Evaluation of a modified Orbitrap Astral Mass Spectrometer for label-free quantitation of proteomic samples

Význam tématu

Label-free kvantifikace umožňuje přesné stanovení relativních množství proteinů v komplexních vzorcích bez použití značek. Vyšší citlivost a rychlost analýzy jsou klíčové pro aplikace v klinické proteomice, farmaceutickém výzkumu a objevování biomarkerů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo porovnat nový Orbitrap Astral Zoom mass spektrometr s klasickým Orbitrap Astral MS v režimu DIA pro label-free kvantifikaci proteomických vzorků připravených z tří organismů ve dvou poměrech (Mix A a Mix B) při náloži 100 pg až 1 µg.

Použitá metodika a instrumentace

• Chromatografie: Vanquish Neo (direct injection) s kolonnou Aurora Ultimate XT 25 cm × 75 µm ID (IonOpticks), gradienty 37 min (30SPD) a 20 min (50SPD).
• Hmotnostní spektrometrie: Orbitrap Astral a Orbitrap Astral Zoom; MS1 v Orbitrapu při 240 000 rozlišení, MS2 v Astral detektoru; DIA okna a injekční časy nastaveny podle nálože; FAIMS Pro Duo (-48 V) pro nízké nálože.
• Software: Spectronaut v19.5 (Direct DIA), Proteome Discoverer 3.3 s CHIMERYS 4.0.
• Databáze: FASTA lidské, kvasinkové a E. coli proteiny bez izoform, normalizace na lidský proteom.

Hlavní výsledky a diskuse

• Orbitrap Astral Zoom dosáhl zvýšení počtů identifikací oproti standardnímu Astral MS:
• předkurzory: +12–19 %
• peptidy: +10–17 %
• proteinové skupiny: +4–9 %

Rozdíl byl výraznější pro nízkoabundantní proteiny. Zoom MS přinesl o 15 % více datových bodů na špičku, což podpořilo přesnost kvantifikace. Medián CV na úrovni proteinových skupin byl pro oba přístroje srovnatelný, u předkurzorů mírně vyšší u Zoom MS kvůli detekci více slabých signálů. Kvantifikační přesnost (log2 poměr) byla v rámci 10 % teoretických hodnot u všech testovaných DIA metod.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda zvyšuje citlivost a hloubku proteomické analýzy napříč širokým rozsahem náloží (0,1 ng–1 µg). Uplatní se v biomarkerových studiích, farmaceutickém vývoji, analýzách nízkých vstupních vzorků a vysoce propustných proteomických aplikacích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• další optimalizace iontové optiky a akumulace k dalšímu zvýšení citlivosti
• použití strojového učení pro pokročilou dekonvoluci spekter
• zkoumání kombinace s iontovou mobilitou a rozšíření na single-cell proteomiku
• vývoj adaptivních DIA metod s dynamickým nastavením oken

Závěr

Orbitrap Astral Zoom MS výrazně překonává standardní Astral MS v počtu identifikací, hloubce krytí a přesnosti label-free kvantifikace při širokém rozsahu až čtyř řádů náložení. Přístroj je vhodný pro náročné proteomické úlohy vyžadující vysokou propustnost a citlivost.

Reference

• Pashkova A., Arrey T. N., Denisov E., Navarro P., Berg F., Henrich C., Petzoldt J., Damoc E. Evaluation of a modified Orbitrap Astral Mass Spectrometer for label-free quantitation of proteomic samples. Thermo Fisher Scientific GmbH.