市场与支持 News

马普研究所Jurgen Cox发文公布MBR-ddaPASEF方法,4D对齐全面升级蛋白组学分析

发布时间: 2020-04-23
浏览量: 36
来源:

近年来,蛋白质组在生命科学基础研究和临床转化方面的发展日新月异,这一切都有赖于技术上的不断发展。传统的shotgun蛋白质组技术,存在着样品复杂度高而仪器采集分析能力不足的困境,而带来了定量随机性大、精确度不高的问题。虽然人们陆续开发了体外标签定量的TMT技术、数据非依赖采集的DIA方法等,但仍然不能从根本上改变硬件条件所带来的限制。而将离子淌度的分离和检测装置引入蛋白质谱中,催生了全新的“4D蛋白质组学”技术,有望从根本上全面提升蛋白质组学技术的检测能力。

完整的“4D蛋白质组”技术包含硬件设备和软件方法两部分的结合。2018年12月,国际蛋白质组学权威专家Matthias Mann教授在MCP发文,首次正式报道了引入离子淌度的PASEF方法所带来的的蛋白鉴定能力的显著提升(查看详细解读)[1]。而在2019年中的ASMS大会上,德国的Jurgen Cox教授以及Matthias Mann、Reudi Aebersold、Benn Collins和Hannes Rost分别发布了基于离子淌度的MBR-ddaPSEF和diaPASEF的定量方法(查看报道)

在世界最顶尖科学家的合力推动下,“4D蛋白质组技术”已经从概念进入到了实用阶段,而且仍在继续快速发展。最近,MCP正式发表了Jurgen Cox教授所领衔开发的MaxQuant软件对4D蛋白质定量技术的全面升级,即MBR-ddaPASEF的方法

马普研究所Jurgen Cox发文公布MBR-ddaPASEF方法,4D对齐全面升级蛋白组学分析

研究速读

马普研究所Jurgen Cox发文公布MBR-ddaPASEF方法,4D对齐全面升级蛋白组学分析

1. 4D数据能够提高MBR功能的特异性

MaxQuant作为当前蛋白质组领域最常使用的软件,凭借其功能的强大性、可靠性以及可免费使用的便捷性而受到了广大研究者的认可。在定量方面,其所采用的MBR(Match between runs)方法能够有效的提高定量比率。而在全新的版本中,其对于4D数据的全面支持,利用新增的离子淌度维度CCS数值,能够更加有效地提高强化MBR的功能,很大程度上解决传统shotgun proteomics中的missing value和定量平行性的问题。

所谓MBR功能的原理,在于认为一些肽段虽然在当前run中没有二级碎裂检测到,但是其相似的信号在其他run中被检测到了,就认为这个肽段在当前run中也是存在的,并将其一级信号用于定量。这个环节中,何谓之“相似的信号”则变得至关重要。传统的MBR中,主要依据是质谱特征和色谱特征进行匹配,但仍然存在一定的错误概率。而在4D条件下,由于离子淌度CCS数值的引入,可以新增一个对齐的物理量,显著提高MBR匹配的特异性,进一步强化该功能并减少定量的missing value(图1)。

马普研究所Jurgen Cox发文公布MBR-ddaPASEF方法,4D对齐全面升级蛋白组学分析

图1. Ion mobility能够提高Match between runs的特异性

2. 4D条件下的MBR功能能够显著提高蛋白质组检测的覆盖度

MBR由于能够在不同runs之间相互匹配,其不但能减少missing value,而且随着runs越多,其鉴定深度也有一定的增加(这是由于有一些肽段能够通过新的runs匹配而得到鉴定)。如下图2a所示,对于细胞样品来说,开启4D-MBR功能后, 平均样品的检测深度从5358提高到5739。对于有效定量来说,通常更加关注在所有样品中共同定量的蛋白,在这个维度上,4D-MBR可以提升大约20%的幅度,从约4500提升到5500的水平。

而在血液这类蛋白丰度动态范围极大的样品中,带来的的提升会更加明显。如图2b所示,使用11分钟短梯度高通量的血液蛋白质组分析方法,开启4D-MBR后从103个蛋白的平均深度上升到208,提升近100%的幅度。

马普研究所Jurgen Cox发文公布MBR-ddaPASEF方法,4D对齐全面升级蛋白组学分析

图2. 4D-MBR能够显著提高鉴定深度和定量比率

3. 4D-MBR具有可靠的定量准确性

既然MBR加持下的4D定量在技术上有这么多优越性,那么其定量准确性如何呢?研究者使用定量准确性常用的测评方法进行了如下的实验:将人类细胞、酵母和大肠杆菌的蛋白分别按照1:1、2:1、1:4的比例混合,并进行质谱分析。结果显示,开启4D-MBR功能后,定量蛋白的数目从5819提升到6626,而仍然具有良好的定量准确性,能够真实反映蛋白的混合比例(图3)。

马普研究所Jurgen Cox发文公布MBR-ddaPASEF方法,4D对齐全面升级蛋白组学分析

图3. 蛋白混合定量实验显示4D-MBR具备准确的蛋白组定量能力

综上所述,离子淌度和CCS数值的引入,使得蛋白质组进入到了4D的新时代。除了硬件上的革新,配套的软件方法也是4D蛋白质组的重要组成部分,能够在检测深度、定量准确性上获得全面的提升。本篇文章主要介绍在DDA数据采集模式下的MBR-ddaPASEF定量方法。此外,在DIA数据采集模式下,4D平台也能获得全面的性能提升,我们会在后续跟进报道相关进展。

参考文献

1. Meier F, et al., 2018, Online parallel accumulation – serial fragmentation (PASEF) with a novel trapped ion mobility mass spectrometer. Molecular & Cellular Proteomics.

2. Nikita Prianichnikov, et al., 2020, MaxQuant software for ion mobility enhanced shotgun proteomics. Molecular & Cellular Proteomics, 2020.

本文景杰学术团队原创解读,欢迎转发到朋友圈。如有转载、投稿、等其他合作需求,请文章下方留言,或添加微信ptm-market咨询。


新闻推荐 NEWS
Copyright ©2018-2020 杭州景杰生物科技有限公司
犀牛云提供云计算服务
X
合作
交流
1

QQ设置

3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

5

电话号码管理

  • 400-100-1145
6

二维码管理

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

展开
合作交流
填写信息,我们的专属学术顾问将为您解答疑问!