组学干货

Nat Comm | 基于PASEF-DIA技术的新冠肺炎免疫应答机制研究

上海鹿明生物科技有限公司


自从新冠肺炎爆发以来,一系列的科研论文都针对该疾病从不同的角度进行了细致的分析,取得了一定的成果。近日,来自北京大学多组学研究中心黄超兰课题组及其合作课题组在Nature Communications上发表了基于DIA-PASEF技术(timsTOF pro质谱仪)的4D定量蛋白质组学对新冠肺炎病人尿样进行研究的论文,揭示了在分子水平上,可以将新冠肺炎的病理过程分为2个阶段,为后续的基础医学研究和临床治疗,提高了理论支持(1)。
 

上海鹿明生物科技有限公司


中文标题:COVID-19疾病早期的免疫抑制

英文标题:Immune suppression in the early stage of COVID-19 disease

研究对象:新冠肺炎病人

发表期刊:Nature Communications

影响因子:12.121

发表时间:2020.11.17

运用生物技术:DIA-PASEF技术(TimsTOF Pro质谱仪)

 

在该论文中,黄超兰课题组展示了完整的基于timsTOF pro质谱仪的4D-DIA定量蛋白质组学工作流程,其数据采集基于平行累积连续碎裂技术(parallel accumulation–serial fragmentation, PASEF)和建立在PASEF技术上的数据非依赖型采集(Data Independent Acquisition, DIA)
 

具体流程如下,来自健康人群、新冠肺炎患者、普通肺炎患者(非新冠肺炎)的尿样(起始量200μL)经过样品处理并提取酶解后的多肽,2/3的多肽经由反相色谱柱进行脱盐纯化,最终形成32个馏分。搜集的馏分在掺入iRT标准品(用于校正色谱保留时间)后,通过timsTOF Pro质谱仪进行分析。一部分样品首先进行基于DDA模型的数据采集,用于建立图谱库(spectra library),随后剩余样品进行DIA模式数据采集,与常规DIA模式仅仅基于m/z窗口进行扫描不同,DIA-PASEF在窗口选择上,除了考虑m/z窗口外,还增加了碰撞截面积的窗口,使离子选择更有效率。随后数据通过Spectronaut软件进行DDA搜库和DIA分析(图1) 。
 

上海鹿明生物科技有限公司

图1 | 基本工作流程
 

在总共37例样本中,共鉴定5991个蛋白质,其中1986个蛋白质通过统计学方法判断为差异蛋白质。
 

这些蛋白质经过通过生物学通路分析后,富集在近10种生物学通路中,其中包括免疫相关通路(immune-related pathways),紧密连接通路(tight junction pathways)和代谢通路(metabolic pathways)。其中值得关注是免疫相关通路,在新冠肺炎患者的尿液中,(4D-DIA蛋白质组学)显示出大量与免疫相关的蛋白质出现明显的下降,这种现象提示了在新冠肺炎患者体内,免疫应答被抑制。
 

为了进一步研究新冠肺炎的病理过程,14例新冠肺炎样本根据症状轻重又细分为轻症(moderate)和重症(severe),在PCA分析中,轻症患者和重症患者可以获得良好的区分。基于该基础,对轻者患者和重症患者的差异蛋白质进行富集分析,发现大量的上调蛋白质富集在免疫应答相关的通路中,例如在补体和凝血级联反应(complement and coagulation cascades),自然杀伤细胞介导的细胞毒性(natural killer cell-mediated cytotoxicity)等。
 

这种现象提示在重症患者中,免疫应答又重新被激活,这与最初的假设不同,因此,可以将新冠肺炎的病理过程分为2个阶段,在发病的早期阶段,免疫应答被抑制,而在发病的后期阶段,免疫应答被重新激活,而从产生细胞因子风暴(图2)。实验中鉴定出2种蛋白质(immunoglobulin lambda variable 3–25和elongation factor 1-alpha 1),可以作为区分2种阶段的标志物,这为临床治疗和进一步病理学研究提供了基础。
 

上海鹿明生物科技有限公司

图2 | 新冠肺炎的病例过程,可分为2个阶段
 

在最后的讨论中,作者指出尿液中蛋白质大部分来自血浆蛋白质(经过肾小球过滤),因此尿液蛋白质可以反映人体的健康状况。与血浆蛋白质研究类似,尿液蛋白质的研究也面临着检测灵敏度,动态范围等挑战。作者在实验中,使用了PASEF采集模式以追求高灵敏度为了保证实验结果的稳定性,又采取了DIA-PASEF采集模式。由此保证了实验结果的灵敏度和稳定性,为进一步的生物信息学分析提供了实验基础。
 

小鹿推荐
 

1.PASEF技术最早由Mann课题组应用于蛋白质组学领域,借助离子淌度极大的提高了离子利用效率,因此使实验的灵敏度获得极大的提高。而DIA-PASEF技术则是由Ruedi Abersold课题组引入,扩展了DIA数据采集模式的窗口选择依据,为DIA数据采集提供了新的思路。

2.鹿明生物已经引入了布鲁克公司的timsTOF Pro质谱仪以及Spectronaut软件,可以为蛋白质组学用户提供完整的PASEF-DDA和PASEF-DIA服务,欢迎各位老师前来咨询。

鹿明生物4D-DIA蛋白质组学
 

鹿明生物一直专注于生命科学和生命技术领域,是国内早期开展以蛋白组和代谢组为基础的多层组学整合实验与分析的团队。

日前,建立了自己的timsTOF Pro实验平台并引入与其超高MSMS扫描速度完美匹配的Evosep One高通量色谱,及其配套的Spectronaut软件

timsTOF Pro以其更灵敏、定量更准确、可鉴定出更多蛋白质的特点,运用在4D-DIA、4D-PCT-DIA、高通量修饰组学分析的研究中。毋庸置疑新一代的4D蛋白组学时代已经来临。我们将携手各位老师一起进入更深入的蛋白组学。
 

参考文献

W. Tian et al., Immune suppression in the early stage of COVID-19 disease. Nature Communications 11, (2020).


猜你还想看
 

4D-DIA技术 | 蛋白质组学领军科学家带您走进4D组学新时代

鹿明生物再添高端质谱仪:tims TOF Pro—基于捕获离子淌度的4D蛋白质组学

喜报 | 上海师范大学生科院与鹿明生物开展全方位合作

喜报!欧易/鹿明生物发明专利授权啦~


END

文章来源于鹿明生物

上一篇:TMT标记定量蛋白组学助力乌菜氧化还原稳态与高低温胁迫研究 下一篇:喜报 | 上海师范大学生科院与欧易/鹿明生物开展全方位合作