان، ف؛ راو، د؛ هاوس، ج؛ زيرويك، ج؛ كيلكا، س؛ بوسيل، س؛ وآخرون . (2011). "يعزز بروتين بارفولين 17 تجميع الأنابيب الدقيقة من خلال نشاطه كإنزيم إيزوميراز سيس/ترانس ببتيديل-بروليل". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 411 (4): 896-909 . doi : 10.1016/j.jmb.2011.06.040 . PMID 21756916 .  
  26. ↑ بارسونز، إل إس؛ ويلكنز، إس (2012). "استكشاف تفاعلات الوحدات الفرعية في إنزيم ATPase الفجوي في الخميرة باستخدام مصفوفات الببتيد" . PLOS ONE . 7 (10) e46960. Bibcode : 2012PLoSO...746960P . doi : 10.1371/journal.pone.0046960 . PMC 3470569. PMID 23071676 .  
  27. ↑ هيكر، م؛ لورنز، ب؛ شتاينبك، ف؛ هونغ، ل؛ ريميكاستن، ج؛ لي، ي؛ زيتل، يو كيه؛ ثيسن، إتش جيه (2012). "التحليل الحاسوبي لبيانات مصفوفة الببتيدات عالية الكثافة مع تطبيق من التصلب الجهازي إلى التصلب المتعدد". مراجعات المناعة الذاتية . 11 (3): 180-190 . doi : 10.1016/j.autrev.2011.05.010 . PMID 21621003 .