New proteomic techniques have been pioneered extensively in recent years, enabling the high-throughput and systematic analyses of cellular proteins in combination with bioinformatic tools. Furthermore, the development of such novel proteomic techniques facilitates the elucidation of the functions of proteins under stress or disease conditions, resulting in the discovery of biomarkers for responses to environmental stimuli. The ultimate objective of proteomics is targeted toward the entire proteome of life, subcellular localization biochemical activities, and the regulation thereof. Comprehensive analysis strategies of proteomics can be classified into three categories: (i) protein separation via 2-dimensional gel electrophoresis (2-DE) or liquid chromatography (LC), (ii) protein identification via either Edman sequencing or mass spectrometry (MS), and (iii) proteome quantitation. Currently, MS-based proteomics techniques have shifted from qualitative proteome analysis via 2-DE or 2D-LC coupled with off-line matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) and on-line electrospray ionization (ESI) MS, respectively, toward quantitative proteome analysis. In vitro quantitative proteomic techniques include differential gel electrophoresis with fluorescence dyes. protein-labeling tagging with isotope-coded affinity tags, and peptide-labeling tagging with isobaric tags for relative and absolute quantitation. In addition, stable isotope-labeled amino acids can be in vivo labeled into live culture cells via metabolic incorporation. MS-based proteomics techniques extend to the detection of the phosphopeptide mapping of biologically crucial proteins, which ale associated with post-translational modification. These complementary proteomic techniques contribute to our current understanding of the manner in which life responds to differing environment.
Lee, Jae Eun;Lee, Jae Young;Kim, Hong Rye;Shin, Hyun Young;Lin, Tao;Jin, Dong Il
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.28
no.6
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pp.788-795
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2015
Two dimensional-fluorescence difference gel electrophoresis (2D DIGE) is an emerging technique for comparative proteomics, which improves the reproducibility and reliability of differential protein expression analysis between samples. The purpose of this study was to investigate bovine pregnancy-specific proteins in the proteome between bovine pregnant and non-pregnant serum using DIGE technique. Serums of 2 pregnant Holstein dairy cattle at day 21 after artificial insemination and those of 2 non-pregnant were used in this study. The pre-electrophoretic labeling of pregnant and non-pregnant serum proteins were mixed with Cy3 and Cy5 fluorescent dyes, respectively, and an internal standard was labeled with Cy2. Labeled proteins with Cy2, Cy3, and Cy5 were separated together in a single gel, and then were detected by fluorescence image analyzer. The 2D DIGE method using fluorescence CyDye DIGE flour had higher sensitivity than conventional 2D gel electrophoresis, and showed reproducible results. Approximately 1,500 protein spots were detected by 2D DIGE. Several proteins showed a more than 1.5-fold up and down regulation between non-pregnant and pregnant serum proteins. The differentially expressed proteins were identified by MALDI-TOF mass spectrometer. A total 16 protein spots were detected to regulate differentially in the pregnant serum, among which 7 spots were up-regulated proteins such as conglutinin precursor, modified bovine fibrinogen and IgG1, and 6 spots were down-regulated proteins such as hemoglobin, complement component 3, bovine fibrinogen and IgG2a three spots were not identified. The identified proteins demonstrate that early pregnant bovine serum may have several pregnancy-specific proteins, and these could be a valuable information for the development of pregnancy-diagnostic markers in early pregnancy bovine serum.
To examine the differential protein expression pattern in the 11.5 day post-coitus (dpc) and 18.5 dpc placenta of mouse, we have used the global proteomics approach by 2-D gel electrophoresis (2-DE) and MALDI-TOF-MS. The differential protein patterns of 3 placentae at the 11.5 dpc and 18.5 dpc from nature mating mice were analyzed. Proteins within isoelectric point range of $3.0{\sim}10.0$, separately were analyzed in 2DE with 3 replications of each sample. A total of approximately 1,600 spots were detected in placental 2-D gel stained with Coomassie-blue. In the comparison of 11.5 dpc and 18.5 dpc placentae, a total of 108 spots were identified as differentially expressed proteins, of which 51 spots were up-regulated proteins such as alpha-fetoprotein, mKIAA0635 protein and transferrin, annexin A5, while 48 spots were down-regulated proteins such as Pre-B-cell colony-enhancing factor l(PBEF), aldolase 1, A isoform, while 4 spots were 11.5 dpc specific proteins such as chaperonin and Acidic ribosomal phosphoprotein P0, while 3 spots were 18.5 dpc specific proteins such as aldo-keto reductase family 1, member B7 and CAST1/ERC2 splicing variant-1. Most identified proteins in this analysis appeared to be related with catabolism, cell growth, metabolism and regulation. Our results revealed composite profiles of key proteins involved in mouse placenta during pregnancy.
Kamal, Abu Hena Mostafa;Choi, Jong-Soon;Cho, Yong-Gu;Kim, Hong-Sig;Song, Beom-Heon;Lee, Chul-Won;Woo, Sun-Hee
Journal of Plant Biotechnology
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v.37
no.2
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pp.196-204
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2010
With the completion of genome sequencing of several organisms, attention has been focused to determine the function and functional network of proteins by proteome analysis. The recent techniques of proteomics have been advanced quickly so that the high-throughput and systematic analyses of cellular proteins are enabled in combination with bioinformatics tools. Furthermore, the development of proteomic techniques helps to elucidate the functions of proteins under stress or diseased condition, resulting in the discovery of biomarkers responsible for the biological stimuli. Ultimate goal of proteomics orients toward the entire proteome of life, subcellular localization, biochemical activities, and their regulation. Comprehensive analysis strategies of proteomics can be classified as three categories: (i) protein separation by 2-dimensional gel electrophoresis (2-DE) or liquid chromatography (LC), (ii) protein identification by either Edman sequencing or mass spectrometry (MS), and (iii) quanitation of proteome. Currently MS-based proteomics turns shiftly from qualitative proteome analysis by 2-DE or 2D-LC coupled with off-line matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) and on-line electrospray ionization (ESI) MS, respectively, to quantitative proteome analysis. Some new techniques which include top-down mass spectrometry and tandem affinity purification have emerged. The in vitro quantitative proteomic techniques include differential gel electrophoresis with fluorescence dyes, protein-labeling tagging with isotope-coded affinity tag, and peptide-labeling tagging with isobaric tags for relative and absolute quantitation. In addition, stable isotope labeled amino acid can be in vivo labeled into live culture cells through metabolic incorporation. MS-based proteomics extends to detect the phosphopeptide mapping of biologically crucial protein known as one of post-translational modification. These complementary proteomic techniques contribute to not only the understanding of basic biological function but also the application to the applied sciences for industry.
Fungal biotechnology has been well established in food and healthcare sector, and now being explored for lignocellulosic biorefinery due to their great potential to produce a wide array of extracellular enzymes for nutrient recycling. Due to global warming, environmental pollution, green house gases emission and depleting fossil fuel, fungal enzymes for lignocellulosic biomass refinery become a major focus for utilizing renewal bioresources. Proteomic technologies tender better biological understanding and exposition of cellular mechanism of cell or microbes under particular physiological condition and are very useful in characterizing fungal secretome. Hence, in addition to traditional colorimetric enzyme assay, mass-spectrometry-based quantification methods for profiling lignocellulolytic enzymes have gained increasing popularity over the past five years. Majority of these methods include two dimensional gel electrophoresis coupled to mass spectrometry, differential stable isotope labeling and label free quantitation. Therefore, in this review, we reviewed more commonly used different proteomic techniques for profiling fungal secretome with a major focus on two dimensional gel electrophoresis, liquid chromatography-based quantitative mass spectrometry for global protein identification and quantification. We also discussed weaknesses and strengths of these methodologies for comprehensive identification and quantification of extracellular proteome.
Adipose tissue is an important endocrine organ involved in the control of whole body energy homeostasis and insulin sensitivity. Considering the increased incidence of obesity and obesity-related disorders, including diabetes, it is important to understand thoroughly the process of adipocyte differentiation and its control. Therefore, we performed a differential proteome mapping strategy using two-dimensional gel electrophoresis combined with peptide mass fingerprinting to identify intracellular proteins that are differentially expressed during adipose conversion of 3T3-L1 pre-adipocytes in response to an adipogenic cocktail. In the current study, we identified 46 differentially expressed proteins, 6 of which have not been addressed previously in 3T3-L1 cell differentiation. Notably, we found that phosphoribosyl pyrophosphate synthetase (PRPS), a regulator of cell proliferation, was preferentially expressed in pre-adipocytes than in fully differentiated adipocytes. In conclusion, our results provide valuable information for further understanding of the adipogenic process.
Ding, Yong;Li, Xiao-Rong;Yang, Kai-Yan;Huang, Li-Hua;Hu, Gui;Gao, Kai
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.14
no.1
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pp.367-372
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2013
Effects of the Epstein-Barr virus (EBV) on cellular protein expression are essential for viral pathogenesis. To characterize the cellular response to EBV infection, differential proteomes of gastric epithelial AGS cells were analyzed with two-dimensional gel electrophoresis (2-DE) followed by matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight (MALDI-TOF) and liquid chromatography electrospray/ionization ion trap (LC-ESI-IT) mass spectrometry identification. Mass spectrometry identified 9 altered cellular proteins, including 5 up-regulated and 4 down-regulated proteins after EBV infection. Notably 2-DE analysis revealed that EBV infection induced increased expression of heat shock cognate 71 kDa protein, actin cytoplasmic 1, pyridoxine-5'-phosphate oxidase, caspase 9, and t-complex protein 1 subunit alpha. In addition, EBV infection considerably suppressed those cellular proteins of zinc finger protein 2, cyclin-dependent kinase 2, macrophage-capping protein, and growth/differentiation factor 11. Furthermore, the differential expressional levels of partial proteins (cyclin-dependent kinase 2 and caspase 9) were confirmed by Western blot analysis.Thus, this work effectively provided useful protein-related information to facilitate further investigation of the mechanisms underlying EBV infection and pathogenesis.
Kim, Tae-Kyung;Yong, Hae In;Jung, Samooel;Sung, Jung-Min;Jang, Hae Won;Choi, Yun-Sang
Journal of Animal Science and Technology
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v.63
no.2
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pp.417-425
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2021
The use of edible insects to replace meat protein is important to ensure future global food security. However, processed foods using edible insects require development to enhance consumer perception. Here, we examined the physicochemical characteristics and rheological properties of emulsions prepared from different edible insect larvae. Three edible insect species (Tenebrio molitor, Allomyrina dichotoma and Protaetia brevitarsis seulensis) were used to prepare larval emulsions that were formulated with 65% of insect larvae, 20% of pork back fat, and 15% ice. The A. dichotoma emulsion had the highest pH and lightness, redness, and yellowness values, while the T. molitor emulsion had the lowest pH and lightness, redness, and yellowness values. The T. molitor emulsion had the highest hardness, gumminess, chewiness, and apparent viscosity values but the lowest springiness and cohesiveness values. According to the sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) analysis, T. molitor had the thickest bands, followed by P. brevitarsis seulensis. The differential scanning calorimetry distributions for the T. molitor and A. dichotoma emulsions showed one peak, while that of the P. brevitarsis seulensis emulsion had two peaks. The collective results suggest that T. molitor was the most suitable candidate (of the three tested species) for use as a meat replacement in terms of its physicochemical and rheological properties. It is important that such properties of insect-based emulsions are maintained using various technologies.
Fluorescent differential display (FDD) is a method for identifying differentially expressed genes in eukaryotic cells. The mRNA FDD technology works by systematic amplification of the 3' terminal regions of mRNAs. This method involve the reverse transcription using anchored primers designed to bind 5'boundary of the poly A tails, followed by polymerase chain reaction (PCR) amplification with additional upstream primers of arbitrary sequences. The amplified cDNA subpopulations are separated by denaturing polyacrylamide electrophoresis. To identify the genes involved in the development of first trap leaf, we applied a FDD method using mRNAs from leaf base, first trap leaf and flower tissue, respectively. We screened several genes that expressed specifically in first trap leaf. Nucleotide sequence analysis of these genes revealed that these were protease inhibitor (PI), myo-inositol-1-phosphate synthase and lipocalin-type prostaglandin D synthase. Northern blot analysis showed that these genes were expressed specifically in first trap leaf (in vivo and in vitro). FDD could prove to be useful for simultaneous scanning of transcripts from multiple cDNA samples and faster selection of differentially expressed transcripts of interest.
In order to screen the aging related proteins in human normal colon epithelia, the comparative proteomics analysis was applied to get the two-dimensional electrophoresis (2-DE) profiles with high resolution and reproducibility from normal colon epithelial tissues of young and aged people. Differential proteins between the colon epithelia of two age groups were found with PDQuest software. The thirty five differential protein-spots were identified by peptide mass fingerprint (PMF) based on matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOFMS) and database searching. Among them there are sixteen proteins which are significantly up-regulated in the colonic mucosal epithelia of young people group, which include ATP synthase beta chain, electron transfer flavoprotein alpha-subunit, catalase, glutathione peroxidase 1, annexin A2 and heat shock cognate 71 kDa protein, etc.; There are nineteen proteins which are significantly up-regulated in the colonic mucosal epithelia of aged people group, which include far upstream element-binding protein 1, nucleoside diphosphate kinase B, protein disulfide-isomerase precursor and VDAC-2, etc.. The identified differential proteins appear to be involved in metabolism, energy generation, chaperone, antioxidation, signal transduction, protein folding and apoptosis. The data will help to understand the molecular mechanisms of human colon epithelial aging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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