概述
在前期的案例中,液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)聯(lián)合激光顯微切割(Laser Microdissection, LMD)技術(shù),成功實現(xiàn)了空間深度代謝組學和脂質(zhì)組學的分析1,2。隨著蛋白質(zhì)組學質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展,最新的空間蛋白質(zhì)組學可以在細胞和組織水平上的實現(xiàn)蛋白空間分布和相互作用研究,得到蛋白在細胞特異性表達等重要信息3。通過LMD技術(shù)將感興趣的組織微區(qū)或細胞樣品進行精確切割和收集,經(jīng)過微量樣品蛋白提取并酶解成肽段,進而使用高靈敏度質(zhì)譜進行檢測,以獲得不同空間位置和功能區(qū)域的蛋白表達圖譜。空間蛋白質(zhì)組學研究有助于分析疾病早期演化及特定病理環(huán)境下的空間-分子基礎(chǔ),可以為疾病的致病機理研究和早期診斷治療提供重要線索。
與傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)學前處理不同,基于LMD技術(shù)得到的樣品體積小,蛋白含量低,需要高靈敏度的檢測技術(shù)從而挖掘更加豐富的蛋白質(zhì)信息。
ZenoTOF 7600系統(tǒng)作為新一代的高分辨質(zhì)譜可以應對這一挑戰(zhàn),ZenoTOF 7600系統(tǒng)具有全新的Zeno? SWATH DIA工作模式,在對復雜樣品進行檢測時,可以在更低的上樣量和更短的采集時間內(nèi)獲得更高深度的蛋白鑒定和定量結(jié)果。
本文在 ZenoTOF 7600系統(tǒng)上,結(jié)合納升液相系統(tǒng),對小鼠心臟組織激光顯微切割的微區(qū)樣品進行檢測,獲得微量樣品的深度的蛋白表達信息。
空間蛋白組學應用優(yōu)勢總結(jié)
LMD 實現(xiàn)組織切片上目標組織微區(qū)或細胞樣品進行精確切割并收集
在本次實驗中,從小鼠心臟切片上,LMD實現(xiàn)了約0.2mm2大小的組織微區(qū)樣品的快速切割和收集。LMD具備下述技術(shù)優(yōu)勢:
第一、切割精準,真正實現(xiàn)“所見即所得”;
第二、靈活度高,切割目標區(qū)域按需隨意選取,激光能量可調(diào)以適用不同組織類型,同類樣本的可累積收集達到需要樣品量等;
第三、操作簡便快捷,LMD能夠在數(shù)秒中的時間內(nèi)完成圖1所示樣品的高效地切割和收集,保證結(jié)果真實性。
ZenoTOF 7600系統(tǒng)實現(xiàn)微量樣本蛋白組深度分析
ZenoTOF 7600系統(tǒng)具有Zeno trap功能和全新的Zeno? SWATH DIA工作模式,可以有效提高肽段檢測靈敏度; 同時超快的采集速度(窗口數(shù)為85個)實現(xiàn)肽段二級的高效覆蓋。優(yōu)異的靈敏度和超快的采集速度,保證微量樣品中蛋白組的深度分析。本次實驗中從約0.2mm2大小的小鼠心臟組織樣品提取的蛋白,經(jīng)過ZenoTOF 7600的采集分析,每次都可以鑒定到超過5300多個蛋白。結(jié)果證明ZenoTOF 7600具備優(yōu)異的靈敏度和采集速度,適用于LMD切割收集的微量樣本中蛋白組的深度分析。
Zeno? SWATH? DIA采集方式實現(xiàn)蛋白組精準定量分析
SWATH是開創(chuàng)的非標記定量蛋白組學的黃金技術(shù),被廣泛應用于大隊列蛋白組樣品分析。Zeno? SWATH DIA是在 ZenoTOF 7600系統(tǒng)上開發(fā)的全新一代的非標記蛋白組分析技術(shù),具備樣本通量高、蛋白覆蓋深、定量高精準等優(yōu)勢。本次實驗的結(jié)果顯示,Zeno? SWATH DIA技術(shù)檢測到的可定量蛋白(CV<20%)占總鑒定蛋白數(shù)量的比例超過92.5%,表明微量樣本的蛋白組分析的優(yōu)異重現(xiàn)性和結(jié)果的高可信度,滿足LMD采集的組織微區(qū)中蛋白表達譜的檢測要求。
綜上所述,LMD技術(shù)能夠有效地收集組織微區(qū)甚至單個細胞的樣品,ZenoTOF 7600系統(tǒng)的全新的Zeno? SWATH DIA采集方式,能夠?qū)崿F(xiàn)微量樣中蛋白組的深度鑒定和精準定量分析。兩個技術(shù)的應用優(yōu)勢的聯(lián)合,可以實現(xiàn)空間蛋白組學分析,即在不同空間尺度范圍內(nèi),實現(xiàn)全蛋白組的定性和定量分析??臻g蛋白組結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組、空間代謝組等多組學數(shù)據(jù)的整合分析,可以助力揭示疾病演化的生理調(diào)控規(guī)律,和尋找用于疾病發(fā)現(xiàn)和診斷的指征分子。
實驗過程
樣品制備:
小鼠心臟組織切片(10μm)經(jīng)過激光顯微切割(LMD)并收集約0.2mm2大小的區(qū)域(圖1);經(jīng)過一些列的樣品前處理,從收集到的微區(qū)樣品中提取總蛋白并酶切成肽段;最終,樣品經(jīng)過 ZenoTOF? 7600采集分析其中的蛋白組信息。
圖1. 小鼠心臟組織切片樣品激光顯微切割前(左圖)和切割后(右圖),面積約0.2 mm2大小,通過精確切割,可以獲得不同位置的和功能區(qū)域的微量樣品。
圖2. 激光顯微切割樣品進行蛋白組學分析工作流程
色譜質(zhì)譜分析方法:
使用NanoLC系統(tǒng), 流速為350 nL/min, 60 min整體洗脫梯度。 ZenoTOF 7600系統(tǒng)采用Zeno? SWATH DIA采集方式,一級掃描范圍400-1500,可變窗口數(shù):85個,二級掃描范圍100-1500 。
數(shù)據(jù)處理:
Zeno? SWATH DIA數(shù)據(jù)使用DIA-NN1.8.1軟件處理,使用library-free模式,數(shù)據(jù)庫采用UniProt下載mouse的fasta蛋白序列。
實驗結(jié)果
原始數(shù)據(jù):
樣品用Zeno? SWATH DIA方法重復采集三針,從TIC圖上看(圖3),在納升液相系統(tǒng)下,肽段在60min梯度內(nèi)得到很好的分離,并且有很好的重復性和信號強度,表明儀器在數(shù)據(jù)采集過程中有很好的穩(wěn)定性,從而保證實驗結(jié)果的準確可靠。
圖3. Zeno? SWATH DIA采集樣品的總離子流圖(TIC)
蛋白組鑒定和定量結(jié)果:
統(tǒng)計樣品三針重復的結(jié)果,以小于1% Global FDR為標準,三針重復共計鑒定到5394個蛋白(圖4A),三針共有的蛋白鑒定數(shù)為5207。以三針重復定量結(jié)果CV<20%為標準,可定量蛋白數(shù)目有4991個,即超過92.5%的蛋白都能被準確地定量。從肽段precursors水平上來看,三針重復共計鑒定到48669個肽段(圖4B),CV<20%的數(shù)目為41521。Zeno? SWATH DIA的結(jié)果都具有很好的重復性和定量準確性,充分體現(xiàn)了這一技術(shù)面對LMD處理的微量樣品的優(yōu)勢。
圖4. 蛋白鑒定結(jié)果,A,三針重復的蛋白鑒定和定量結(jié)果;B,三針重復的肽段precursors鑒定和定量結(jié)果
實驗結(jié)果的重現(xiàn)性驗證:
將原始數(shù)據(jù)導入skyline軟件進行分析,無論對于信號高的肽段(如蛋白D3Z6P0的特征肽段TAEGIAEWLR,圖5A),還是信號比較低的肽段(如蛋白E9PV24的特征肽段GLIDEANQDFTNR,圖5B),都可以提取到很好的XIC圖。表明ZenoTOF 7600系統(tǒng)的Zeno trap通過二級碎片離子進行富集,特別是對于低豐度肽段二級的富集,實現(xiàn)檢測的高靈敏度和高重現(xiàn)性,保證結(jié)果的真實和可靠性。
圖5. 不同豐度肽段定量表現(xiàn),A,高豐度肽段GLIDEANQDFTNR(D3Z6P0)的二級XIC圖;B,低豐度肽段GLIDEANQDFTNR(E9PV24)的二級XIC圖
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參考文獻
1. 空間代謝組學方法表征腫瘤微環(huán)境異質(zhì)性, TN,RUO-MKT-02-15648-ZH-A.
2. 基于激光顯微切割-液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的微量細胞廣靶脂質(zhì)組學分析, TN,RUO-MKT-02-14573-ZH-A.
3. 使用 Zeno SWATH DIA流程對小鼠腎臟進行高通量蛋白質(zhì)組學分析, TN,MKT-28634-A.
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