Skyline Support for Proteome-wide Data Analysis of Bruker timsTOF dia-PASEF Acquisition

Význam tématu

Metoda dia-PASEF na analytickém přístroji Bruker timsTOF kombinuje paralelní akumulaci, iontovou mobilitu a sériovou fragmentaci, čímž umožňuje vysoce selektivní a citlivou analýzu proteomu v režimu data-independent acquisition (DIA). Tato kombinace je klíčová pro systematické kvantitativní proteomické studie srovnatelné s cílenou SRM/PRM analýzou, ale ve větším rozsahu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo doplnit otevřený software Skyline o podporu nativního zpracování dia-PASEF dat z přístroje Bruker timsTOF. Autoři testovali výkon na standardní směsi tří organismů (člověk, kvasinka, E. coli) a porovnali výsledky s existujícími metodami DIA a s výstupy LFQbench, aby potvrdili přesnost a rychlost zpracování.

Použitá metodika a instrumentace

• Přístroj: Bruker timsTOF Pro v režimu dia-PASEF s 32 izolačními okny rozdělenými do 4 rozsahů iontové mobility.
• Softwarové nástroje: MaxQuant/Andromeda pro generování spektrálních knihoven; Skyline s novou 3D IMS strukturou dat; ProteoWizard pro konverzi dat.
• Hardware pro zpracování: testováno na výpočetních systémech od 4-jádrového i7 s 16 GB RAM až po 24-jádrový Xeon s 192 GB RAM.
• Standardní směs: frakcionované proteiny z lidské, kvasinkové a bakteriální kultury ve třech opakováních pro trénink i vyhodnocení.

Hlavní výsledky a diskuse

• Spektrální knihovna obsahovala 152 417 unikátních peptidových prekurzorů s iRT kalibrací.
• Skyline dokázal zpracovat kompletní 3-organismový dataset (>100 000 prekurzorů) za méně než 60 minut na moderním i7 počítači.
• Kvantitativní přesnost vyhodnocená pomocí LFQbench dosáhla mediánového CV 6,4 % a 91,1 % peptidů s CV pod 20 % při <1 % FDR.
• Optimální rozlišení IMS (resolving power 50) poskytlo přibližně 70 000 detekcí a 53 162 kvantifikovatelných peptidů.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace nativní podpory dia-PASEF v open-source nástroji Skyline usnadňuje adopci této pokročilé metody v laboratořích, zejména pro širokou komunitu uživatelů bez potřeby proprietárního softwaru. Výsledná pracovní postupy nabízejí vysokou propustnost a konzistentní kvantifikaci při minimálních nákladech na zpracování dat.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace strojového učení pro automatizované vylepšení identifikací a kvantifikací.
• Rozšíření podpory pro další IMS technologie a hybridní přístroje.
• Online platformy pro sdílení spektrálních knihoven a kolaborativní analýzu velkých datasetů.
• Kombinace s metabolomikou pro multi-omické přístupy v biomedicínském výzkumu.

Závěr

Skyline nově podporuje efektivní zpracování Bruker timsTOF dia-PASEF dat, čímž dosahuje vysoké kvality kvantifikace proteomu napříč tisíci proteinů za rozumný čas. Tato implementace usnadňuje přístup k DIA-PASEF metodám a zrychluje translaci pokročilé iontové mobility a paralelní fragmentace do běžné laboratorní praxe.

Reference

1. MacLean B., Baker E., et al. JASMS. 2018 Nov;29(11):2182–2188.
2. Meier F., et al. Biorxiv. 2019. doi:10.1101/656207.
3. Navarro P., et al. Nature Biotech. 2016 Nov;34(11):1130–1136.