Orbitrap Exploris 480: 豐富的定量流程介紹
Orbitrap Exploris 480: 全新一代Q Exactive旗艦機(第三期)
前兩期中，我們分別介紹了Orbitrap Exploris™ 480的設(shè)計原則和硬件性能，卓越的定性能力，F(xiàn)AIMS Pro可選組件以及對TMT定量的改進(jìn)。本期，飛飛將為您展示Orbitrap Exploris™ 480最絢爛的一筆——
極致豐富的定量流程
BoxCar, SureQuant定量流程
隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，只適用于發(fā)現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)依賴采集模式（Data Dependent Acquisition, DDA; 例如非標(biāo)記定量，SILAC, TMT, 穩(wěn)定同位素二甲基標(biāo)記等定量蛋白質(zhì)組學(xué)方法都屬于這一范疇）已經(jīng)不能完全跟上日益提高的分析需求，尤其是針對臨床大隊列的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究。而隨后發(fā)展的DIA⁽¹⁾, PRM⁽²⁾等靶向或者擬靶向技術(shù)則進(jìn)一步填補了基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用的隔閡。
Orbitrap Exploris™ 480對于上述涉及的所有定量方法都給出了非常完善的支持，除此之外Orbitrap Exploris™ 480上的兩個新的定量方法也極大的豐富了現(xiàn)有的定量流程。
2018年Matthias實驗室在Nature Methods上發(fā)表了全新的BoxCar的采集方式（圖1）。
圖1.BoxCar采集方式示意
BoxCar采集方法的核心思想在于一級全掃時采用分段累積，合并掃描的multi-plexing full scan來規(guī)避在同一張full scan中高豐度肽段對于低豐度肽段的信號壓制，從而提升一級全掃的動態(tài)范圍和觸發(fā)二級的靈敏度。
并且借助MaxQuant軟件的“Match Between Runs”功能，還可以使用一級質(zhì)譜feature的精確質(zhì)核比和保留時間來進(jìn)行不依賴于二級鑒定的定量模式。BoxCar的采集模式對于動態(tài)范圍大的樣本會有比較顯著的鑒定深度優(yōu)勢。Orbitrap Exploris™ 480對于BoxCar的采集模式提供了更好的兼容性，例如將Spectral Multiplexing從10提升至了20, 以支持更為密集的BoxCar隔離窗口。通過對未進(jìn)行高豐度蛋白去除的血漿樣品的分析我們可以看到，采用BoxCar的集采模式相較于傳統(tǒng)DDA顯著增加了肽段和蛋白的鑒定數(shù)量（圖2-(a,b,c,d)）。
圖2-(a,b,c,d) Orbitrap Exploris™ 480上使用BoxCar DDA模式對血漿樣品進(jìn)行分析
SureQuant-超高通量的PRM定量方法
平行反應(yīng)監(jiān)控（Parallel Reaction Monitoring, PRM）是Orbitrap系列儀器上的高分辨靶向定量方法，類似于三重四極桿質(zhì)譜上的選擇反應(yīng)監(jiān)控（Selected Reaction Monitoring, SRM）,其是進(jìn)行潛在標(biāo)志物驗證的金標(biāo)準(zhǔn)方法之一。
但是PRM一直受到通量問題的困擾，即使采用動態(tài)保留時間，也難以在一針采集中同時監(jiān)控上百條肽段。因此，在2015年Gallien等人在MCP上發(fā)表了Internal-Standard triggered PRM（IS-PRM）的方法，其核心思想為對內(nèi)標(biāo)肽段進(jìn)行一個低分辨，低離子注入時間的PRM掃描（內(nèi)標(biāo)的含量通常比較高，因此不會受到靈敏度影響），隨后在線對該PRM掃描進(jìn)行實時譜圖檢索，若能夠匹配到目標(biāo)序列則觸發(fā)對應(yīng)內(nèi)源肽段的高分辨，高離子注入時間的PRM掃描用于定量⁽⁴⁾。該方法由于需要使用賽默飛提供的API對儀器控制軟件進(jìn)行編程修改，因此一直未能得到廣泛應(yīng)用。
而Orbitrap Exploris™ 480上則提供了商品化的，即時可用的SureQuant定量方法，其核心思想和IS-PRM類似，但是其實現(xiàn)更為巧妙和便捷。SureQuant定量流程巧妙的采用了數(shù)據(jù)依賴的采集方法來實現(xiàn)IS-PRM相同的功能（圖3）。
來看我的新方法
首先我們會進(jìn)行一個一級的全掃，然后采用inclusion list triggered MS² 來對同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)肽段進(jìn)行二級質(zhì)譜的掃描（inclusion list中包含了所有需要檢測的內(nèi)標(biāo)肽段），由于內(nèi)標(biāo)肽段通常都以較高的濃度摻入，因此針對內(nèi)標(biāo)肽段的二級質(zhì)譜我們會采用低分辨率和低離子注入時間來進(jìn)行, 從而盡可能的節(jié)省掃描時間。隨后我們將采集的內(nèi)標(biāo)肽段的二級質(zhì)譜進(jìn)行快速的在線譜圖匹配，如果能否匹配到目標(biāo)內(nèi)標(biāo)肽段序列則觸發(fā)一個針對內(nèi)源肽段的二級質(zhì)譜掃描（通過精確的mass shift來實現(xiàn)），而內(nèi)源肽段的濃度通常較低，因此我們采用一個高分辨率，高離子注入時間的二級掃描來盡量提升檢測的靈敏度。在SureQuant流程中，我們進(jìn)行DDA的二級掃描時不設(shè)置動態(tài)排除，因此內(nèi)源和內(nèi)標(biāo)肽段都可以得到完整的PRM的采集譜圖。
圖3. SureQuant定量流程示意
舉個例子
我們以未進(jìn)行高豐度蛋白去除的血漿蛋白定量作為一個例子。PQ 500 kit中包含了500個血漿蛋白的重同位素標(biāo)記內(nèi)標(biāo)肽段，總計804條重標(biāo)肽段，可用于對血漿蛋白進(jìn)行高通量的靶向定量。采用SureQuant定量流程，我們可以通過70分鐘梯度的質(zhì)譜分析實現(xiàn)每針超過550個內(nèi)源肽段的定量，并且三針之間的檢出重復(fù)性非常之高（圖4）。定量的動態(tài)范圍從柱上15 pmol到4amol, 跨度大于6個數(shù)量級，并且重復(fù)進(jìn)樣體現(xiàn)出了相當(dāng)高的定量重現(xiàn)性（圖5）。
圖4. 采用SureQuant定量流程對未進(jìn)行高豐度蛋白去除的血漿樣品進(jìn)行定量分析
圖5. 血漿蛋白定量的動態(tài)范圍和重現(xiàn)性
蛋白質(zhì)組學(xué)新高度
經(jīng)過三期的介紹，我們發(fā)現(xiàn)Orbitrap Exploris™ 480質(zhì)譜儀作為全新一代Q Exactive系列旗艦機型，是一款以高性能，穩(wěn)定性和耐久性為最主要考量因素的高分辨質(zhì)譜儀。，其可以滿足絕大多數(shù)蛋白組學(xué)，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和生物制藥的分析需求，并且顯著提升實驗室數(shù)據(jù)的產(chǎn)出質(zhì)量和通量。勢必將蛋白質(zhì)組學(xué)，尤其是臨床蛋白質(zhì)組學(xué)研究推向新的高度。
參考文獻(xiàn)：
1.Bruderer, R., et al., Extending the limits of quantitative proteome profiling with data-independent acquisition and application to acetaminophen-treated three-dimensional liver microtissues. Mol Cell Proteomics, 2015. 14(5): p. 1400-10.
2.Peterson, A.C., et al., Parallel reaction monitoring for high resolution and high mass accuracy quantitative, targeted proteomics. Mol Cell Proteomics, 2012. 11(11): p. 1475-88.
3.Meier, F., et al., BoxCar acquisition method enables single-shot proteomics at a depth of 10,000 proteins in 100 minutes. Nat Methods, 2018. 15(6): p. 440-448.
4.Gallien, S., S.Y. Kim, and B. Domon, Large-Scale Targeted Proteomics Using Internal Standard Triggered-Parallel Reaction Monitoring (IS-PRM). Mol Cell Proteomics, 2015. 14(6): p. 1630-44.
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