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                1. 蛋白質組學

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                  北京蛋白質組學——歷“九”彌新——單細胞蛋白質組學定量方法新突破!

                  2021-11-08 16:21:08

                  北京蛋白質組學



                  定量單細胞蛋白質組學能夠定量檢測單細胞內的豐度、翻譯后修飾狀態等,有潛力成為單細胞轉錄組學的互補策略。單細胞北京蛋白質組學的質譜分析(SCoPE-MS)是近年來引入的一種定量分析單細胞蛋白質組的方法。目前,在使用質譜進行單細胞蛋白質組學定量方面,主要是使用平行穩定同位素標簽和載體蛋白質組輔助以進行單細胞分析。下面就跟小編一起來看一下這個單細胞蛋白組學定量方法的新進展吧!

                  近日,來自Genentech的Christopher M. Rose?與慕尼黑工業大學Bernhard Kuster團隊合作在Nature Methods雜志上發表題為Defining the carrier proteome limit for single-cell proteomics的研究論文,這篇論文給出了載體蛋白質組水平和SCoPE-MS定量準確性之間的關系,為單細胞蛋白質組學的實驗設計、數據收集和數據分析提供了指導,同時作者介紹了自己研發的程序SCPComponsion,這個程序能夠對單細胞蛋白質組學質譜進行快速的質量控制分析。



                  北京蛋白質組學



                  研究背景

                  同位素標記是一種具有相同的完整質量的化學標簽,因為包含獨特的質量條形碼,可通過報告離子顯示,以便在同一分析中對多個樣品進行相對定量。同位素標記可以將所有樣品的多肽在質譜中以一個峰的形式出現,增加了總體信號,并使多肽離子同時分離。SCoPE-MS利用這一特性,通過將高于單細胞樣本100倍至200倍水平的載體蛋白樣本加入到單細胞樣本中,提高整體信號,進而可以進行單細胞蛋白質組的分析。雖然這項技術的出現令人鼓舞,但是當載體蛋白質樣本加入的量過高時,從單細胞組獲得的數據準確性和它的生物學結論都大打折扣的。因此,系統探究并明確載體蛋白質組用量與單細胞蛋白質組學定量準確性之間的關系就顯得尤為重要,本文針對這一問題進行了細致的探究和分析。

                  探究過程及結果

                  首先,作者先通過對蛋白質組進行不同TMT標記和不同比例的混合和鑒定,確定了標記的動態范圍為在100-300倍,稀釋度大于1:100時,測定的變異性就明顯增加。

                  隨后,作者模擬了使用5x,25x,50x或100x的載體蛋白質組時,對總體進行不同程度的采樣對單細胞測定的變異系數的影響(coefficient of variation,CV),發現當采樣水平一致時,載體蛋白質組含量增加,測量變異性(CV)也會增加,隨著離子蓄積濃度的增加,測量變異性則會降低,這表明可以通過蓄積更多的離子來克服更高的載體蛋白質組水平的影響,測量變異性越低定量越準確。

                  隨后,作者用TMT標記的多肽和更復雜的蛋白質組樣品HeLa和K562細胞酶切肽段進行實驗,進一步驗證了這一結論,表明增加載體蛋白質組水平需要同時增加被離子蓄積的數量,才能保持單細胞蛋白質組學質譜測定中的定量準確性,作者將其稱為“載體蛋白質組效應”。




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                  圖1:同位素標記動態范圍的表征和ScoPE-MS變異性的模擬



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                  圖2:在SCoPE-MS中定義載體蛋白組效應



                  同時,作者還測定了高水平的載體蛋白質組對質量分析器動態范圍的挑戰,以及多重標記對定量準確性的影響,發現在現在常用的測定參數下,保持定量準確度的很重要的因素還是確保對單細胞樣品中的離子進行足夠的蓄積。

                  作者介紹了他們做的一個軟件工具,叫SCPComponion,它可以快速分析用戶提供的SCP-MS數據,進行參數分析和數據特征的檢測。

                  結論

                  目前,單細胞蛋白質組學尚處于初級階段,與單細胞RNA序列分析相比通量還比較低,RNA測序技術無法檢測翻譯后事件(如磷酸化等),而單細胞蛋白組學是可以補充這部分內容的。隨著SCoPE-MS的引入,人們開始努力增加SCP- MS分析的深度,未來幾年將單細胞鑒定水平將有很大的提高。

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