High-throughput plasma proteomics: A standardized and scalable workflow for quantitative protein profiling in large sample cohorts

Aplikace | 2019 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS, LC/Orbitrap
Zaměření
Proteomika
Výrobce
Thermo Fisher Scientific

Význam tématu


Analýza proteomu lidské plazmy je klíčová pro identifikaci nových biomarkerů onemocnění. Variabilita a široký dynamický rozsah koncentrací proteinů v krvi vyžadují robustní, vysoce průchozí a reprodukovatelnou metodu, která zajistí konzistentní výsledky napříč stovkami až tisíci vzorků.

Cíle a přehled studie / článku


Cílem studie bylo vyvinout standardizovaný a škálovatelný pracovní postup pro kvantitativní profilování proteinů ve vzorcích lidské plazmy a séra v rozsáhlých kohortách. Klíčové principy zahrnují:
  • Automatizovanou přípravu vzorků ve formátu 96 jamek.
  • Vysoce průchozí LC–MS analýzu s přednastavenými metodami pro 30, 60 nebo 100 vzorků za den.
  • Implementaci kontrol kvality pro sledování stability a citlivosti.

Použitá metodika a instrumentace


Příprava vzorků:
  • Automatizace na platformě Hamilton Microlab STARLet s modulem pozitivního tlaku [MPE]2.
  • Thermo Scientific EasyPep Mini Mass Spectrometer Sample Prep Kit na 96j jamkovém filtračním formátu.
  • Odstranění 12 nejhojnějších proteinů z plazmy spin kolonkami.
  • Redukce, alkylace, trypticá digest a purifikace peptidů v automatizovaném režimu (<4,5 h pro 96 vzorků).

Chromatografie a hmotová spektrometrie:
  • Evosep One LC systém s přednastavenými gradienty (30/60/100 vzorků/den).
  • 8 cm kolona Dr Maisch C18 (100 µm × 8 cm, 3 µm) s EASY-Spray zdrojem.
  • Q Exactive HF-X Orbitrap pro datově závislé získávání spekter (DDA).

Kontroly kvality:
  • PRTC směs 15 syntetických peptideů pro sledování RT driftů a kvantitativních odchylek.
  • HeLa proteinový digest standard pro sledování citlivosti a opakovatelnosti.
  • Pooled plazmatické kontroly (zdraví vs. karcinom plic) pro system suitability.

Datová analýza:
  • Proteome Discoverer 2.3 pro identifikaci a label-free kvantifikaci (1% FDR).
  • Skyline pro vyhodnocení RT, FWHM, obsahu ploch a přesnosti hmotnosti.
  • GraphPad Prism 8 pro statistické analýzy.

Hlavní výsledky a diskuse


  • Automatizovaná pipetáž: CV 1,0 % vs. manuální 2,4 %, lepší přesnost a opakovatelnost.
  • Peptidové výtěže: 72,1 % (automatizace) vs. 68,5 % (spin kolona), nižší CV.
  • Chromatografická stabilita: RT posuny <1 % CV, plošné kvantifikace <20 % CV z 100 injekcí.
  • Hmotová přesnost: ±3 ppm z 100 opakování PRTC v matrici plazmy.
  • Senzitivita: 50 ng HeLa digestu metodou 60 vzorků/den odhalilo ~1 700 proteinů a ~7 500 peptidů, srovnatelné s nanoflow LC.
  • Plazmatické kontroly: >200 proteinů z 500 ng depletované plazmy, detekční rozsah minimálně 4 řády velikosti.
  • Kohortní studie (4 zdraví, 5 NSCLC): 117 běhů za <2 dny, QC identifikace CV <5 %, korelace R2 >0,95, odhalena heterogenita v plazmě pacientů s rakovinou.
  • Potenciální biomarkery: zvýšená exprese SAA4 a SOD1 v plazmě pacientů s plicním karcinomem.

Přínosy a praktické využití metody


  • Extrémně vysoká průchozí kapacita (>100 vzorků/den) s minimálními manuálními zásahy.
  • Vysoká reprodukovatelnost analýzy a nízká mezivzorková kontaminace (<1 % carry-over).
  • Široký dynamický rozsah detekce proteinů.
  • Snadná integrace QC protokolů pro system suitability a dlouhodobé studie.

Budoucí trendy a možnosti využití


  • Rozšíření workflow o značení izobarickými TMT markery pro multiplexní analýzy.
  • Adaptace na další Orbitrap nebo Tribrid systémy (Exploris, Tribrid).
  • Integrace do klinických studií a populací pro epidemiologii proteomiky.
  • Využití v personalizované medicíně a průmyslové QA/QC proteomiky.

Závěr


Auto matizované a standardizované workflow pro vysoce průchozí plazmatickou proteomiku kombinuje rychlou přípravu vzorků, stabilní LC–MS metody a integrované kontroly kvality. Výsledkem je robustní platforma pro kvantitativní biomarker discovery v rozsáhlých klinických kohortách.

Reference


  1. Bache N. et al. A Novel LC System Embeds Analytes in Pre-formed Gradients for Rapid, Ultra-robust Proteomics. Mol Cell Proteomics. 2018;17(11):2284–2296.
  2. Cho W.C.S. et al. Serum amyloid A is elevated in the serum of lung cancer patients with poor prognosis. Br J Cancer. 2010;102(12):1731–1735.
  3. Papa L. et al. SOD1, an unexpected novel target for cancer therapy. Genes Cancer. 2014;5(1-2):15–21.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

A robust mass spectrometer for precision medicine – the Orbitrap Exploris 240 mass spectrometer for large-scale plasma protein profiling
An Ultra High-throughput Plasma Protein Profiling (uHTPPP) Workflow Using a Modified Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer
Sampling the human population – ultra-high- throughput plasma protein profiling (uHTPPP) sample preparation for translational proteomics
High Throughput Abundant Protein Depletion for Plasma Proteomics