德國馬克斯•普朗克生物化學(xué)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(zhì)組學(xué)領(lǐng)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(zhì)組學(xué)分析，單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)可幫助解決細胞生物學(xué)和單細胞病理生物學(xué)中的重要問題。

 

蛋白組學(xué)和RNA在單細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)控機制具有明顯差別。因此，單細胞蛋白組學(xué)分析為定量生物學(xué)提供很好的補充信息。

 

與單細胞轉(zhuǎn)錄組相比，單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)顯示出更穩(wěn)定的細胞核心蛋白質(zhì)組，使定量單細胞蛋白質(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、真單細胞定量蛋白質(zhì)組學(xué)方面取得了重大進展。

 

德國馬克斯•普朗克生物化學(xué)研究所Matthias Mann團隊在最新的論文中對這項技術(shù)進行了詳細的闡述，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。該研究采用流式細胞熒光分選技術(shù)（FACS）選擇單個HeLa細胞并進行單細胞蛋白質(zhì)酶解，實現(xiàn)了真正單個細胞的蛋白質(zhì)組學(xué)研究，單個細胞可鑒定超過1500個蛋白，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(zhì)組學(xué)研究。

 

布魯克對多個關(guān)鍵部件進行了重新設(shè)計和硬件改造，打造出了一個全新的timsTOF質(zhì)譜平臺，這對實現(xiàn)真實單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)分析至關(guān)重要。改造后的timsTOF平臺與新開發(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(shù)對兩種不同方法進行深入比較，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，單細胞組學(xué)有穩(wěn)定的核心蛋白質(zhì)組，同時具有足夠的蛋白質(zhì)鑒定豐度能進行有意義的定量分析。而轉(zhuǎn)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(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：“真正單細胞蛋白質(zhì)組分析在靈敏度和穩(wěn)定性方面時機已經(jīng)成熟，現(xiàn)在我們可以將大規(guī)模地進行單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)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(xué)信息。Evosep One和timsTOF Pro是實現(xiàn)大規(guī)模真實單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)研究的關(guān)鍵，他們將成為在單細胞蛋白質(zhì)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。”

 

布魯克蛋白質(zhì)組學(xué)副總裁Gary Kruppa博士指出：“我對這種新的真實單細胞定量蛋白質(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(xué)帶來新的突破。我們預(yù)計在2021年下半年向單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)早期合作者提供這項全新的、具有超高靈敏度的timsTOF技術(shù)，同時我們計劃在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：“這種強大的單細胞分析是實現(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能夠為這一充滿希望的新領(lǐng)域做出重要貢獻。”