Identification of proteins and lipids found in varying abundances in pre-and post-operative cancer patients using a MALDI-TOF-MSMS approach

Význam tématu

Proteiny a lipidy cirkulující v krvi, zejména v extracelulárních vezikulách (EV), představují cenné biomarkery pro časnou detekci a sledování nádorových onemocnění. Metody MALDI-TOF-MSMS umožňují rychlou a citlivou identifikaci molekul, které se liší mezi pacienty s kolorektálním karcinomem, zánětlivým onemocévem střev a zdravými jedinci.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat abundanci peptidů a lipidů v plazmě a EV-enriched frakcích u čtyř skupin: kolorektální karcinom před operací (CRC-Pre), po operaci (CRC-Post), pacienti s IBD a zdraví jedinci. Studie navazuje na předchozí práci zaměřenou na screening rezistence na fluorouracil.

Použitá metodika

Vzorky krve byly zpracovány sekvenční centrifugací (300g, 10 000g, 100 000g) k izolaci plazmatických EV i neobohacené plazmy. Proteiny byly extrahovány, podrobeny tryptické digestii přímo na MALDI-nanochipu, přidán matrix a analyzovány na MALDI-7090. Pro kvantitativní rozlišení skupin bylo využito multivariační statistiky (PLS-DA) v softwaru eMSTAT a významné píky byly vybrány k MSMS analýze.

Použitá instrumentace

• Shimadzu MALDI-7090 reflectron TOF-TOF
• MALDI-nanochip slide pro on-chip digestii
• Software eMSTAT pro PLS-DA
• Lock mass procedura pro zajištění přesnosti m/z

Hlavní výsledky a diskuse

EV-enriched vzorky vykazovaly výraznější oddělení skupin než neobohacené plazmové digesty. V neobohacených vzorcích byl konzistentně detekován albumin (m/z 1898.9990) potvrzený MSMS. V EV-frakcích se objevily peptidy alfa-1-antitrypsinu (m/z 1641.8674) a apolipoproteinu A1. Navíc byly v neobohacené plazmě identifikovány lipidy LPC(16:0), LPC(18:1) a LPC(18:0) pomocí vysokorychlostní CID fragmentace. Ultracentrifugace vedla ke snížení celkové intenzity píku, avšak zvýraznila relativní abundanci markerů díky odstranění vysoce hojných proteinů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlý profiling proteinů a lipidů v malém objemu plazmy bez rozsáhlé předúpravy, což je vhodné pro klinický screening nádorových biomarkerů. Použití nanochipu zkracuje dobu přípravy a zlepšuje reproducibilitu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Automatizace on-chip digestie, integrace s klinickými workflow, rozšíření panelu biomarkerů na další typy onemocnění a využití pokročilých algoritmů strojového učení pro analýzu spekter nabídne širší aplikaci v diagnostice a monitoringu pacientů.

Závěr

MALDI-TOF-MSMS s nanochipem prokázalo schopnost rozlišit onkologické a neonkologické vzorky na úrovni proteinů a lipidů. Identifikované biomarkery představují slibný základ pro rozvoj vysokopropustného klinického testu pro včasné stanovení stavu pacientů s kolorektálním karcinomem a zánětlivým onemocněním střev.

Reference

• Serafim V. et al. Classification of cancer cell lines using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry and statistical analysis. Int J Mol Med, 40, 1096-1104 (2017).
• Nairn M. et al. MALDI-nanochip based Screening of Exosomal Biomarkers: Application to Cancer Diagnostics. ASMS 2020, WP-031.
• Stübiger G. et al. MALDI-MS Protein Profiling of Chemoresistance in Extracellular Vesicles of Cancer Cells. Anal Chem, 90, 13178-13182 (2018).