LC/HRMS, LC/MS/MS, LC/MS, LC/Orbitrap
ZaměřeníProteomika
VýrobceThermo Fisher Scientific
Význam tématu
Proteomika na úrovni jednotlivých buněk nabízí detailní pohled na heterogenitu a funkční stav buněk, který ztrácí kumulativní měřením milionů buněk. Tato metoda je klíčová pro výzkum vývoje buněk, nádorové heterogenity, mechanismů onemocnění a identifikaci terapeutických cílů.
Cíle a přehled studie
Cílem bylo vyvinout robustní, vysoce citlivý a vysoce propustný workflow pro jednocelkovou proteomiku využívající automatizovaný systém pro izolaci a předúpravu buněk a kombinaci UHPLC a Orbitrap Astral MS. Studie demonstruje schopnost identifikovat tisíce proteinu z pouhých pikogramových množství materiálu a z jednotlivých buněk.
Použitá metodika
Workflow zahrnuje:
- Izolaci jednotlivých buněk a nanoliterové dávkování reagencií pomocí systému CellenONE s chipem proteoCHIP EVO 96 nebo standardními 96/384-jamkovými destičkami.
- Automatizované lýzu a enzymatickou digestii při kontrolované teplotě a vlhkosti.
- Chromatografickou separaci na systému Vanquish Neo UHPLC a kolonu Aurora TS, optimalizovanou pro průtok 0,2 µL/min s celkovým gradientem 14 min.
- Detekci pomocí Orbitrap Astral hmotnostního spektrometru ve DIA režimu s prostorem FAIMS Pro Duo pro snížení šumu.
- Analýzu dat v režimu library-free nebo library-based v softwaru Spectronaut 18 a alternativně v Proteome Discoverer s vyhledávačem CHIMERYS.
Použitá instrumentace
- CellenONE systém s proteoCHIP EVO 96
- Vanquish Neo UHPLC (Thermo Scientific)
- IonOpticks Aurora TS analytická kolona
- Orbitrap Astral MS s FAIMS Pro Duo
- Spectronaut 18, Proteome Discoverer s CHIMERYS
Hlavní výsledky a diskuse
Test ředění HeLa digestu od 50 pg do 10 ng ukázal, že library-free přístup identifikoval přes 4 200 proteinových skupin při 50 pg a přes 5 500 při 250 pg. Library-based analýza zvýšila identifikaci na zhruba 6 100 a 7 200 skupin. Medián CV byl nižší než 10 %.
Analýza 77 jednotlivých HeLa buněk odhalila v průměru 5 977 proteinových skupin a 34 894 peptidů, reprodukovatelnost mezi buňkami dosahovala R=0,93–0,98 a dynamický rozsah více než pět řádů.
ProteoCHIP EVO 96 zajistil průměrně 4 589 skupin z jedné buňky, 6 154 z deseti buněk a 6 642 ze dvaceti buněk. Standardní 96-well destička ukázala 6 556 skupin z deseti buněk a nízké kontaminace (<180 skupin v blank vzorcích).
Podíl membránových proteinů činil zhruba 23 % v plazmatické a 42 % v ostatních membránách.
Přínosy a praktické využití metody
Automatizace snižuje riziko ztrát a variabilitu, zkracuje dobu přípravy a umožňuje analýzu až 80 vzorků za den. Vysoká citlivost a reprodukovatelnost otevírá nové možnosti v diagnostice, farmacii i základním buněčném výzkumu.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se integrace multiplexních přístupů, další optimalizace automatizace, nasazení umělé inteligence pro validaci dat a rozšíření do klinických aplikací, například analýza cirkulujících nádorových buněk či detekce biomarkerů z minimálních objemů vzorku.
Závěr
Navržený integrovaný workflow kombinuje efektivní izolaci buněk, precizní chromatografii a vysoce citlivou detekci Orbitrap Astral MS. Prezentovaná studie potvrzuje vynikající hloubku pokrytí, vysokou reprodukovatelnost a minimální kontaminaci, což významně přispívá k rozvoji jednocelkové proteomiky.
Reference
- Budnik B., Levy E., Harmange G., Slavov N. SCoPE-MS: mass spectrometry of single mammalian cells quantifies proteome heterogeneity during cell differentiation. Genome Biology, 2018.
- Leduc A., Huffman R.G., Cantlon J., Khan S., Slavov N. Exploring functional protein covariation across single cells using nPOP. Genome Biology, 2022.
- Ctortecka C. et al. An automated nanowell-array workflow for quantitative multiplexed single-cell proteomics sample preparation at high sensitivity. Mol. Cell. Proteomics, 2023.
- Zhu Y. et al. Proteomic Analysis of Single Mammalian Cells Enabled by Microfluidic Nanodroplet Sample Preparation and Ultrasensitive NanoLC-MS. Angew. Chem. Int. Ed., 2018.
- Liang Y. et al. Fully Automated Sample Processing and Analysis Workflow for Low-Input Proteome Profiling. Anal. Chem., 2021.
- Johnson K.R., Gao Y., Greguš M., Ivanov A.R. On-capillary Cell Lysis Enables Top-down Proteomic Analysis of Single Mammalian Cells by CE-MS/MS. Anal. Chem., 2022.
- Matzinger M., Müller E., Dürnberger G., Pichler P., Mechtler K. Robust and Easy-to-Use One-Pot Workflow for Label-Free Single-Cell Proteomics. Anal. Chem., 2023.
- Ye Z. et al. One-Tip enables comprehensive proteome coverage in minimal cells and single zygotes. Preprint, 2023.
- Matzinger M., Mayer R.L., Mechtler K. Label-free single cell proteomics utilizing ultrafast LC and MS instrumentation: A valuable complementary technique to multiplexing. Proteomics, 2023.
- Guzman U.H. et al. Narrow-window DIA: Ultra-fast quantitative analysis of comprehensive proteomes with high sequencing depth. Preprint, 2023.
- Ye Z. et al. High-throughput and scalable single cell proteomics identifies over 5000 proteins per cell. Preprint, 2023.
- Zheng R. et al. A High-Sensitivity Low-Nanoflow LC-MS Configuration for High-Throughput Sample-Limited Proteomics. Anal. Chem., 2023.
- Stewart H.I. et al. Parallelized Acquisition of Orbitrap and Astral Analyzers Enables High-Throughput Quantitative Analysis. Anal. Chem., 2023.
- Arrey T. et al. Deeper proteome coverage and faster throughput for low input samples on the Thermo Scientific Orbitrap Astral mass spectrometer. Thermo Fisher Scientific Technical Note, 2023.
- Bubis J.A. et al. Challenging the Astral mass analyzer — going beyond 5200 proteins per single-cell at unseen quantitative accuracy to study cellular heterogeneity. Preprint, 2024.
- Cheung T.K. et al. Defining the carrier proteome limit for single-cell proteomics. Nature Methods, 2021.
- Ye Z. et al. A deeper look at carrier proteome effects for single-cell proteomics. Communications Biology, 2022.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.