High dynamic range proteome analysis with BoxCar DIA and super-resolution Orbitrap mass spectrometry

Význam tématu

Proteomická analýza s rozšířeným dynamickým rozsahem je nezbytná pro identifikaci a kvantifikaci nízko-abundantních proteinů v komplexních vzorcích, jako je lidská krevní plazma. Kombinace BoxCar okének s režimem Data Independent Acquisition a super-rezolučním zpracováním signálu přináší významné zvýšení citlivosti, přesnosti měření a rychlosti analýzy, což otevírá nové možnosti pro vysoce průchodovou průmyslovou i klinickou proteomiku.

Cíle a přehled studie

Tato studie si klade za cíl demonstrovat výhody kombinace BoxCar DIA přístupu a fázi-vázaného dekonvolučního algoritmu (ΦSDM) v reálném čase při použití Orbitrap Exploris™ 480 masového analyzátoru. Hlavním záměrem je dosáhnout vysoké dynamické rozsahové pokrytí a rychlosti analýzy při zachování vysokého rozlišení a kvantitativní přesnosti.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorků: Celobuněčné lyzáty a lidské krevní vzorky proteolyticky štěpené trypsinem/LysC.
• Chromatografie: Rychlá kapalinová chromatografie na systému Evosep One.
• Hmotnostní spektrometrie: Thermo Scientific™ Orbitrap Exploris™ 480 s FAIMS (CV -45 V), režim DIA s BoxCar okénky.
• Zpracování spekter: Reálné časy trasientů 32 ms analyzovaných eFT a ΦSDM algoritmem s GPU akcelerací (Nvidia TITAN X) v implementaci CUDA C++.
• Analýza dat: Software Spectronaut™ (Biognosys) pro kvantifikaci a zpracování DIA dat.

Hlavní výsledky a diskuse

BoxCar DIA kombinovaný s ΦSDM zpracováním při 32 ms trasientu dosáhl srovnatelného či vyššího rozlišení než klasický eFT režim při 64 ms, přičemž dvojnásobně zkrátil dobu akvizice. V lidské plazmě byla prokázána širší dynamická škála detekovaných proteinů a zvýšená kvantifikovatelná hloubka analýzy. Rychlá DIA analýza umožnila profilování až 30 vzorků krve denně a přesnou kvantifikaci více než 1000 proteinů v pětinásobných biologických replikách.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zrychlení průtokového modelu pro klinické a průmyslové aplikace.
• Vyšší citlivost a robustnost při analýze nízko-abundantních biomarkerů v biofluidech.
• Možnost vysokoprodukčního profilování pacientských vzorků a farmaceutického QA/QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další zlepšení výkonu prostřednictvím paralelního GPU zpracování, rozšíření ΦSDM na širší m/z oblasti a integrace s AI-poháněným zpracováním dat. Metoda má potenciál pro masovou klinickou proteomiku, longitudinální studie a multi-omické přístupy v reálném čase.

Závěr

Kombinace BoxCar DIA a super-rezolučního ΦSDM algoritmu na Orbitrap Exploris 480 poskytuje průlom v rychlosti, rozlišení a dynamickém rozsahu proteomické analýzy. Tento přístup otevírá nové možnosti pro vysoce průchodovou aplikovanou i výzkumnou proteomiku s klinickým i průmyslovým dopadem.

Reference

• Grinfeld D. et al., Analytical Chemistry, 89(2), 1202–1211, 2017.
• Kelstrup C.D. et al., Journal of Proteome Research, 17(11), 4008–4016, 2018.
• Meier F. et al., Nature Methods, 15, 440–448, 2018.