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4D-蛋白质组学开启转化蛋白组学新时代

来源:布鲁克质谱 阅读数:100 时间:2020-06-24 14:25:12

4300针进样

43天即完成数据采集

总共采集2.5亿张二级谱图

只需一次离子传输管清洗


是的 ,您没有看错,这是英国牛津大学Roman Fischer博士在采用Evosep One LC与timsTOF Pro联合,完成的血蛋白质组学大队列研究。

图1. Roman Fischer博士采用4D蛋白质组学进行大队列研究


质谱稳定性和分析通量影响蛋白质组学向临床转化

蛋白质组学技术是寻找疾病分子标志物和药物靶标最有效的方法之一,但受到质谱稳定性、定量重复性和分析通量的影响,蛋白质组学向临床转化一直面临挑战。

在传统生物标志物的研究中,常采用三角形的研究策略(图2A),因为受到质谱稳定性和分析通量的影响,不管是在生物标志物早期发现过程还在中,还是在最终的确认过程,都无法进行大规模蛋白组学研究。随着样本制备、色谱分离和质谱技术的进步,临床蛋白组学渐渐开始走向大队列研究,矩形研究策略(图2B)则是趋势,尤其4D-蛋白质组学的出现,更是让蛋白质组学显现出了向临床转化的广阔前景。

图2. 生物标志物研究策略


高通量分析加快蛋白质组学向临床转化

为了应对大队列蛋白质组学挑战,开发扫描速度更快,灵敏更高的质谱仪是提升蛋白覆盖深度最有效的办法,提高质谱仪的稳定性是获得定量重复性的保障,保证蛋白覆盖度深度的前提下缩短色谱梯度是提高临床大队列样本分析通量的捷径。

Max Plank生化研究所主任Matthias Mann博士联合布鲁克,共同研发的4D-蛋白质组学平台timsTOF Pro,让蛋白组学技术产生了革命性的变化,超过120 Hz的MS/MS扫描速度,出色的稳定性和灵敏度使其正成为临床高通量蛋白组学研究的理想平台。

图3. timsTOF Pro主要性能特点

高通量dia-PASEF方案进一步增强4D-蛋白质组学

为了进一步加快4D-蛋白质组学向临床转化,布鲁克在ASMS 2020发布了高通量dia-PASEF方案(图4),即将Evosep One LC与timsTOF Pro再次联合,最大程度发挥Evosep One LC快速分离和timsTOF Pro扫描速度和稳定性的优势。该方案目前有4种方法(图4B),分别采用4.8min、7.2min、14.4min和24min色谱方法,对应的每天可以分析300、200、100和60蛋白质组学样本,把蛋白组学分析通量提升到一个全新的高度。分析结果(图4C,4D)显示出此方案在保证分析通量的同时,蛋白覆盖深度也有很好的保证,4.8min的分析单针可以鉴定2158蛋白,24min可以得到与传统蛋白组学长梯度分析相当的结果。

图4. 高通量dia-PASEF方案


小结

timsTOF Pro带来的采集速度与灵敏度的同时提升,使得其在短梯度下也能实现蛋白深度覆盖,结合其在大队列样本分析中展现出的卓越稳定性,相信基于4D质谱平台开发的高通量和高灵敏度临床蛋白组学方法,必将在生物医学基础研究和临床诊断中有着广阔的应用前景。伴随随着4D-蛋白质组学方案的不断完善,转化蛋白组学将进入全新时代,临床队列研究也必将从中获益。

 

参考文献:

Stephanie Kaspar-Schoenefeld, et al., High throughput 4D-Proteomics – Application of dia-PASEF® and the Evosep One for short gradients. App Note LCMS-170

Thomas Kosinski, et al., Maximized throughput and analytical depth for shotgun proteomics using PASEF on a TIMS equipped QTOF. ASMS 2018, TP 685

Thomas Kosinski, et al., Short nanoLC gradients optimize throughput on a TIMS equipped QTOF with PASEF, ASMS 2019, TP 514.

Philipp E Geyer, et al., Revisiting biomarker discovery by plasma proteomics, Mol Syst Biol. (2017) 13: 942