Ultra Sensitive LC-MS Workflow for Single Cell Proteomic Analysis
Prezentace | 2019 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
Analýza proteomu na úrovni jediné buňky představuje významný milník v biologických a klinických výzkumech. Umožňuje odhalit heterogenitu buněčných populací, identifikovat vzácné či patologické buňky a studovat odpověď jednotlivých buněk na podněty či léčiva. Moderní workflow kombinuje miniaturizovanou přípravu vzorku, ultra citlivou chromatografii s nízkými průtoky a vysoce výkonnou hmotnostní spektrometrii, čímž dosahuje hlubokého proteomického pokrytí i z velmi omezeného materiálu.
Prezentovaný whitepaper popisuje kompletní ultra citlivé LC–MS workflow pro proteomickou analýzu jednotlivých buněk. Hlavní cíle studie jsou:
Příprava vzorku:
Separace:
Detekce a akvizice:
Label-free analýza jednotlivých HeLa buněk na Orbitrap Eclipse Tribrid MS přinesla identifikaci ~450 proteinových skupin (<1% FDR). Při použití FAIMS Pro bylo za 120 min gradientu z 200 ng HeLa digestu identifikováno průměrně 6200 proteinů bez FAIMS a 7800 s FAIMS (+25 %). Orbitrap Exploris 480 MS v kombinaci s FAIMS dosáhl podobné citlivosti a reproducibility (<2 % CV).
Implementace Real-Time Search výrazně zvětšila proteomové pokrytí i rychlost SPS MS3 TMT analýzy, kdy bylo možné za poloviční čas kvantifikovat stejný počet peptidů jako u klasické SPS MS3. Tímto přístupem bylo v jedné injekci z 0,5 ng HeLa digestu dosaženo ~750 proteinů z jediné buňky a ~2346 proteinů po optimalizaci.
Klasifikace tří buněčných linií (epitelové, endotelové a imunitní) pomocí MS2 i SPS MS3 s real-time search prokázala rozlišení typů a detekci biomarkerů (CD14, PTEN, eIF4B). Pilotní aplikace TMTpro 16plex umožnila analýzu až 14 buněk v jedné LC–MS run.
Workflow umožňuje:
Očekávané směry rozvoje:
Prezentovaný ultra citlivý LC–MS workflow spojuje inovativní přípravu vzorku nanoPOTS, nízkoprůtokovou nanochromatografii, pokročilou orbitrapovou hmotnostní spektrometrii, FAIMS Pro a Real-Time Search pro dosažení hluboké a přesné proteomické analýzy jednotlivých buněk. Metoda poskytuje nástroj pro výzkum buněčné heterogenity, rychlou kvantifikaci a potenciál pro klinické a průmyslové aplikace.
LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS, LC/Orbitrap
ZaměřeníProteomika
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
Analýza proteomu na úrovni jediné buňky představuje významný milník v biologických a klinických výzkumech. Umožňuje odhalit heterogenitu buněčných populací, identifikovat vzácné či patologické buňky a studovat odpověď jednotlivých buněk na podněty či léčiva. Moderní workflow kombinuje miniaturizovanou přípravu vzorku, ultra citlivou chromatografii s nízkými průtoky a vysoce výkonnou hmotnostní spektrometrii, čímž dosahuje hlubokého proteomického pokrytí i z velmi omezeného materiálu.
Cíle a přehled studie
Prezentovaný whitepaper popisuje kompletní ultra citlivé LC–MS workflow pro proteomickou analýzu jednotlivých buněk. Hlavní cíle studie jsou:
- Vyvinout a optimalizovat nanolitrovou přípravu vzorku (nanoPOTS) pro zpracování jedné buňky.
- Implementovat nízkoprůtokovou nanochromatografie na kolonkách s integrovaným emiterem.
- Vyhodnotit výkonnost nových hmotnostních analyzátorů Orbitrap Eclipse Tribrid MS a Exploris 480 MS s volitelným FAIMS Pro rozhraním.
- Prokázat přínos Real-Time Search a TMT multiplexního značení při kvantitativní analýze jednotlivých buněk.
Použitá metodika a instrumentace
Příprava vzorku:
- Izolace buněk pomocí FACS (fluorescenční aktivovaný sortér buněk).
- NanoPOTS platforma: nanodroplet Processing in One-pot for Trace Sample – extracce, redukce, alkylace a enzymatická štěpení (Lys-C/Trypsin) v nanolitrech.
- Multiplexní značení TMT (10plex, TMTpro 16plex) s boost kanálem pro zvýšení signálu.
Separace:
- Thermo Scientific UltiMate 3000 RSLCnano systém s nízkoprůtokovým splitterem (20–25 nl/min).
- Kolony s vnitřním průměrem 20–30 µm a integrovaným emitorem o délce 30 cm (CoAnn Tech).
Detekce a akvizice:
- Orbitrap Eclipse Tribrid MS s kvadrupólem QR5, real-time search, HMRn a PTCR.
- Orbitrap Exploris 480 MS s FAIMS Pro rozhraním (CV stepping).
- Dissociační metody: HCD, CID, ETD, EThcD, UVPD.
- Software: Comet search enginе pro real-time search, Proteome Discoverer 2.4, MaxQuant.
Hlavní výsledky a diskuse
Label-free analýza jednotlivých HeLa buněk na Orbitrap Eclipse Tribrid MS přinesla identifikaci ~450 proteinových skupin (<1% FDR). Při použití FAIMS Pro bylo za 120 min gradientu z 200 ng HeLa digestu identifikováno průměrně 6200 proteinů bez FAIMS a 7800 s FAIMS (+25 %). Orbitrap Exploris 480 MS v kombinaci s FAIMS dosáhl podobné citlivosti a reproducibility (<2 % CV).
Implementace Real-Time Search výrazně zvětšila proteomové pokrytí i rychlost SPS MS3 TMT analýzy, kdy bylo možné za poloviční čas kvantifikovat stejný počet peptidů jako u klasické SPS MS3. Tímto přístupem bylo v jedné injekci z 0,5 ng HeLa digestu dosaženo ~750 proteinů z jediné buňky a ~2346 proteinů po optimalizaci.
Klasifikace tří buněčných linií (epitelové, endotelové a imunitní) pomocí MS2 i SPS MS3 s real-time search prokázala rozlišení typů a detekci biomarkerů (CD14, PTEN, eIF4B). Pilotní aplikace TMTpro 16plex umožnila analýzu až 14 buněk v jedné LC–MS run.
Přínosy a praktické využití metody
Workflow umožňuje:
- Analýzu vzácných buněk (CTC, biopsie, exozomy) bez ztráty proteomové informace.
- Detekci heterogenity v nádorových a imunitních populacích.
- Vysoce přesné kvantitativní srovnání buňka-buňka s minimálními artefakty chromatografie.
- Škálovatelnost pro multiplexní screening a klinické studie.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekávané směry rozvoje:
- Integrace single-cell proteomiky s dalšími „omics“ (transkriptomika, metabolomika).
- Rozšíření multiplexního značení (TMTpro, nové izobarické tagy) pro vyšší propustnost.
- Automatizace a miniaturizace platformy nanoPOTS pro automatické zpracování stovek buněk.
- Využití umělé inteligence ve vyhodnocení heterogenních vzorků a identifikaci nových biomarkerů.
Závěr
Prezentovaný ultra citlivý LC–MS workflow spojuje inovativní přípravu vzorku nanoPOTS, nízkoprůtokovou nanochromatografii, pokročilou orbitrapovou hmotnostní spektrometrii, FAIMS Pro a Real-Time Search pro dosažení hluboké a přesné proteomické analýzy jednotlivých buněk. Metoda poskytuje nástroj pro výzkum buněčné heterogenity, rychlou kvantifikaci a potenciál pro klinické a průmyslové aplikace.
Reference
- Zhu Y. et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 12370–12374.
- Pfammatter S. et al., Mol. Cell. Proteomics, 2018, 17, 1864–1876.
- Budnik B. et al., Genome Biol., 2018, 19, 161.
- Eng J.K., Jahan T.A., Hoopmann M.R., Proteomics, 2013, 13(1), 22–24.
- J. Proteome Res., 2019, 18(3), 1299–1306.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Sensitive and High-throughput Single-cell Proteomics Workflow on New Quadrupole-ion trap-Orbitrap Mass Spectrometer with FAIMS Separation
2020|Thermo Fisher Scientific|Postery
Sensitive and High-throughput Single-cell Proteomics Workflow on New Quadrupole-ion trap-Orbitrap Mass Spectrometer with FAIMS Separation Khatereh Motamedchaboki1; Maowei Dou1; Yongzheng Cong2; Romain Huguet1; Aaron M Robitaille1; David M Horn1; Yufeng Shen3; Daniel Lopez-Ferrer1; Ryan T Kelly2, 4; Ying Zhu4. 1Thermo…
Klíčová slova
cells, cellsfaims, faimsepithelial, epithelialendothelial, endothelialorbitrap, orbitrapcell, cellimmune, immunetribrid, tribridsingle, singleotit, otitnanopots, nanopotshcd, hcdeclipse, eclipseraw, rawsearch
Quantitative proteomics—the new benchmark
2021|Thermo Fisher Scientific|Brožury a specifikace
Go beyond To gain new biological insights Quantitative proteomics—the new benchmark Biology is quantitative Harness the power of quantitative proteomics to gain insights on the dynamic processes that drive the biology of cells, tissues and organisms. By collaborating with key…
Klíčová slova
quantitation, quantitationproteomics, proteomicssurequant, surequantorbitrap, orbitrapsilac, silacfaims, faimsprotein, proteinproteins, proteinsproteome, proteometargeted, targetedmass, massaltis, altisquantitative, quantitativescientific, scientificthermo
Discovery with the Orbitrap Eclipse Tribrid mass spectrometer
2021|Thermo Fisher Scientific|Technické články
WHITE PAPER 65971 Grant application resource Go beyond today’s discovery with the Orbitrap Eclipse Tribrid mass spectrometer Keywords: Orbitrap Eclipse Tribrid Mass Spectrometer, FAIMS Pro Interface, Mass Spectrometry, Quantitative Proteomics, TMT and TMTpro Multiplexing, Single-cell Sensitivity, Top-down Proteomics, Native Intact…
Klíčová slova
orbitrap, orbitraptribrid, tribridfaims, faimseclipse, eclipsemass, masstmt, tmtion, ionprotein, proteinptcr, ptcrotit, otitsearch, searchprecursor, precursorsps, spsspectrometer, spectrometerisolation
High-throughput single-cell proteomics analysis with nanodroplet sample processing, multiplex TMT labeling, and ultra-sensitive LC-MS
2020|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
APPLICATION NOTE 65714 High-throughput single-cell proteomics analysis with nanodroplet sample processing, multiplex TMT labeling, and ultra-sensitive LC-MS Authors: Khatereh Motamedchaboki1, Maowei Dou1, Yongzheng Cong2, Romain Huguet1, Aaron M Robitaille1, Yufeng Shen3, Geremy Clair4,Charles Ansong4, Daniel Lopez-Ferrer1, Ryan T. Kelly2,4, and…
Klíčová slova
cell, celltmt, tmtnanopots, nanopotsepithelial, epithelialendothelial, endothelialcells, cellsimmune, immunesingle, singleproteomics, proteomicsmultiplexed, multiplexedtribrid, tribrideclipse, eclipseproteome, proteomeraw, rawdifferentially