Comprehensive and high-throughput plasma proteome profiling for biomarker discovery using the Orbitrap Astral Zoom Mass Spectrometer and the Seer Proteograph ONE workflow

Význam tématu

Studium plazmatického proteomu je zásadní pro objev nových biomarkeru pro diagnostiku, monitorování onemocnění a vývoj personalizované medicíny. Komplexita a dynamický rozsah proteinů v plazmě až dvanácti řádů ztěžují detekci nízkomnožných komponent a vyžadují citlivé, robustní a vysoce propustné analytické přístupy.

Cíle a přehled studie

Tato studie porovnává tři workflow přípravy lidské plazmy – neat plazmu, imunodepleci nejhojnějších proteinů a Seer Proteograph ONE – v kombinaci s hmotnostním spektrometrem Orbitrap Astral Zoom a ultrarychlou kapalinovou chromatografií. Cílem je maximalizovat hloubku proteomického pokrytí, kvantitativní přesnost a biologickou reprezentativnost pro aplikace v translational research.

Použitá metodika a instrumentace

Postupy přípravy vzorku:

• Neat plazma: lyzování, digestace Trypsin/Lys‐C a čištění na platformě AccelerOme
• Imunodeplece: odstranění 14 nejhojnějších proteinů pomocí spin kolonek a následná digestace
• Seer Proteograph ONE: inkubace s nanokapsulemi pro protein corona formaci, promytí, redukce, alkylace, digestace a desalting

Separační a analytické podmínky:

• Kapalinová chromatografie: Vanquish Neo UHPLC v režimu trap and elute, kolony EASY-Spray PepMap pro 100/60 a 24 vzorků za den, gradienty 12,6 až 54 minut
• Hmotnostní spektrometrie: Orbitrap Astral Zoom v režimu DIA s optimalizovanými AGC cíli a injekčními časy
• Software: Proteograph Analysis Suite pro zpracování dat, Rstudio s R pro statistiku a vizualizaci

Hlavní výsledky a diskuse

• Proteomické pokrytí: přes 1000 proteinových skupin v neat plazmě a více než 7000 skupin v kombinaci se Seer Proteograph ONE při 24 vzorcích za den
• Hloubka analýzy: imunodeplece vedla k dvojnásobnému zvýšení počtu identifikací při zachování přesnosti
• Reprodukovatelnost: koeficient variability peptide i proteinových skupin pod 20 %, typicky kolem 10 %
• Porovnání workflow: Proteograph ONE zvýšil proteomickou hloubku 6,2 až 7,9násobně při zachování throughput a přesnosti měření

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká propustnost a hloubka citlivosti usnadňují analýzu rozsáhlých klinických kohort
• Workflow vhodný pro objev nových biomarkerů a charakterizaci posttranslačních modifikací
• Automatizace snižuje předanalytič ské chyby a zvyšuje reprodukovatelnost

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace nanotechnologií a selektivních sorpčních přístupů pro detekci ultra nízkomolárních proteinů
• Rozšíření na populační studie a klinické kohorty v rámci personalizované medicíny
• Vývoj pokročilých softwarových nástrojů a strojového učení pro objev biomarkerů ve velkých datových souborech

Závěr

Kombinace Orbitrap Astral Zoom a Seer Proteograph ONE nabízí výjimečné proteomické pokrytí a vysokou reprodukovatelnost při zachování krátkého času analýzy. Tento end-to-end přístup otevírá nové možnosti pro translational research a klinické aplikace.

Reference

1. Ignjatovic V Geyer PE Palaniappan KK Chaaban JE Omenn GS Baker MS Deutsch EW Schwenk JM Mass Spectrometry-Based Plasma Proteomics J Proteome Res 2019
2. Anderson NL Anderson NG The human plasma proteome Mol Cell Proteomics 2002
3. Geyer PE Voytik E Treit PV Doll S Kleinhempel A Niu L Müller JB Buchholtz ML Bader JM Teupser D Holdt LM Mann M Plasma Proteome Profiling EMBO Mol Med 2019
4. Geyer PE Hornburg D Pernemalm M Hauck SM Palaniappan KK Albrecht V Dagley LF Moritz RL Yu X Edfors F Vandenbrouck Y Mueller-Reif JB Sun Z Brun V Ahadi S Omenn GS Deutsch EW Schwenk JM The Circulating Proteome J Proteome Res 2024
5. Anderson NL The clinical plasma proteome Clin Chem 2010