CYCLIC ION MOBILITY ENABLED MASS SPECTROMETER AND APPLICATION TO HIGH THROUGHPUT PLASMA PROTEOMICS

Význam tématu

Proteomika má významnou roli při výzkumu nádorových onemocnění, například u rakoviny prostaty, která postihuje přibližně 1 ze 9 mužů v USA. Analýza velkých kohort a komplexních biologických vzorků vyžaduje metody s vysokou citlivostí, přesností a výkonností, aby bylo možné získat statisticky významné a reprodukovatelné výsledky.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo nejprve ověřit výkonnost cyklické iontové mobilitní separace (Cyclic IMS) v kombinaci s HDMSE režimem na nanoskopické platformě pro objevovou proteomiku a následně demonstrovat její využití pro vysokoprůchodovou analýzu plazmy u pacientů s rakovinou prostaty.

Použitá metodika

Byly použity dvě hlavní strategie:

• Objevová proteomika: nanoskopická kapalinová chromatografie (Acquity M-Class) s analytickým gradientem 90–240 minut pro tryptický digest buněk K562.
• Vysokoprůchodová plasma proteomika: mikroborová chromatografie (Acquity Premier I-Class) s gradientem 5–35 % B během 15 minut a průtokem 150 µL/min.

Použitá instrumentace

• SELECT SERIES Cyclic IMS QToF mass spectrometr (HDMSE, iontová mobilita 65 FWHM, rozsah 50–2000 amu).
• Acquity M-Class a Acquity Premier I-Class pro nanoskopickou a vysokoprůchodovou LC.
• ProteinLynx Global Server, Progenesis QI a TIBCO Spotfire pro zpracování dat.
• MetaboAnalyst 5.0 pro statistickou analýzu (PCA).
• Uniprot databáze (1 % a 4 % FDR) pro identifikaci proteinů.

Hlavní výsledky a diskuse

V objevové fázi představila nanoskopická analýza optimální nálož 50–75 ng při 90min gradientu, což vedlo k identifikaci až 4500 peptidů (1 % FDR). Prodloužení gradientu na 240 minut se zvýšilo až na 7200 proteinů (4 % FDR s rozšířenou databází). Reprodukční schopnost byla vysoká – koeficient variance (CV) signálu ≤ 13 % a CV retence ≤ 0,18 %. Vysokoprůchodová analýza plazmy v 24 vzorcích umožnila kvantifikovat 369 proteinů (ANOVA p < 0,05) a detekovat 551 proteinů v alespoň jedné injekci s dynamickým rozsahem pokrývajícím 5 řádů. PCA analýza jasně odlišila různé skupiny vzorků.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda kombinuje vysokou citlivost, robustnost a throughput, což umožňuje efektivní analýzu rozsáhlých kohort klinických vzorků. Vhodná je pro objev biomarkerů, kvantitativní sledování proteinů i rutinní QA/QC v biomedicínských laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření aplikací v personalizované medicíně, integrace s dalšími OMICs technologiemi a akcelerace datového zpracování prostřednictvím umělé inteligence a strojového učení. Zvýšení throughput a automatizace umožní studium ještě rozsáhlejších kohort.

Závěr

Studie prokázala, že Cyclic IMS ve spojení s HDMSE režimem a moderní LC-MS instrumentací poskytuje vynikající citlivost, reprodukovatelnost a vysokou průchodnost pro objevovou i klinickou proteomiku.

Reference

1. Lennon et al., High-Throughput Microbore Ultrahigh-Performance Liquid Chromatography-Ion Mobility-Enabled-Mass Spectrometry-Based Proteomics Methodology for the Exploratory Analysis of Serum Samples from Large Cohort Studies. J Proteome Res. 2021;20(3):1705–1715.
2. Pang et al., MetaboAnalyst 5.0: narrowing the gap between raw spectra and functional insights. Nucleic Acids Res. 2021; doi:10.1093/nar/gkab382.
3. Meier et al., Molecular & Cellular Proteomics. 2018;17:2534–2545.