蛋白质组学


4D蛋白质组学

icon1.png  技术介绍

        4D质组学是蛋白质组学研究里程碑式的一项技术,重新定义了蛋白质组学的分析标准。在传统3D保留时间(retention time)、质荷比(m/z)、离子强度(intensity)这三个维度分离基础之上增加了第四维离子淌度(mobility)的分离。


        4D Label free建立在TimsTOF Pro上,基于双Tims和PASEF的数据采集模式,具有更高的采集速度、灵敏度和特异性,使临床蛋白质组学在鉴定准度、鉴定深度、定量准确性、检测周期等性能上全面提升。


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相比传统蛋白质组学的显著优点


        1.  灵敏度极高,样品量需求更小,每个样品只需要10-20ug蛋白即可,血浆低至10ul。凭借全新的 TIMS 装置和新优化的 ddaPASEF 方法,timsTOF Pro 2 单针能够达到前所未有的蛋白质组学覆盖深度。细胞样品在60分钟梯度下能够鉴定超过7,000 种蛋白质和超过 60,000 条多肽。因 此TimsTOF Pro 2 可以无需借助谱图库,仅通过数据库搜索和运行之间的匹配(MBR),即可在蛋白组定量实验中实现很高的蛋白覆盖深度。


        2.  通量更高,重复性更好相比传统iTRAQ/TMT标记定量蛋白质组学,样品数量无上限限制,更加适合大队列样品比较分析。4D-DIA技术可显著提升蛋白质组学检测深度,该技术在200ngHeLa裂解液的120分钟单针实验中,可以鉴定超过7500种蛋白质,并且三次实验的共同定量了6974个蛋白,数据完整性高达96%;而相比之下,在传统的DIA技术中,通常需要ug级的样品才能检测约5000左右的蛋白。


        3.  定量准确性更高,能与western blot结果高度吻合,是高通量的蛋白质定量检测技术。连续进样96针,R2>0.95,CV<5%,定量范围超过3个数量级。




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        4.  特别适合磷酸化等翻译后修饰蛋白质组学研究,为激酶信号转导研究提供强大研究手段。dia-PASEF 在 timsTOF Pro 2 上的高灵敏度、扫描速度和重现性可以实现低样本量的磷酸化蛋白质组学分析。对于一些质量接近甚至相同(如翻译后修饰位置异构的肽段)的磷酸化肽,如果没有 CCS 值的测定,传统蛋白质组学是不能实现磷酸化肽异构体的准确鉴定和定量分析。使用 TiO2 对 150 ug 蛋白进行磷酸化富集,采用PASEF 技术能够鉴定 上万个磷酸化肽,展现了淌度辅助质量对齐 (MOMA) 的优势。1946 条鉴定的共洗脱异构体中,20% 的异构体可以被 TIMS 完全分离,这使得我们可以更好地理解蛋白磷酸化准确位点信息。


icon2.png  分析仪器


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Bruker  Tims TOF Pro2

icon3.png  应用方向

        (1)临床微量样本最佳检测方式,如:外泌体、FFPE石蜡切片、活检穿刺组织等;

        (2)临床大队列样本分析,如肿瘤、心血管等重大疾病精准分型;

        (3)作物群体性状等大规模样本研究,如育种品系、胁迫干预等;

        (4)临床生物标志物发现:DIA接近MRM的定量能力,实现标志物筛选与初步验证过程合二为一;

        (5)生物样本信息库构建:DIA可实现生物信息的完整保存,为后续回溯分析提供保障。药物应答、基因敲除/过表达的蛋白表达谱分析。

icon7.png  参考文献


1. Marx V. A dream of single-cell proteomics. Nat Methods.2019;16(9):809-812.

2. Dyring-Andersen B, Løvendorf MB, Coscia F, et al. Spatially and cell-type resolved quantitative proteomic atlas of healthy human skin. Nat Commun. 2020;11(1):5587.

3. Kelly RT et al., Single-cell Proteomics: Progress and Prospects. Mol Cell Proteomics, 2020.

4. Brunner AD, Thielert M, Vasilopoulou C, et al. Ultra-high sensitivity mass spectrometry quantifies single-cell proteome changes upon perturbation. Mol Syst Biol. 2022;18(3)