Iontová mobilita, LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníProteomika
VýrobceBruker
Význam tématu
Proteomika fosfoproteomů hraje klíčovou roli při odhalování buněčných signálních cest a post-translačních modifikací. Díky ní lze sledovat dynamiku fosforylace bílkovin, která ovlivňuje regulaci genové exprese, buněčnou proliferaci či apoptózu. Tradiční metodiky čelí výzvám v podobě nízké abundance fosfopeptidů, vysokého dynamického rozsahu a technické náročnosti separace izobarických a izomerických forem. TIMS přináší další, čtvrtý rozměr separace (iontová mobilita), čímž zlepšuje rozlišení, citlivost a propustnost při analýze komplexních vzorků.
Cíle a přehled studie
Laboratoř molekulární a buněčné bioanalýzy (MCBA) pod vedením Prof. Yasushi Ishihamy na Kyoto University společně s Brukerem implementovala technologii 4D-Proteomics na přístroji timsTOF Pro. Hlavním cílem je zvýšit rychlost, hloubku i reprodukovatelnost fosfoproteomických analýz a aplikovat je na klinické a výzkumné vzorky, včetně metaproteomických studií lidského mikrobiomu.
Použitá metodika a instrumentace
- Obohacení fosfopeptidů: IMAC, HAMMOC.
- Příprava vzorku: nanoLC-ESI kolony, StageTip mini-kolony, CDIT pro absolutní kvantifikaci.
- Separační techniky: ultravysokorozlišovací nanokapilární LC s metr dlouhými kapilárami.
- Hmotnostní spektrometrie: timsTOF Pro (QTOF) s PASEF pro paralelní akumulaci a sériovou fragmentaci iontů.
- Analýza mobility: měření kolizního průřezu (CCS) v TIMS pro rozlišení konformací a izomerů.
Hlavní výsledky a diskuse
- Díky 1minutovému gradientu a PASEF dosaženo propustnosti až 864 vzorků za den při nákladu <200 ng proteinu.
- Rozšířená hloubka průzkumu: vyčtení přes 70 % lidských proteinů jako fosforylovaných.
- Oddělení isobarických a pozičních izomerů fosfopeptidů.
- Profilování kináz a studie účinků inhibitorů kináz na fosfoproteom v rámci onkologického výzkumu.
- Klinické metaproteomické aplikace: analýza stolice z pacientů pro biomarkerové studie a vztahy lidského a bakteriálního proteomu.
Přínosy a praktické využití metody
- Vysoká citlivost a opakovatelnost při nízkém množství vzorku.
- Zkrácení doby přípravy a analýzy, snížení provozních nákladů a údržby MS.
- Možnost sledovat dynamiku buněčných signálních drah a odpověď na lékové intervence.
- Využití v klinických studiích, farmacii, vývoji cílené terapie a objevování biomarkerů.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Rozvoj přístupů založených na DIA pro eliminaci chybějících hodnot a lepší vhodnost pro výpočetní analýzy.
- Integrace proteomiky s genomikou a transkriptomikou (proteogenomika) pro přesnější charakterizaci patologií.
- Využití big data, strojového učení a bioinformatických nástrojů k mapování kompletních signálních sítí.
- Další zvyšování výkonnosti MS, optimalizace separace a selektivity obohacovacích postupů.
Závěr
TIMS-podporovaná 4D-Proteomics na Bruker timsTOF Pro přináší významný skok v rychlosti, hloubce a citlivosti fosfoproteomických analýz. To otevírá nové možnosti pro výzkum buněčných signálních procesů, klinické aplikace a objevování nových terapeutických cílů. Kombinace pokročilé analytické chemie a výkonné bioinformatiky umožňuje komplexní pohled na dynamiku fosforylace v biologických systémech.
Reference
- Sugiyama N. a kol. Mol Syst Biol, 2008, 4:193.
- Olsen JV. a kol. Sci Signal, 2010, 3(104):ra3.
- Sharma K. a kol. Cell Reports, 2014, 8(5):1583–1594.
- Glover MS. a kol. J Am Soc Mass Spectrom, 2018, 25(5):786–794.
- Fernandez-Lima F. Int. J. Ion Mobil. Spec, 2016, 19:65–67.
- Hu Y. a kol. J Med Chem, 2015, 58(1):30–40.
- Wu P. a kol. Drug Discovery Today, 2016, 21(1):5–10.
- Sugiyama N. a Ishihama Y. J Pharm Biomed Anal, 2016, 130:264–272.
- Sugiyama N. a kol. Sci Rep, 2019, 9:10503.
- Ang MY. a kol. Clin Chim Acta, 2019, 498:38–46.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.