「4D-組學(xué)時(shí)代」：細(xì)看傳統(tǒng)蛋白組學(xué)和4D蛋白組學(xué)的區(qū)別
蛋白質(zhì)是生命功能的直接體現(xiàn)者，近幾年來(lái)，蛋白質(zhì)組研究越來(lái)越多的體現(xiàn)在多種疾病機(jī)理的闡明，為科研問(wèn)題攻克提供理論根據(jù)和解決途徑。通過(guò)蛋白質(zhì)組比較分析，找到特異性的蛋白，成為新藥物設(shè)計(jì)的分子靶點(diǎn)，為疾病的早期診斷提供分子標(biāo)志。然而生物體內(nèi)的蛋白組學(xué)是一個(gè)非常復(fù)雜的體系。近幾年來(lái)，由于質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，讓我們對(duì)生物體內(nèi)蛋白組的認(rèn)識(shí)更加全面和準(zhǔn)確。尤其基于TimsTOF Pro系列質(zhì)譜儀，被稱為4D蛋白組學(xué)技術(shù)為蛋白組學(xué)提供全新的覆蓋深度和通量，為精準(zhǔn)醫(yī)療提供高端技術(shù)支持力量。
相比與傳統(tǒng)蛋白組學(xué)，4D蛋白組學(xué)的主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
timsTOF Pro 2
由平行累積連續(xù)碎裂技術(shù)(PASEF?)驅(qū)動(dòng)， 成為4D-蛋白質(zhì)組學(xué)無(wú)偏向性細(xì)胞和血漿蛋白質(zhì)組學(xué)、液體活檢多組生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)利器，以及整合基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和表觀蛋白質(zhì)組學(xué)拓寬了道路。
timsTOF Pro 2的4D-組學(xué)的重大突破：
速度：PASEF 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在不影響分辨率情況下達(dá)到超過(guò) 120 Hz 掃描速度。
深度：額外一維離子淌度提高了數(shù)據(jù)完整性。
高通量：超快數(shù)據(jù)采集速度使其可以使用短梯度實(shí)現(xiàn)生物樣本的高通量分析。
4D蛋白組學(xué)相較于以往傳統(tǒng)蛋白組學(xué)優(yōu)勢(shì)如下：
1、timsTOF Pro2可增加4D-蛋白組鑒定可信度
dia-PASEF比傳統(tǒng)的蛋白組學(xué)方法有更高靈敏度和選擇性，是因?yàn)樗鼘?PASEF 原理也應(yīng)用進(jìn)來(lái)，結(jié)合了 DIA 的優(yōu)點(diǎn)和 PASEF 離子利用率高的優(yōu)勢(shì)。
TIMS 分離提高了選擇性，而且可以將單電荷母離子排除掉，從而降低本底噪音干擾。
利用分子量和碰撞橫截面 CCS 值的相關(guān)性，dia-PASEF 能夠?qū)崿F(xiàn)高可信度化合物鑒定。在 LC-MS/MS分析中， dia-PASEF 能夠采集包含 m/z，離子淌度值(CCS)，保留時(shí)間和離子強(qiáng)度的 4D 數(shù)據(jù)。
2、timsTOF Pro2可加快4D-蛋白組鑒定速度
集離子淌度譜(TIMS)首先是一項(xiàng)重要的氣相分離技術(shù)，它是在高效液相色譜(HPLC)和質(zhì)譜分離的基礎(chǔ)上，帶來(lái)額外一個(gè)維度的分離，可大大降低樣品分析復(fù)雜度，極大提高峰容量和分析物鑒定可靠性。TIMS 離子淌度管能對(duì)離子實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間上的聚焦，從而獨(dú)特地提高靈敏度和掃描速度。
3、timsTOF Pro2可實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)更深度覆蓋
timsTOF Pro 2 可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)搜索和運(yùn)行之間的匹配，在一些日常細(xì)胞系蛋白組定量實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)很高的蛋白覆蓋深度。
4、timsTOF Pro2實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高通量靶向蛋白質(zhì)組學(xué)
和傳統(tǒng)的靶向蛋白組學(xué)分析技術(shù)(SRM 和 PRM)相比，prm-PASEF 在單針中可極大提高監(jiān)測(cè)多肽數(shù)目，同時(shí)不影響儀器選擇性或靈敏度。
靶向質(zhì)譜(MS)技術(shù)是蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)中一種強(qiáng)大的技術(shù)，用來(lái)驗(yàn)證大隊(duì)列樣本中的候選生物標(biāo)志物。與數(shù)據(jù)依賴采集(DDA)和數(shù)據(jù)非依賴采集(DIA)相比，這可以增加檢測(cè)靈敏度?？墒窃摷夹g(shù)受到在單針中監(jiān)測(cè)離子數(shù)目和液相分離出峰時(shí)長(zhǎng)以及整體靈敏度間的折中限制。只有通過(guò)更長(zhǎng)的色譜分離時(shí)長(zhǎng)或降低質(zhì)譜的靈敏度和選擇性，才能獲得大量目標(biāo)肽的完整數(shù)據(jù)。
prm-PASEF 可以極大地提高單針中靶向監(jiān)測(cè)的多肽數(shù)目，這得益于timsTOF Pro 2 的第四維分離可以極大提高選擇性和靈敏度， PASEF 技術(shù)帶來(lái)的速度可以增加靶向分析離子數(shù)量
高靈敏度應(yīng)對(duì)困難的分析挑戰(zhàn)
隨著某些特定細(xì)胞、少量細(xì)胞群或生物穿刺樣本的生物研究越來(lái)越重要，低樣本量蛋白組定量變得至關(guān)重要。而如此低的樣本量對(duì)于質(zhì)譜靈敏度提出了很高要求。使用高靈敏度的質(zhì)譜儀對(duì)如此低的樣本量進(jìn)行原型定量至關(guān)重要。timsTOF Pro 2是應(yīng)對(duì)困難的分析挑戰(zhàn)的一種很好的選擇。
鹿明生物4D蛋白組的分類
4D蛋白組根據(jù)技術(shù)方法可以細(xì)分為4D-DIA、4D-LFQ、以及4D-PRM等，修飾類型的4D蛋白組可以根據(jù)蛋白具體的修飾類型劃分為磷酸化、泛素化、乙?；⑻腔鞍捉M等。
應(yīng)用領(lǐng)域舉例：
臨床biomarker篩選
疾病分子分型及分子分期
diaPASEF: parallel accumulation–serial fragmentation combined with data-independent acquisition. Nat Methods. 2020.
文末看點(diǎn)
｜lumingbio
上海鹿明生物科技有限公司多年來(lái)，一直專注于生命科學(xué)和生命技術(shù)領(lǐng)域，是國(guó)內(nèi)早期開展以蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)為基礎(chǔ)的多層組學(xué)整合實(shí)驗(yàn)與分析的團(tuán)隊(duì)。目前在多層組學(xué)研究已經(jīng)有了成熟的技術(shù)方法
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End本文系鹿明生物原創(chuàng)
