timsTOF Pro 质谱助力微量样本进行4D蛋白质组学研究

蛋白质作为功能分子，在生命活动中起到非常关键的作用。蛋白质组学研究的最终目标是对整个组织或细胞蛋白质组进行全面的研究。基于质谱(MS)的蛋白质组学已经成为全球范围内测量生物系统中蛋白质分子的主要工具之一。可以从复杂的蛋白质组中识别和定量数千个蛋白质。在2020年12月，Nature Methods上发表了《diaPASEF: parallel accumulation-serial fragmentation combined with data-independent acquisition》一文，把蛋白质组学的研究推入了4D时代。文章中提到的timsTOF Pro 4D质谱技术通过分析分子量和离子淌度的相关性，搭配DIA数据采集模式，不仅覆盖了选择窗口中整个质核比范围，还提高了识别入射离子的分辨率，从而可以鉴定到更多的蛋白质种类，也更加具有微量样本检测优势。这为科研用户对极难获得的珍贵样本进行研究提供了保证。timsTOF Pro质谱仪稳定性高、对于修饰肽段的鉴定可靠性增加的特点，也使科研用户们可以用此质谱仪应对更广泛的科学研究问题。

01 技术原理

利用质谱仪开展的蛋白组学研究中，质谱的扫描速度会影响蛋白的鉴定深度。引入双TIMS/PASEF® (Parallel Accumulation - SErial Fragmentation平行累积串行碎裂)分离技术的timsTOF Pro平台使得蛋白质组学进入了4D蛋白质组学新时代。传统的3D分离技术包括保留时间（retention time）、质荷比（m/z）、离子强度（intensity），4D分离技术增加了第四个维度——离子淌度（mobility），进而大幅度的提高了扫描速度和检测灵敏度，大幅提升蛋白鉴定的数量和覆盖率。timsTOF Pro创新性地使用了双TIMS分离/富集装置，离子在第一个TIMS部分中进行累积，在第二个TIMS中根据淌度进行分离，经过分离后的离子继续用于MS/MS碎裂。往复进行此过程，当第二个TIMS进行分离时，第一个TIMS也同时在平行地累积离子，这样可以实现近乎100％的离子利用率，并减少1价离子（杂离子）的干扰。

工作原理
 

02   技术优势

☑ 更快的速度，大于 120 Hz MS/MS，是实际样本分析扫描速度最快的质谱仪。

☑ 更高的灵敏度，利用离子淌度在时间和空间进行聚焦，使灵敏度提高了20倍，对微量样品适应性好。

☑ 更高的专属性，与传统3D质谱相比增加了离子淌度这一维度，可对待测蛋白进行四维鉴定和定量分析，提高谱图可靠性。

☑ 更高的峰容量，通过离子淌度维度的加入使峰容量增加了10倍，能鉴定到更多的蛋白。

☑ 在任何速度下均能保持高分辨率。

☑ 性能稳定，耐脏，重现性好。

03   实验流程

 

04   应用场景

05   应用样本类型

06   微量样本数据结果展示

SBC对微量Hela QC样本、流式分选肝癌细胞样本和冰冻眼眶显微切割样本开展了蛋白质组实验，并进行了生物信息学分析。结果展示如下：

由以上结果可以看出，在微量Hela QC样本、流式分选肝癌细胞样本和冰冻眼眶显微切割样本的测试中，即使在微量样本中仍然可以鉴定出数千的蛋白质，这相比于其他的质谱平台，在鉴定数量上大大提高，占有绝对的优势。使用此蛋白质谱平台可以得到准确且高质量的数据和分析结果，在微量样本使用方面可满足蛋白领域科研用户的更多需求。

07   数据分析部分结果展示

差异蛋白分析：

功能挖掘：

08   研究思路

09   应用案例

案例一：4D蛋白质组学分析新冠肺炎早期的免疫抑制特征

影响因子：17.694

发表时间：2020.11

发表期刊：Nature Communications

 

本研究利用4D定量蛋白质组学检测技术（4D-DIA）对来自新冠肺炎感染者、健康捐献者和非新冠病毒感染的肺炎患者的尿样进行分析。检测到的分子水平变化暗示新冠肺炎感染早期阶段存在免疫抑制和tight junction的损伤发生。研究者进一步将新冠肺炎患者按照疾病程度分为中度和重度两组并进行比较发现：在重度患者中出现了激活的免疫反应，并提出了新冠病毒感染的“两阶段”发病机制。基于上述结果，他们加深了对新冠肺炎感染临床特征的理解，并为未来研究机制和治疗方法提供资源。

原文：Immune suppression in the early stage of COVID-19 disease

案例二：多组学分析揭示了疤痕和再生伤口愈合过程中不同的分子事件

影响因子：25.269

发表时间：2022.02

发表期刊：Cell Stem Cell

 

再生是组织修复的关键，但皮肤损伤通常会产生纤维化的、无功能的疤痕。开发促进再生的疗法需要严格了解从损伤到纤维化或再生的分子进展。在此，研究者在转录（单细胞RNA测序）、蛋白质（TIMSTOF蛋白质组学）和组织（细胞外基质超微结构分析）水平上对瘢痕与YAP抑制诱导的伤口再生进行分析。结果显示，破坏YAP的机械传导，可以通过激活Trps1和Wnt信号的成纤维细胞产生再生修复。他们也通过体内基因敲除和在伤口中过表达进行验证，确定Trps1是一个关键的调节基因。该研究的发现作为伤口再生的多组学图谱，对病理性纤维化有治疗性意义。

原文：Multi-omic analysis reveals divergent molecular events in scarring and regenerative wound healing