從發(fā)現(xiàn)到靶向蛋白質(zhì)組學(xué)：基于MRMHR肽段定量完整工作流程
生物標(biāo)志物在疾病診斷、監(jiān)測(cè)、預(yù)后判斷及治療方案選擇中發(fā)揮關(guān)鍵作用[1]。各類(lèi)生物標(biāo)志物的常規(guī)檢測(cè)為疾病治療、早期發(fā)現(xiàn)和疾病診斷分級(jí)提供了重要支撐。本文介紹了一套完整的數(shù)據(jù)分析工作流：基于ZenoTOF 7600系統(tǒng)(SCIEX)，利用PEAKS Studio 13.1軟件(Bioinformatics Solutions Inc,BSI），實(shí)現(xiàn)從DDA的發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)組學(xué)，到基于MRMHR的靶向定量分析。
前言
蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物備受關(guān)注的核心原因在于其是絕大多數(shù)生物學(xué)過(guò)程的主要執(zhí)行者[2]。因此，對(duì)其進(jìn)行深入分析可以揭示疾病的內(nèi)在發(fā)生機(jī)制，有助于全面理解當(dāng)下所研究的臨床課題。為助力新型生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)，我們基于PEAKS Studio軟件與ZenoTOF 7600系統(tǒng)，構(gòu)建了一套全面且精簡(jiǎn)的靶向蛋白質(zhì)組學(xué)工作流。已有研究表明，借助Zeno阱可提升的序列覆蓋率，ZenoTOF 7600系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)全面的蛋白質(zhì)表征，又能對(duì)治療用蛋白藥物進(jìn)行靈敏定量[3]。
Figure 1. Comprehensive Workflow for MRMHR-based Peptide Quantitation in PEAKS Studio. A. PEAKS Studio supports discovery proteomics data acquired using ZenoTOF 7600 or 8600 systems. Using a novel tool, Transition List Generator, users can create the precursor list of desired targets and export it in a format directly supported by SCIEX OS. B. Output precursor list is imported and acquired using SCIEX MRMHR methodology. C. PEAKS Studio MRMHR data analysis includes automated, or user directed Target Peptide Quantification.
實(shí)驗(yàn)方法
Table 3. PEAKS Studio DDA search.
Table 4. PEAKS Studio MRMHR peptide quantification parameters.
研究結(jié)果
我們整合了發(fā)現(xiàn)與靶向定量工作流，利用TNF-α 標(biāo)準(zhǔn)蛋白驗(yàn)證了PEAKS Studio對(duì)MRMHR數(shù)據(jù)的分析能力。對(duì)TNF-α蛋白胰蛋白酶酶解產(chǎn)物進(jìn)行DDA分析，結(jié)果表明，在PSM FDR<1%及protein score>20的過(guò)濾條件下，共檢測(cè)到89個(gè)特異性肽段，蛋白序列覆蓋率達(dá)64.81%。
將ZenoTOF 7600系統(tǒng)Zeno阱的高靈敏度優(yōu)勢(shì)，與從頭測(cè)序輔助數(shù)據(jù)庫(kù)搜索及PEAKS獨(dú)特的PTM搜索算法結(jié)合，除未修飾肽段外，還可同時(shí)識(shí)別多種修飾肽段，最終將蛋白序列覆蓋率提升至73.39%(Figure 2)。
Figure 2. Sequence coverage view in PEAKS Studio for TNFA_HUMAN (P01375).
在對(duì)目標(biāo)肽段的定量分析與篩選過(guò)程中，需考慮以下要點(diǎn)：所選特征肽段需具備可與基質(zhì)有效區(qū)分的獨(dú)特序列，且該肽段不易發(fā)生化學(xué)修飾、不含翻譯后修飾位點(diǎn)。通過(guò)Transition List Generator，篩選出3條未修飾的目標(biāo)肽段，用于后續(xù)的MRMHR采集(Figure 3)。具體而言，用戶(hù)可搜索并篩選目標(biāo)母離子，確保所選母離子在LC-MS map view 中及選定的保留時(shí)間窗口內(nèi)無(wú)信號(hào)重疊；此外，用戶(hù)還可在注釋譜圖視圖中對(duì)碎片離子進(jìn)行驗(yàn)證。軟件適配SCIEX OS中的自定義導(dǎo)出按鈕，可將所選目標(biāo)以兼容格式導(dǎo)出，用于MRMHR采集。
MRMHR數(shù)據(jù)無(wú)需轉(zhuǎn)換格式可直接導(dǎo)入PEAKS Studio軟件，并按照前文所述參數(shù)，通過(guò)內(nèi)置的自動(dòng)化非標(biāo)記PRM工作流完成數(shù)據(jù)分析。
Figure 3. PEAKS Transition List Generator View. Transition List Generator supports data import from any DDA/DIA PEAKS analysis result, pre-created precursor list, and Spectral Library (including the .blib format). A compatible precursor list export for SCIEX OS is available.
我們基于3條特異性未修飾肽段完成了蛋白質(zhì)定量分析，定量結(jié)果與預(yù)期符合，含量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。
Figure 4. A. Target Peptide quantification.B. Target Protein quantification.
Figure 5. Peptide quantification with manual editing and validation.
討論
本篇應(yīng)用驗(yàn)證了一套聯(lián)合PEAKS Studio軟件與ZenoTOF 7600系統(tǒng)，可用于新型生物標(biāo)志物靈敏發(fā)現(xiàn)與定量的研究策略。以TNF-α標(biāo)準(zhǔn)蛋白酶解產(chǎn)物為研究對(duì)象，通過(guò)PEAKS Studio13.1完成了一套精簡(jiǎn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析流程，包括發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)分析、已鑒定目標(biāo)母離子篩選，以及最終通過(guò)自動(dòng)化PRM工作流程實(shí)現(xiàn)靶向肽段定量。我們還進(jìn)一步驗(yàn)證了PEAKS Studio在碎片離子編輯和保留時(shí)間的調(diào)整的靈活性，且所有分析結(jié)果完整透明、可追溯。
參考文獻(xiàn)
[1]Wenk, D., Zuo, C., Kislinger, T. et al. Recent developments in mass-spectrometry-based targeted proteomics of clinical cancer biomarkers. Clin Proteom 21, 6 (2024). https://doi.org/10.1186/s12014-024-09452-1.
[2]Yaffe MB. Why geneticists stole cancer research even though cancer is primarily a signaling disease. Sci Signal.2019 Jan 22;12(565):eaaw3483. doi: 10.1126/scisignal.aaw3483. PMID: 30670634.
[3]Enhanced sensitivity for peptide quantification in a complex matrix using high-resolution LC-MS/MS. SCIEX technical note, RUO-MKT-02-13324-A.
作為生物信息學(xué)的領(lǐng)軍企業(yè)，BSI專(zhuān)注于蛋白質(zhì)組學(xué)和生物藥領(lǐng)域，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和先進(jìn)算法提供世界領(lǐng)先的質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析軟件和蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)解決方案，以推進(jìn)生物學(xué)研究和藥物發(fā)現(xiàn)。我們通過(guò)基于AI的計(jì)算方案，為您提供對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)和醫(yī)學(xué)的卓越洞見(jiàn)。旗下著名的PEAKS®️系列軟件在全世界擁有數(shù)千家學(xué)術(shù)和工業(yè)用戶(hù)，包括：PEAKS®️ Studio，PEAKS®️ Online，PEAKS®️ GlycanFinder, PEAKS®️ AB，ProteoformXTM,DeepImmu®️ 免疫肽組發(fā)現(xiàn)服務(wù)和抗體綜合表征服務(wù)等。
前言
蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物備受關(guān)注的核心原因在于其是絕大多數(shù)生物學(xué)過(guò)程的主要執(zhí)行者[2]。因此，對(duì)其進(jìn)行深入分析可以揭示疾病的內(nèi)在發(fā)生機(jī)制，有助于全面理解當(dāng)下所研究的臨床課題。為助力新型生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)，我們基于PEAKS Studio軟件與ZenoTOF 7600系統(tǒng)，構(gòu)建了一套全面且精簡(jiǎn)的靶向蛋白質(zhì)組學(xué)工作流。已有研究表明，借助Zeno阱可提升的序列覆蓋率，ZenoTOF 7600系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)全面的蛋白質(zhì)表征，又能對(duì)治療用蛋白藥物進(jìn)行靈敏定量[3]。
PEAKS Studio軟件支持對(duì)ZenoTOF 7600系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行高靈敏度、高可靠性的組學(xué)數(shù)據(jù)分析，然后從DDA或數(shù)據(jù)非依賴(lài)采集(SWATH或ZT掃描)數(shù)據(jù)結(jié)果中篩選目標(biāo)母離子，供下一步的靶向數(shù)據(jù)采集；然后通過(guò)PRM工作流，對(duì)目標(biāo)母離子對(duì)應(yīng)的肽段/蛋白質(zhì)進(jìn)行定量(Figure 1)。我們通過(guò)對(duì)TNF-α 蛋白的靈敏準(zhǔn)確定量，驗(yàn)證了該流程的準(zhǔn)確性。
Figure 1. Comprehensive Workflow for MRMHR-based Peptide Quantitation in PEAKS Studio. A. PEAKS Studio supports discovery proteomics data acquired using ZenoTOF 7600 or 8600 systems. Using a novel tool, Transition List Generator, users can create the precursor list of desired targets and export it in a format directly supported by SCIEX OS. B. Output precursor list is imported and acquired using SCIEX MRMHR methodology. C. PEAKS Studio MRMHR data analysis includes automated, or user directed Target Peptide Quantification.
實(shí)驗(yàn)方法
- 樣品制備
- 色譜條件
Table 1. LC method.
- 質(zhì)譜分析
Table 2. Source, gas, and MS conditions.
- 數(shù)據(jù)處理
Table 3. PEAKS Studio DDA search.
Table 4. PEAKS Studio MRMHR peptide quantification parameters.
我們整合了發(fā)現(xiàn)與靶向定量工作流，利用TNF-α 標(biāo)準(zhǔn)蛋白驗(yàn)證了PEAKS Studio對(duì)MRMHR數(shù)據(jù)的分析能力。對(duì)TNF-α蛋白胰蛋白酶酶解產(chǎn)物進(jìn)行DDA分析，結(jié)果表明，在PSM FDR<1%及protein score>20的過(guò)濾條件下，共檢測(cè)到89個(gè)特異性肽段，蛋白序列覆蓋率達(dá)64.81%。
將ZenoTOF 7600系統(tǒng)Zeno阱的高靈敏度優(yōu)勢(shì)，與從頭測(cè)序輔助數(shù)據(jù)庫(kù)搜索及PEAKS獨(dú)特的PTM搜索算法結(jié)合，除未修飾肽段外，還可同時(shí)識(shí)別多種修飾肽段，最終將蛋白序列覆蓋率提升至73.39%(Figure 2)。
Figure 2. Sequence coverage view in PEAKS Studio for TNFA_HUMAN (P01375).
在對(duì)目標(biāo)肽段的定量分析與篩選過(guò)程中，需考慮以下要點(diǎn)：所選特征肽段需具備可與基質(zhì)有效區(qū)分的獨(dú)特序列，且該肽段不易發(fā)生化學(xué)修飾、不含翻譯后修飾位點(diǎn)。通過(guò)Transition List Generator，篩選出3條未修飾的目標(biāo)肽段，用于后續(xù)的MRMHR采集(Figure 3)。具體而言，用戶(hù)可搜索并篩選目標(biāo)母離子，確保所選母離子在LC-MS map view 中及選定的保留時(shí)間窗口內(nèi)無(wú)信號(hào)重疊；此外，用戶(hù)還可在注釋譜圖視圖中對(duì)碎片離子進(jìn)行驗(yàn)證。軟件適配SCIEX OS中的自定義導(dǎo)出按鈕，可將所選目標(biāo)以兼容格式導(dǎo)出，用于MRMHR采集。
MRMHR數(shù)據(jù)無(wú)需轉(zhuǎn)換格式可直接導(dǎo)入PEAKS Studio軟件，并按照前文所述參數(shù)，通過(guò)內(nèi)置的自動(dòng)化非標(biāo)記PRM工作流完成數(shù)據(jù)分析。
Figure 3. PEAKS Transition List Generator View. Transition List Generator supports data import from any DDA/DIA PEAKS analysis result, pre-created precursor list, and Spectral Library (including the .blib format). A compatible precursor list export for SCIEX OS is available.
我們基于3條特異性未修飾肽段完成了蛋白質(zhì)定量分析，定量結(jié)果與預(yù)期符合，含量呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。
Figure 4. A. Target Peptide quantification.B. Target Protein quantification.
除了基于優(yōu)化的內(nèi)部算法和訓(xùn)練模型自動(dòng)選擇用于母離子定量的碎片離子外，PEAKS Studio還支持用戶(hù)根據(jù)自身需求，對(duì)碎片離子進(jìn)行重新評(píng)估與篩選(Figure 5)。軟件提供便捷的保留時(shí)間滑動(dòng)窗口功能，可將碎片離子調(diào)整到滑塊區(qū)間中心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)該范圍內(nèi)峰面積的精確積分。在此過(guò)程中，用戶(hù)還可評(píng)估根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的保留時(shí)間窗口內(nèi)的基質(zhì)干擾。此外，軟件還能自動(dòng)可視化展示每個(gè)肽段的二級(jí)質(zhì)譜(MS/MS)熱圖。
Figure 5. Peptide quantification with manual editing and validation.
討論
本篇應(yīng)用驗(yàn)證了一套聯(lián)合PEAKS Studio軟件與ZenoTOF 7600系統(tǒng)，可用于新型生物標(biāo)志物靈敏發(fā)現(xiàn)與定量的研究策略。以TNF-α標(biāo)準(zhǔn)蛋白酶解產(chǎn)物為研究對(duì)象，通過(guò)PEAKS Studio13.1完成了一套精簡(jiǎn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析流程，包括發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)分析、已鑒定目標(biāo)母離子篩選，以及最終通過(guò)自動(dòng)化PRM工作流程實(shí)現(xiàn)靶向肽段定量。我們還進(jìn)一步驗(yàn)證了PEAKS Studio在碎片離子編輯和保留時(shí)間的調(diào)整的靈活性，且所有分析結(jié)果完整透明、可追溯。
參考文獻(xiàn)
[1]Wenk, D., Zuo, C., Kislinger, T. et al. Recent developments in mass-spectrometry-based targeted proteomics of clinical cancer biomarkers. Clin Proteom 21, 6 (2024). https://doi.org/10.1186/s12014-024-09452-1.
[2]Yaffe MB. Why geneticists stole cancer research even though cancer is primarily a signaling disease. Sci Signal.2019 Jan 22;12(565):eaaw3483. doi: 10.1126/scisignal.aaw3483. PMID: 30670634.
[3]Enhanced sensitivity for peptide quantification in a complex matrix using high-resolution LC-MS/MS. SCIEX technical note, RUO-MKT-02-13324-A.
作為生物信息學(xué)的領(lǐng)軍企業(yè)，BSI專(zhuān)注于蛋白質(zhì)組學(xué)和生物藥領(lǐng)域，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和先進(jìn)算法提供世界領(lǐng)先的質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析軟件和蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)解決方案，以推進(jìn)生物學(xué)研究和藥物發(fā)現(xiàn)。我們通過(guò)基于AI的計(jì)算方案，為您提供對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)和醫(yī)學(xué)的卓越洞見(jiàn)。旗下著名的PEAKS®️系列軟件在全世界擁有數(shù)千家學(xué)術(shù)和工業(yè)用戶(hù)，包括：PEAKS®️ Studio，PEAKS®️ Online，PEAKS®️ GlycanFinder, PEAKS®️ AB，ProteoformXTM,DeepImmu®️ 免疫肽組發(fā)現(xiàn)服務(wù)和抗體綜合表征服務(wù)等。
- BE試驗(yàn)電子化新規(guī)解讀：ELN成實(shí)驗(yàn)室必選項(xiàng)，EDC主攻臨床數(shù)據(jù)
- InDraw全球領(lǐng)跑：AI在化學(xué)結(jié)構(gòu)識(shí)別模型的實(shí)測(cè)
- 從單細(xì)胞到翻譯后修飾組學(xué)的超高靈敏定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析
- 從發(fā)現(xiàn)到靶向蛋白質(zhì)組學(xué)：基于MRMHR肽段定量完整工作流程
- AI+機(jī)器人來(lái)了，科研人員怎么做才不會(huì)被淘汰？
- AI不會(huì)殺死軟件，只會(huì)成為優(yōu)化軟件的生產(chǎn)力工具
- 蛋白質(zhì)組學(xué)基礎(chǔ)——翻譯后修飾組學(xué)的介紹
- 抗CD47抗體的抗腫瘤活性依賴(lài)于與Fc-FcγR的相互作用
- 在線講座：一站式解決Xenium空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析難題
- BSI發(fā)布ProteoformX1.5蛋白質(zhì)組學(xué)分析軟件新版本
- 康昱盛邀您參加講座：晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)驅(qū)動(dòng)的晶型研發(fā)
- 鷹谷斬獲 “BIOCHINA 年度產(chǎn)品” 重磅榮譽(yù)
- 百蓁生物講座：全新ProteoformX™的功能與實(shí)際應(yīng)用
- BSI單寶珍博士邀您共同參加SCIEX蛋白質(zhì)組學(xué)研討會(huì)
- BSI ProteoformX 1.1 蛋白質(zhì)組學(xué)分析軟件全新升級(jí)
- 講座邀約：加速AI驅(qū)動(dòng)的藥物發(fā)現(xiàn)，破解研發(fā)數(shù)據(jù)困局
Copyright(C) 1998-2026 生物器材網(wǎng) 電話：021-64166852;13621656896 E-mail：info@bio-equip.com