来看大牛实验室怎样玩转4D-高通量蛋白质组学

2022.4.07

蛋白质组学不仅仅是寻找疾病分子标记和药物靶标最有效的方法之一，而且在对癌症、老年痴呆等人类重大疾病的临床诊断和治疗方面也有十分诱人的前景。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。如何实现对大队列样本稳定可靠地分析也逐渐成为了科研热点和难点。高通量蛋白组学方案成为了生物医学基础研究和应用开发的重要前沿和突破口。

为了应对这些挑战，保证蛋白覆盖深度的前提下，缩短色谱梯度来提高临床大队列样本分析通量，则需要开发更快扫描速度和更高灵敏的质谱仪。作为蛋白质组学领域先驱者之一，德国Max Plank生化研究所主任Matthias Mann教授，与布鲁克共同研发了4D-Proteomics™质谱平台timsTOF Pro 2，让蛋白组学技术产生了革命性的变化。其超过120Hz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，并在基础研究，转化医学，临床蛋白质组学各个方面展现出了广阔的发展前景。

4D-Multiomics

布鲁克基于timsTOF Pro打造真正高通量蛋白质组学平台

方案一|timsTOF Pro + nanoElute LC

高通量蛋白组学先驱

针对布鲁克nanoElute LC为timsTOF Pro质谱标配的纳升流液相，布鲁克应用专家开发了30min的短梯度色谱方法，上样20ng HeLa样本，使用Aurora-25cm色谱柱，能够鉴定超过4,200种蛋白质。此方法与timsTOF Pro 2的高扫描速度和灵敏度结合，能同时兼顾分析通量和蛋白覆盖深度。

方案二|timsTOF Pro + Evosep One LC

临床蛋白组学黄金搭档

同时，布鲁克还与Evosep公司合作，联合推出用于临床高通量蛋白质组学研究的整体解决方案，能够最大程度发挥Evosep One LC快速分离和timsTOF Pro超高扫描速度、超高灵敏度和稳定性的优势。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。分析结果显示，这一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（图2），7.2min的方法联合dia-PASEF技术，单针可以鉴定超过5000种蛋白质，此方案每天可以分析200个蛋白质组学样本。

Matthias Mann实验室将4D-高通量蛋白质组学技术用于临床研究

最近Matthias Mann教授团队与德国慕尼黑大学医学院的Daniel Teupser团队和OmicEra诊断集团的Philippe Geyer团队合作，在《EMBO Molecular Medicine》上发表了最新新冠血浆蛋白组研究成果。采用timsTOF Pro和Evosep One LC的4D-高通量蛋白质组学方案，进行新冠血浆蛋白组研究。

在这项研究中，研究人员们对31例COVID-19患者纵向取458份血清样本（在54天疾病进程中，间隔不同时间多次取样，图A/B/C），另外对262例SARS-CoV-2 PCR阴性对照进行单时间点取样，利用布鲁克timsTOF Pro 快速的4D DDA-PASEF数据采集技术，搭配Evosep One（60针/天，21min梯度/样），在12天时间内完成了720份血清样本的检测，一共鉴定并定量502个蛋白，动态范围超过5个数量级。并发掘出26%（116/502）的蛋白质在疾病过程中发生显著变化。

此外，还检测到近期发现的COVID-19死亡率潜在预测指标ITIH4。为深度研究COVID-19疾病标志物及靶向治疗方面具有很大的应用价值，该成果也验证了这套高通量系统用于临床大队列研究极佳的性能。

【参考资料】

1. Meier, F., Köhler, N.D.,Brunner, AD.et al. Deep learning the collisional cross sections of the peptideuniverse froma million experimental values. Nat Commun 12, 1185 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-21352-8

2. Philipp，E.G.,Florian, M.A., et al. High-resolution serum proteome trajectories in COVID-19reveal patient-specific seroconversion. EMBO Molecular Medicine e14167(2021).

3. Demichev V, Yu F.C, Teo G. C, et al., High sensitivity dia-PASEF proteomics with DIA-NN and FragPipe, BioRxiv (2021), https://doi.org/10.1101/2021.03.08.434385

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布鲁克（北京）科技有限公司-质谱仪器

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周锦帆