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4D-组学新时代!高扫描速度赋能高通量组织蛋白质组学

发布时间: 2020-11-06 14:48 来源:布鲁克(北京)科技有限公司-质谱仪器

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离子淌度分离概念的引入使得蛋白质组学进入了4D新时代。

4D-Proteomics™是在3D分离即保留时间(retention time)质荷比(m/z)离子强度(intensity)这三个维度的基础之上增加了第四个维度,离子淌度(mobility)的分离(图1),进而大幅度的提高扫描速度和检测灵敏度,带来蛋白质组学在鉴定深度、检测周期、定量准确性等性能的全面提升。

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图1. 新一代4D-蛋白质组学示意图

组织蛋白质组学(Tissue Proteomics)

对组织进行蛋白质组学是分析理解疾病病理学的关键,多来年研究者们一直在致力于开发各种方法,以试图对组织进行深入的蛋白质组学研究,也因此发展出了组织蛋白质组学(Tissue Proteomics)。

而在临床中,福尔马林固定和石蜡包埋组织(FFPE)是临床病理学研究中使用最广泛的组织样本制备,经过FFPE处理的组织可在室温下稳定保存,这些组织样本通常已经进行过病理学分析,并用于临床诊断。如果将这些样本进行深入的组学分析,获得蛋白质分子信息,再将分子信息与病理学信息进行结合,将具巨大的临床价值。

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图2. 组织蛋白质组学分析流程

4D新时代!

高扫描速度赋能高通量组织蛋白质组学

高通量分析是蛋白质组学转向临床应用的重要保证,怎样在提高分析通量的同时提高蛋白质检测深度,也是研究者面临的难题。

布鲁克timsTOF具有稳定性高、灵敏度高及扫描速度快等优势,为高通量组学研究提供理想平台,结合ProtiFi的HYPERsol(High-Yield Protein Extraction and Recovery by direct SOLubilization)样本处理技术能突破过去FFPE样本因其处理方法导致于样本并非处于自然状态,不适用于质谱分析的限制。此工作流程的建立,能使FFPE样本的制备及分析数达到每天50个,并具有高度重复性及优秀的蛋白覆盖深度,助力大队列临床组学应用的开发。

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图3. 基于timsTOF Pro的高通量组织蛋白质组学流程

缩短色谱梯度是提高蛋白质组学分析通量最便捷的途径,而提升质谱扫描速度则是在缩短色谱梯度的同时还能保证蛋白质检测深度的保证,timsTOF Pro双离子淌度设计和独特PASEF采集策略,可以提供>120 Hz的MS/MS扫描速度,比传统质谱提升3-4倍,让其成为高通量蛋白质组学分析的最佳选择。采用20 min梯度的谱方法,从FFPE样本中单针可以鉴定超过3500种蛋白质和17000肽段(图4A),24小时之内即可完成50个样本的分析,并且变异系数蛋白水平为1.89%,多肽水平在3.57%。对50针样本的LFQ分析,结果显示LFQ的相关系数Person’s r值 > 0.98 (图4B),这体现出timsTOF Pro突出的稳定性和重现性。

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图4. A. 采用20min的色谱梯度单针鉴定蛋白质种类大于3500个; B. 连续50针分析,LFQ的相关系数Person’s r > 0.98

布鲁克作为高端质谱仪器的引领者,推出的timsTOF具有两个核心技术:捕集离子淌度(TIMS)和平行累积连续碎裂(PASEF),可大幅增加峰容量,大大提升短梯度分离中蛋白的覆盖深度,结合ProtiFi的HYPERsol的样本处理技术,可自动化用于大队列研究,对FFPE样本在蛋白定性及定量的分析提供高重复性,增加结果的可信度。此工作流程可在24小时内对超过50个FFPE样本进行制备及分析,并具有优异的重现性及蛋白覆盖深度,展现此技术结合在大队列临床组学研究上的可行性及展望性。

参考文献

  • Irena Dapic, et al., Proteome analysis oftissues by mass spectrometry, Mass Spectrometry Reviews, 2019, 00, 1–39

  • Matthew Willetts, et al., Deep, Reproducible and High-throughput FFPE Analyses MovingToward Large Scale Clinical Omics Applications, Mass Spectrometry Reviews, ASMS 2020, TP 130


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