创新单细胞蛋白质组学开车疾病研究进展

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发表:2021年12月2日

| 加里Kruppa

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单细胞技术正在改变我们人类健康和疾病的知识。快速单细胞蛋白质组学(SCP)的发展使得更多的参数以单个细胞。原则上,测量从每一个细胞,我们应该能够更全面的了解这个异构系统。

细胞数量的基本微观不均一性是由基因及其表达的差异,并获得这些变化在单细胞水平的理解帮助识别任何细胞,例如,作为种子发展的疾病,如癌症。研究疾病诊断和药物反应需要蛋白质组学,尽管如此,在其早期阶段,SCP让我们理解领域的新进展。

质谱分析的新时代

研究细胞内的DNA和RNA分子是最常见的一种单细胞生物方法。已经有了较大的飞跃,在单细胞DNA和RNAsequencing,尤其是转录组,代表所有的细胞中表达基因。根据不同的应用程序中,可以使用各种各样的测序技术对这些研究。¹
极度敏感的质谱仪,然而,现在将SCP主流。单个细胞的蛋白质含量约。200皮克(十亿毫克),但最近的一项研究获得了1400年从单个细胞蛋白质的定性和定量信息使用一个公正的单一蛋白质组学方法。²聚类分析的数据能够区分细胞和细胞周期阶段。

蛋白质是活跃和生化反应作为信号分子。因此,毫不奇怪,大约95%的药物是针对蛋白质。然而,蛋白质分子不能放大像DNA或RNA执行SCP测量。高度敏感的技术必须被用来解释复杂的蛋白质分子在单细胞水平有助于我们深入了解人类的健康和疾病。²

单个细胞组学景观

蛋白质功能通常是通过转录后修饰调节(天车)可以改变功能的细胞。内源性蛋白水解作用和糖基化等过程在肿瘤机制中发挥作用。^3,4此外,基因表达受到所谓的破裂,导致额外的变化,会自动翻译后监管流程规范化的蛋白质。⁵

在先进技术的帮助下,研究单细胞转录组超过一百万个体细胞测量现在可行的⁶并强调单个细胞的异质性,开放生物研究和医学的新领域。共同支持因素在所有这些方法是能够放大DNA和RNA分子所需的数量,把他们带到一个范围检测,甚至可量化的。⁷

公正的单个细胞的蛋白质组学近年来进行了专门的研究小组,利用nano-fluidics尚未欣然采纳一般研究社区。这些应用程序通常集中在样品制备过程中尽量减少损失和多路复用样本来提高信号强度。^8,9然而,尽管这些解决方案,现场需要创新,可以增加质谱仪的灵敏度。

被困的离子迁移谱法(蒂姆斯)

引入并行积累和串行碎片(PASEF)¹⁰技术结合了液相色谱与质谱(质)为基础的蛋白质组学提高测序速度和灵敏度。PASEF离子束的优化使用,加上智能前体选择离子的洗脱从困离子迁移谱法(蒂姆)循环,实现快速MS / MS鉴定。此外,离子集中蒂姆斯细胞内的时间和空间,大大提高灵敏度。这使得分析样本数量较低,在低纳克肽负载。

蒂姆还测量提供碰撞截面(CCS)值和异构物种分离流动抵消但质量一致(MOMA)和缓解率压缩在多路复用量化方法。

这些4 d-proteomics功能之间的桥梁要求最高的蛋白质组学方法,如临床研究蛋白质组学和个性化的医学研究,和已经可用的解决方案。

蒂姆斯为蛋白质组学应用

发现四极飞行时间质谱(QTOF-MS)加上商旅为蛋白质组学应用(2017)导致两种范式转换在蛋白质组学社区:

标准的蛋白质组学分析所需的肽降低了一个数量级。
标准的蛋白质组学分析所需的时间减少了四倍。

结论

SCP技术,仍处于初级阶段,使个性化医疗的发展,精密疗法帮助解决复杂和异构条件诸如癌症和阿尔茨海默氏症。

大规模的单细胞分析的根本重要性捕捉生物异质性,但直到最近基本上限于RNA-based技术。这个新的深度SCP分析有可能改变我们对细胞生物学的理解蛋白质大分子水平,回答基本问题的动力学和疾病的机制。

引用:

1。作为广告,Thielert M, Vasilopoulou CG, et al .超高灵敏度质谱量化单细胞蛋白质组变化扰动。bioRxiv。2021:2020.12.22.423933。doi:10.1101 / 2020.12.22.423933。

2。陈G,宁B,施t单细胞RNA-Seq技术和相关计算数据分析。前面。在创。2019;10:317。doi:10.3389 / fgene.2019.00317。

3所示。李欧塔洛杉矶,Petricoin EF。血清peptidome癌症检测:旋转生物垃圾到诊断的黄金。中国投资。2006年,116(1):26 - 30日。doi:10.1172 / JCI27467。

4所示。康奈利,Otvos JD, Shalaurova我布雷福特MP,梅塔NN。GlycA,系统性炎症的一种新型生物标志物和心血管疾病的风险。转化医学杂志》。2017;15 (1):219。doi:10.1186 / s12967 - 017 - 1321 - 6。

5。Marinov门将,威廉姆斯英航,麦丘K,等。从单细胞到细胞池中转录组:基因表达的特性转化和RNA拼接。创Res。2014;24 (3):496 - 510。doi:10.1101 / gr.161034.113

6。曹J, Spielmann M,邱X, et al。哺乳动物器官形成的单细胞转录景观。自然。2019,566 (7745):496 - 502。doi:10.1038 / s41586 - 019 - 0969 - x。

7所示。de Bourcy CFA, de Vlaminck我Kanbar约,王J, Gawad C,地震老单细胞全基因组扩增方法的定量比较。《公共科学图书馆•综合》。2014;9 (8):e105585。doi:10.1371 / journal.pone.0105585。

8。Hartlmayr D, Ctortecka C,赛斯,Mendjan年代,Tourniaire G, Mechtler k .自动化工作流label-free和多路复用单个细胞蛋白质组学样品制备在前所未有的敏感性。bioRxiv。2021:2021.04.14.439828。doi:10.1101 / 2021.04.14.439828。

9。Slavov n单细胞蛋白质质谱分析。当今化学生物学观点》2021;60:1-9。doi:10.1016 / j.cbpa.2020.04.018。

10。Meier F,作为广告,科赫年代,et al。在线并行accumulation-serial碎片(PASEF),小说被困离子流动质谱仪。摩尔细胞蛋白质组学。2018;17 (12):2534 - 2545。doi:10.1074 / mcp.TIR118.000900。