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Nature Methods | 升级技术——强力助推蛋白组学高通量和覆盖深度的利器

蛋白质组学对生物体内的所有蛋白质进行定性和定量分析。经过近年蛋白质组学技术不断发展,其在生物问题研究和药物研发等多方面都起着非常重要的作用。目前蛋白质组学技术仍面临三个主要挑战:分析速度、蛋白质组覆盖深度以及定量分析的质量。


串联质谱标签(TMT)系统可以在一次实验中对多个样品在全蛋白质组水平同时进行定量分析,是应对以上三个挑战非常有效的策略。TMT标记试剂由氨基反应基团,质量平衡基团,以及报告离子基团组成。每个TMT标签的氨基反应基团的结构式和质量相同,但5个稳定重同位素在不同TMT标签的报告离子基团和质量平衡基团之间的分布不同。被不同TMT标签标记的肽段在质谱一级谱图上有相同的质荷比。经过高能碰撞解离,这些肽段在随后的二级谱图或者三级谱图上产生质量不同的报告离子。这些报告离子实现了对不同样品的准确定量。经过多年的发展,TMT标记试剂从最初的6通道已发展到11通道,但受其结构限制已经无法继续增加通量。


2020年3月16日,哈佛大学医学院Steven P. Gygi研究组李嘉铭博士为第一作者,Joao A. Paulo博士为共同通讯)在Nature Methods上在线发表文章TMTpro reagents: a set of isobaric labeling mass tags enables simultaneous proteome-wide measurements across 16 samples,介绍了新一代串联质谱标签系统TMTpro。TMTpro标记试剂仍然利用了15N和13C之间6 mD的微小质量差,沿用了相同的氨基反应基团,但具有重新设计的质量平衡基团和新的基于脯氨酸的报告离子基团。每个TMTpro标签有9个稳定同位素原子,可以提供最多18通道标记。作者在文章中主要介绍了16通道的TMTpro标记试剂。

 

 

作者首先利用人细胞系样品对TMTpro 16试剂与TMT试剂做了比较,TMTpro 16标记所需要的碎裂能量更低,产生的报告离子强度更高,需要的三级离子注入时间更短。TMTpro 16标记的肽段疏水性稍强于TMT标记的肽段,在45分钟梯度条件下洗脱时间延后约0.8 分钟。其它指标,包括标记肽段的稳定性,二级离子注入时间,SEQUEST搜索引擎打分,母离子质量误差和肽段长度,在TMTpro和TMT标记的样品之间没有明显差别。

作者进一步利用HCT116和293T细胞系对TMTpro 16和TMT在SPS-MS3和hrMS2定量策略下的定量结果进行比较。TMTpro 16和TMT标记的样品在肽段水平和蛋白质水平表现了非常好的相关性,并且通道数从11增加到16并未引起更显著的差异压缩。


接下来作者结合该实验室开发的在线实时搜索工具Orbiter,利用16通道TMTpro 试剂标记 Torin1处理以及不处理的8个人源细胞系,实现了1.1小时/人全蛋白质组分析,对平均8,800个蛋白质实现了无缺失值高质量定量。


最后,作者将TMTpro 16标剂试剂应用在二维PISA实验中,对广谱激酶抑制剂staurosporine的结合蛋白质进行了鉴定。相较于11通道TMT试剂,16通道TMTpro标记试剂可以在一个实验中实现五个重复样品的二维PISA实验,节省50%分析时间并且在不同条件之间无缺失值。


综上所述,串联质谱标记系统从11通道增加到16通道不仅仅是增加通量,降低分析时间。基于16通道TMTpro标记试剂的策略代表了一个封闭的系统,在这个系统之内每个蛋白质可以在样品间无缺失值的被准确定量,并且16通道的实现允许了更加灵活和复杂的实验设计。TMTpro也将会进一步推动定量蛋白质组学技术到达通量和覆盖深度。

 

原文链接:

https://doi.org/10.1038/s41592-020-0781-4

 

 

文末看点

TMTpro 16 plex

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