德國馬克斯?普朗克生物化學研究所Matthias Mann團隊近日發(fā)表的最新文章顯示其團隊在單細胞蛋白質組學領域取得重大突破，實現(xiàn)了在真實的單細胞水平的定量蛋白質組學分析，單細胞蛋白質組學可幫助解決細胞生物學和單細胞病理生物學中的重要問題。
蛋白組學和RNA在單細胞水平測定顯示出很大差異，這意味著轉錄水平和蛋白水平的調控機制具有明顯差別。因此，單細胞蛋白組學分析為定量生物學提供很好的補充信息。
與單細胞轉錄組相比，單細胞蛋白質組學數(shù)據(jù)顯示出更穩(wěn)定的細胞核心蛋白質組，使定量單細胞蛋白質組學具有了更深層次的意義。
2021年1月5日美國比爾里卡和丹麥歐登塞——布魯克與Evosep宣布改造版的timsTOF Pro質譜儀與Evosep One低流量色譜系統(tǒng)聯(lián)用，在高靈敏度、真單細胞定量蛋白質組學方面取得了重大進展。
德國馬克斯?普朗克生物化學研究所Matthias Mann團隊在最新的論文中對這項技術進行了詳細的闡述，目前該論文可在預印本網(wǎng)站閱讀全文。該研究采用流式細胞熒光分選技術（FACS）選擇單個HeLa細胞并進行單細胞蛋白質酶解，實現(xiàn)了真正單個細胞的蛋白質組學研究，單個細胞可鑒定超過1500個蛋白，從而獲得深度蛋白質組學分析結果，如此出色的靈敏度就是通過采用創(chuàng)新技術的Evosep-timsTOF實現(xiàn)的。
圖1: Evosep One LC和timsTOF Pro MS
在Evosep One系統(tǒng)上，兩種全新超低流量方法可提供100nL/min的洗脫梯度，與1μL/min的梯度相比，其靈敏度大約提高10倍，這與理論的預期相符。這些使用Whisper?技術的納流方法與其他Evosep One方法相比同樣具有高通量優(yōu)勢，每天能分析20或40個樣品。這些方法使單細胞分析變得穩(wěn)定可靠，并實現(xiàn)了在同一根色譜柱上完成420個單細胞分析，進行藥物干擾細胞周期的蛋白質組學研究。
布魯克對多個關鍵部件進行了重新設計和硬件改造，打造出了一個全新的timsTOF質譜平臺，這對實現(xiàn)真實單細胞蛋白質組學分析至關重要。改造后的timsTOF平臺與新開發(fā)的dia-PASEF?1掃描模式相結合，幾乎所有的肽段都能被質譜采集到，研究結果進一步證明數(shù)據(jù)非依賴分析（DIA）對LC短梯度或極低豐度樣品（例如單細胞）的分析優(yōu)勢。即使對于單細胞分析，在全新Evosep–timsTOF工作流程中，定量重現(xiàn)性仍然很高。
論文作者利用單細胞RNA測序技術對兩種不同方法進行深入比較，希望能夠區(qū)分蛋白質組和轉錄組之間的技術差異和基本生物學差異。研究表明，單細胞組學有穩(wěn)定的核心蛋白質組，同時具有足夠的蛋白質鑒定豐度能進行有意義的定量分析。而轉錄組似乎表現(xiàn)得更加隨機，這可能是由于每個細胞中mRNA轉錄的拷貝數(shù)較低造成的。
該論文的主要作者馬克斯?普朗克生物化學研究所Matthias Mann教授說：“真正單細胞蛋白質組分析在靈敏度和穩(wěn)定性方面時機已經成熟，現(xiàn)在我們可以將大規(guī)模地進行單細胞蛋白質組學分析變成一項常規(guī)的分析，并在單細胞水平定量分析細胞狀態(tài)以揭示新的細胞生物學信息。Evosep One和timsTOF Pro是實現(xiàn)大規(guī)模真實單細胞蛋白質組學研究的關鍵，他們將成為在單細胞蛋白質組水平進行生物標記物發(fā)現(xiàn)和定量工作最適宜的平臺。”
圖2：非標定量（LFQ）分析顯示單細胞蛋白質組的非常好的定量重復性
布魯克蛋白質組學副總裁Gary Kruppa博士指出：“我對這種新的真實單細胞定量蛋白質組學技術出現(xiàn)感到很興奮。這是timsTOF平臺達到新高度的一個很好證明，同時dia-PASEF方法將為細胞生物學帶來新的突破。我們預計在2021年下半年向單細胞蛋白質組學早期合作者提供這項全新的、具有超高靈敏度的timsTOF技術，同時我們計劃在2022年將其全面商業(yè)化?！?/p>
該研究的共同作者，Evosep應用程序主管Nicolai Bache博士總結說：“這種強大的單細胞分析是實現(xiàn)臨床蛋白質組分析和臨床數(shù)字病理學的重要一步。我們非常高興Evosep One能夠為這一充滿希望的新領域做出重要貢獻。”
參考文獻
‘diaPASEF: parallel accumulation-serial fragmentation combined with data-independent acquisition’, Meier F, Brunner AD, Frank M, Ha A, Bludau I, Voytik E, Kaspar-Schoenefeld S, Lubeck M, Raether O, Bache N, Aebersold R, Collins BC, R?st HL, Mann M, Nat Methods. 2020 Dec；17(12):1229-1236. doi: 10.1038/s41592-020-00998-0.
