*  獨(dú)特的 timsTOF SCP 技術(shù)，通過無偏、深度單細(xì)胞 4D-蛋白質(zhì)組學(xué)與scRNA測序提供補(bǔ)充，徹底改變了定量單細(xì)胞生物學(xué)研究；Mann等人的論文中，突破性地成功鑒定并定量了單細(xì)胞中1,400多種蛋白質(zhì)。

*  新一代 timsTOF Pro 2 技術(shù)在無偏4D-蛋白質(zhì)組學(xué)分析方面，具有前所未有的檢測深度和通量。將基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)與表觀蛋白質(zhì)組學(xué)相結(jié)合，支持液體活檢多組學(xué)生物標(biāo)記物研究；在分析梯度僅30分鐘的條件下，200ng的HeLa消化液中可鑒定約6,000個(gè)蛋白質(zhì)及60,000個(gè)肽段，而20ng的HeLa消化液中可鑒定約4,000個(gè)蛋白質(zhì)及30,000個(gè)肽段。

*  布魯克 timsTOF 的合作伙伴在無偏血漿蛋白質(zhì)組學(xué)、癌癥蛋白質(zhì)基因組學(xué)、用于PTM分析的4D-Epiproteomics?、用于LDT開發(fā)的靶向蛋白質(zhì)組學(xué)以及用于免疫腫瘤學(xué)中新抗原發(fā)現(xiàn)的免疫肽組學(xué)等多項(xiàng)應(yīng)用方面取得進(jìn)展。

*  全新 PaSER 實(shí)時(shí)4D-蛋白質(zhì)組搜索軟件實(shí)現(xiàn)了MOMA（mobility-offset-mass-aligned） CCS分離co-eluting or isobaric peptides的可視化，大幅推進(jìn)磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)在癌癥研究的應(yīng)用；GPU de novo測序增強(qiáng)了免疫肽組學(xué)研究；新穎的TIMScore?在相同F(xiàn)DR時(shí)，提高了肽段鑒定的可信度和蛋白質(zhì)鑒定數(shù)量。

美國馬薩諸塞州比爾里卡 —— 2021年6月1日，布魯克在其全球4D-蛋白質(zhì)組學(xué)?eXceed網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上（eXceed Symposia 2021 | Bruker）推出了兩款全新的timsTOF質(zhì)譜儀。這兩款儀器在無偏蛋白質(zhì)組學(xué)、表觀蛋白質(zhì)組學(xué)/PTM表征和無偏高深度多組學(xué)生物標(biāo)記物發(fā)現(xiàn)（例如用于癌癥液體活檢研究）中展現(xiàn)優(yōu)勢，進(jìn)一步推進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了新的應(yīng)用和方法。布魯克的合作伙伴利用大規(guī)模CCS支持的4D-蛋白質(zhì)組學(xué)和4D-表觀蛋白質(zhì)組學(xué)的高分析速度、高靈敏度和高動(dòng)態(tài)范圍等特性，在無偏單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)、磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)和血漿蛋白質(zhì)組學(xué)方面取得重大進(jìn)展。

2020年底，Mann團(tuán)隊(duì)利用timsTOF新研發(fā)的原型機(jī)發(fā)表的一篇論文，突破性地鑒定到1,400多個(gè)蛋白質(zhì)，成功展示了無偏、真單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)，解決了單細(xì)胞生物學(xué)和病理生物學(xué)的定量問題¹。與此同時(shí)，布魯克加快了產(chǎn)品開發(fā)，成功推出了超高靈敏度的timsTOF SCP系統(tǒng)，適用于無偏、定量單細(xì)胞4D-蛋白質(zhì)組學(xué)，高靈敏度的優(yōu)勢可用于免疫肽組學(xué)中發(fā)現(xiàn)新抗原。

自 2017 年推出 timsTOF Pro 以來，該系統(tǒng)為研究人員提供了無偏CCS檢測數(shù)據(jù)用于4D-蛋白質(zhì)組學(xué)的新功能，提供高通量和高穩(wěn)定性等優(yōu)勢，樣品用量可減少5-20倍，單次深度蛋白質(zhì)組學(xué)分析時(shí)間可縮短3-5倍。

隨著第二代 timsTOF Pro 2 的推出，布魯克持續(xù)推進(jìn)CCS支持的4D-蛋白質(zhì)組學(xué)以及4D-表觀蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展。本文中的4D-蛋白質(zhì)組學(xué)的定義為廣義上所有蛋白質(zhì)翻譯后修飾(PTMs)的表征。timsTOF Pro 2 采用60分鐘梯度，進(jìn)樣200ng HeLa消化液展現(xiàn)了>6,000個(gè)蛋白和>60,000條特異性肽段的鑒定覆蓋深度。并且，以10倍低的上樣量進(jìn)行分析，亦能獲得良好的蛋白質(zhì)組和表觀蛋白質(zhì)組覆蓋深度，如20ng HeLa消化液中可以鑒定到約4,000個(gè)蛋白和30,000條特異性肽段。timsTOF Pro 2 出色的靈敏度大幅增強(qiáng)了檢測性能，以支持CCS、無偏、大規(guī)模4D-表觀蛋白組學(xué)在翻譯后修飾（PTMs）中，如磷酸化蛋白組學(xué)和泛素化的相關(guān)研究，這在生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和疾病生物學(xué)，尤其是癌癥研究中，都具有極重要的意義。

布魯克還發(fā)布了用于4D-蛋白質(zhì)組學(xué)分析的PaSER實(shí)時(shí)搜索軟件。新發(fā)布的 PaSER 2022 利用獨(dú)特的tims/PASEF方法為生物信息學(xué)提供了大規(guī)模CCS支持。例如，TIMScore? 利用所有分析肽段的第四維數(shù)值（CCS）來增加肽段鑒定的可信度。使用CCS數(shù)值可減少冗余肽序列的模糊性——在相同F(xiàn)DR下，增加更多蛋白和特異性肽段的鑒定量。

布魯克公司總裁兼首席執(zhí)行官Frank H. Laukien表示：“timsTOF SCP是一款用于無偏、深層和定量單細(xì)胞生物學(xué)的革命性新工具，與scRNA測序提供補(bǔ)充。未來，在多組學(xué)生物標(biāo)記物的研究中，透過將轉(zhuǎn)錄組學(xué)與無偏、深入、定量分析的蛋白質(zhì)組學(xué)和表蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，單細(xì)胞生物學(xué)和病理學(xué)的基礎(chǔ)研究將大大受益于此數(shù)據(jù)結(jié)合下對(duì)基因表達(dá)中進(jìn)一步的了解。在液體活檢中，臨床上需要提高對(duì)癌癥I/II期檢測靈敏度和改善陽性預(yù)測值，以及治療耐藥性的早期發(fā)現(xiàn)。在癌癥細(xì)胞基因組學(xué)、表觀臨體學(xué)、宿主免疫反應(yīng)和腫瘤微環(huán)境的整合多組學(xué)深度學(xué)習(xí)中，無偏蛋白質(zhì)組學(xué)和PTM與NGS具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，可進(jìn)一步取得陽性預(yù)測值的重大進(jìn)展，造福于患者?！?br/>

A   timsTOF SCP 發(fā)布

timsTOF SCP是布魯克與馬克斯·普朗克生物化學(xué)研究所Matthias Mann教授研究團(tuán)隊(duì)的合作成果，同時(shí)與Evosep公司在超低流速~100nL/min的平臺(tái)上共同開發(fā)了新的Whisper方法。

timsTOF SCP在數(shù)據(jù)非依賴性采集dia-PASEF或平行反應(yīng)監(jiān)測prm-PASEF方法中，提高了五倍的離子傳輸率。dia-PASEF²方法與帶有Whisper的Evosep One LC平臺(tái)相結(jié)合，進(jìn)行了數(shù)百個(gè)單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)分析¹，證明了真實(shí)、無偏4D-蛋白質(zhì)組學(xué)用于單細(xì)胞的分析的出色性能，每個(gè)細(xì)胞可定量約1,500個(gè)蛋白質(zhì)。timsTOF SCP具有超高靈敏度，可進(jìn)行無偏單細(xì)胞（對(duì)單個(gè)或幾個(gè)細(xì)胞進(jìn)行激光捕獲顯微切割）蛋白質(zhì)組學(xué)研究，其超高靈敏度也可應(yīng)用于免疫腫瘤學(xué)研究領(lǐng)域中，免疫肽組學(xué)的新抗原發(fā)現(xiàn)。同時(shí)timsTOF SCP可將單細(xì)胞生物學(xué)應(yīng)用范圍從基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)，成功擴(kuò)展到無偏、定量4D-蛋白質(zhì)組學(xué)。

定量生物學(xué)現(xiàn)在也可以使用無偏單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)來完成。相較于mRNA僅具有較少的拷貝數(shù)，處于生長周期不同階段的細(xì)胞具有足夠拷貝數(shù)的蛋白質(zhì)，可以觀察并統(tǒng)計(jì)相關(guān)的豐度變化。

Matthias Mann教授表示：“我很高興在有生之年能看到單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的出現(xiàn)，之前我一直以為這件事情不會(huì)發(fā)生。單細(xì)胞技術(shù)正在徹底改變生物學(xué)，但目前主要局限于成像和深度測序。然而，蛋白質(zhì)是細(xì)胞功能的主要驅(qū)動(dòng)因素，使用timsTOF SCP等儀器，以質(zhì)譜為檢測基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)單個(gè)細(xì)胞的深度表征具有高度的互補(bǔ)性。我們對(duì)與布魯克的合作非常滿意，并祝賀布魯克團(tuán)隊(duì)將新型timsTOF SCP技術(shù)快速商業(yè)化?！?/p>

B   新一代 timsTOF Pro 2 發(fā)布

timsTOF Pro 2 是蛋白質(zhì)組學(xué)分析的新主力，適用于血漿、組織樣本和細(xì)胞培養(yǎng)的高穩(wěn)定、無偏、高深度和定量4D-蛋白質(zhì)組學(xué)和4D-表觀蛋白質(zhì)組學(xué)研究。該技術(shù)進(jìn)一步與優(yōu)化的dda-PASEF、dia-PASEF和prm-PASEF方法相結(jié)合，提供行業(yè)領(lǐng)先的性能以及無與倫比的高穩(wěn)定性和高通量。對(duì)200ng的HeLa消化液進(jìn)行60分鐘梯度分析，timsTOF Pro 2 可以通過dda-PASEF檢測超過6,000個(gè)蛋白和大于60,000特異性條肽段。此外，對(duì)于低10倍的樣品上樣量，新的高靈敏度分析方法，對(duì)20ng的HeLa消化液進(jìn)行30分鐘梯度的采集，可以鑒定>3,500個(gè)蛋白和>25,000個(gè)特異性肽段，實(shí)現(xiàn)高覆蓋率蛋白分析。

圖：全新 timsTOF Pro 2 系統(tǒng)

timsTOF Pro 2 改進(jìn)了dia-PASEF工作流程實(shí)驗(yàn)設(shè)置界面，在60分鐘梯度內(nèi)，可以在200ng消化液中鑒定約8,000個(gè)蛋白和70,000條肽段。

timsTOF Pro 2 的性能改進(jìn)對(duì)于4D-表觀蛋白質(zhì)組學(xué)，尤其是磷酸蛋白質(zhì)組學(xué)至關(guān)重要。磷酸化是信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵，且在癌癥和其他疾病中經(jīng)常被錯(cuò)誤調(diào)節(jié)。在分析前，磷酸化肽段必須進(jìn)行富集，研究人員通常從幾毫克的生物材料開始進(jìn)行前處理，以確保能分離出足夠數(shù)量的磷酸化肽段進(jìn)行分析。正如德國美因茨大學(xué)醫(yī)學(xué)中心免疫學(xué)研究所Stefan Tenzer教授所展示的，timsTOF Pro 2 可以從起始材料僅有150ug的蛋白質(zhì)中鑒定27,768條特異性磷酸化肽段。另外一特別亮點(diǎn)在于，通過TIMS和PASEF組合，該研究成功分離了457種共洗脫的磷酸化異構(gòu)體。即便只有25ug蛋白質(zhì)，也可以鑒定不少于4,400種磷酸肽，為后續(xù)穿刺活檢磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)鋪平了道路。

Tenzer教授表示：“除了高靈敏度之外，TIMS技術(shù)的一個(gè)獨(dú)特方面是它能夠通過離子淌度來解析氣相中的位置磷酸化異構(gòu)體，對(duì)信號(hào)通路提供更詳細(xì)的信息?！?/p>

靈敏度對(duì)于免疫肽組學(xué)來說至關(guān)重要，瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡研究所腫瘤與病理學(xué)系生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室Janne Lehti?教授表示：“timsTOF Pro的性能給我們留下了深刻的印象。特別是timsTOF Pro的分析速度和靈敏度使我們能夠從有限數(shù)量的樣本中得到更多的免疫肽段，我們期待這些肽段對(duì)于新抗原發(fā)現(xiàn)和癌癥免疫腫瘤治療個(gè)性化療法的開發(fā)提供幫助?！?/p>

C   PaSER 的新功能

PaSER 2022 的新功能包括：MOMA 瀏覽器、實(shí)時(shí)de novo肽段測序、用于無偏4D-蛋白質(zhì)組學(xué)的 TIMScore?，以及“Run & Done（實(shí)時(shí)）”搜索。

麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)卡爾實(shí)驗(yàn)室的Sebastian Vaca博士表示：“PaSER流程在timsTOF Pro上的實(shí)時(shí)檢測結(jié)果大大節(jié)省了搜索時(shí)間，使我們能夠更快地開發(fā)檢測方法，了解當(dāng)下LC及其儀器性能，大大提高了蛋白質(zhì)組學(xué)和 PTM 研究的效率。”

PaSER現(xiàn)在有一個(gè)MOMA瀏覽器，可以通過大規(guī)模CCS值來表征co-eluting or isobaric peptides?；贕PU搜索的研究已經(jīng)擴(kuò)展到免疫蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域。通過與Tony Purcell教授和Bioinformatics Solutions公司合作，真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)de novo測序，為新抗原發(fā)現(xiàn)提供了新途徑。

最后，PaSER 2022 整合了支持CCS值的全新數(shù)據(jù)庫搜索的新算法——TIMScore?，該算法是與John Yates教授共同開發(fā)，由機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)。TIMScore為第一個(gè)支持CCS數(shù)據(jù)庫的搜索算法，并增加了蛋白質(zhì)和肽段的鑒定量，并同時(shí)保持了FDR控制和實(shí)時(shí)搜索速度。

參考資料

1. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.12.22.423933v1

2. diaPASEF: parallel accumulation-serial fragmentation combined with data-independent acquisition. Meier F, Brunner AD, Frank M, Ha A, Bludau I, Voytik E, Kaspar-Schoenefeld S, Lubeck M, Raether O, Bache N, Aebersold R, Collins BC, R?st HL, Mann M., Nature Methods. 2020 Dec;17(12):1229-1236. doi: 10.1038/s41592-020-00998-0. Epub 2020 Nov 30. PMID: 33257825