德國馬克斯•普朗克生物化學(xué)研究所Matthias Mann團(tuán)隊(duì)近日發(fā)表的最新文章顯示其團(tuán)隊(duì)在單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域取得重大突破，實(shí)現(xiàn)了在真實(shí)的單細(xì)胞水平的定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析，單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)可幫助解決細(xì)胞生物學(xué)和單細(xì)胞病理生物學(xué)中的重要問題。

 

蛋白組學(xué)和RNA在單細(xì)胞水平測定顯示出很大差異，這意味著轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平的調(diào)控機(jī)制具有明顯差別。因此，單細(xì)胞蛋白組學(xué)分析為定量生物學(xué)提供很好的補(bǔ)充信息。

 

與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組相比，單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)顯示出更穩(wěn)定的細(xì)胞核心蛋白質(zhì)組，使定量單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)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(zhì)譜儀與Evosep One低流量色譜系統(tǒng)聯(lián)用，在高靈敏度、真單細(xì)胞定量蛋白質(zhì)組學(xué)方面取得了重大進(jìn)展。

 

德國馬克斯•普朗克生物化學(xué)研究所Matthias Mann團(tuán)隊(duì)在最新的論文中對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，目前該論文可在預(yù)印本網(wǎng)站閱讀全文https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.12.22.42.423933v1。該研究采用流式細(xì)胞熒光分選技術(shù)（FACS）選擇單個(gè)HeLa細(xì)胞并進(jìn)行單細(xì)胞蛋白質(zhì)酶解，實(shí)現(xiàn)了真正單個(gè)細(xì)胞的蛋白質(zhì)組學(xué)研究，單個(gè)細(xì)胞可鑒定超過1500個(gè)蛋白，從而獲得深度蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果，如此出色的靈敏度就是通過采用創(chuàng)新技術(shù)的Evosep-timsTOF實(shí)現(xiàn)的。

 

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(yù)期相符。這些使用Whisper™技術(shù)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(gè)樣品。這些方法使單細(xì)胞分析變得穩(wěn)定可靠，并實(shí)現(xiàn)了在同一根色譜柱上完成420個(gè)單細(xì)胞分析，進(jìn)行藥物干擾細(xì)胞周期的蛋白質(zhì)組學(xué)研究。

 

布魯克對多個(gè)關(guān)鍵部件進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和硬件改造，打造出了一個(gè)全新的timsTOF質(zhì)譜平臺(tái)，這對實(shí)現(xiàn)真實(shí)單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)分析至關(guān)重要。改造后的timsTOF平臺(tái)與新開發(fā)的dia-PASEF®1掃描模式相結(jié)合，幾乎所有的肽段都能被質(zhì)譜采集到，研究結(jié)果進(jìn)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(xì)胞）的分析優(yōu)勢。即使對于單細(xì)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(xì)胞RNA測序技術(shù)對兩種不同方法進(jìn)行深入比較，希望能夠區(qū)分蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組之間的技術(shù)差異和基本生物學(xué)差異。研究表明，單細(xì)胞組學(xué)有穩(wěn)定的核心蛋白質(zhì)組，同時(shí)具有足夠的蛋白質(zhì)鑒定豐度能進(jìn)行有意義的定量分析。而轉(zhuǎn)錄組似乎表現(xiàn)得更加隨機(jī)，這可能是由于每個(gè)細(xì)胞中mRNA轉(zhuǎn)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(xué)研究所Matthias Mann教授說：“真正單細(xì)胞蛋白質(zhì)組分析在靈敏度和穩(wěn)定性方面時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，現(xiàn)在我們可以將大規(guī)模地進(jìn)行單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)分析變成一項(xiàng)常規(guī)的分析，并在單細(xì)胞水平定量分析細(xì)胞狀態(tài)以揭示新的細(xì)胞生物學(xué)信息。Evosep One和timsTOF Pro是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模真實(shí)單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)研究的關(guān)鍵，他們將成為在單細(xì)胞蛋白質(zhì)組水平進(jìn)行生物標(biāo)記物發(fā)現(xiàn)和定量工作最適宜的平臺(tái)。”

 

布魯克蛋白質(zhì)組學(xué)副總裁Gary Kruppa博士指出：“我對這種新的真實(shí)單細(xì)胞定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)出現(xiàn)感到很興奮。這是timsTOF平臺(tái)達(dá)到新高度的一個(gè)很好證明，同時(shí)dia-PASEF方法將為細(xì)胞生物學(xué)帶來新的突破。我們預(yù)計(jì)在2021年下半年向單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)早期合作者提供這項(xiàng)全新的、具有超高靈敏度的timsTOF技術(shù)，同時(shí)我們計(jì)劃在2022年將其全面商業(yè)化。”

 

該研究的共同作者，Evosep應(yīng)用程序主管Nicolai Bache博士總結(jié)說：“這種強(qiáng)大的單細(xì)胞分析是實(shí)現(xiàn)臨床蛋白質(zhì)組分析和臨床數(shù)字病理學(xué)的重要一步。我們非常高興Evosep One能夠?yàn)檫@一充滿希望的新領(lǐng)域做出重要貢獻(xiàn)。”