蛋白质组学

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蛋白质组学,糖基化蛋白质组学,多组学联合分析
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「青莲百奥聚焦」单细胞蛋白质组学的时代已来,您准备好了吗

2021-04-13 00:00:00
“为什么要做单细胞蛋白质组学呢?”
这个问题简单来说,世界上没有两片相同的叶子。
对于多细胞生物来说,细胞与细胞之间是有差异的。

比如说,受精卵从一个细胞开始分裂,并逐渐形成囊胚,最终发育成个体的时候,细胞与细胞之间的差异会越来越大:有的分化成神经元,有的分化成骨骼肌,各自表达着不同的遗传信息,承担着不同的生理功能。


又比如解析器官细胞组成,一个器官有多种细胞组成,完成不同的生理功能,如果只在器官水平研究蛋白组,这就不能更精细化解释生命机理。

这就是所谓的遗传信息的异质性。传统的组学研究方法,是在多细胞水平进行的。因此,最后得到的信息,其实是多个细胞的平均,丢失了异质性的信息。




单细胞蛋白组技术难点在哪?


01单细胞捕获困难

从大量细胞中分离出单个细胞或者是将组织解离出单个细胞,都是非常具有挑战的技术难点,需要针对不同的样本设计不同的辅助设备来完成单细胞的捕获。


02样品量极少前处理困难

单个人类体细胞的蛋白量约为100到200pg,样品前处理存在很大困难 ,常规蛋白组样品前处理方法仅适用于大量细胞样品的处理, 使用常规反应体系时酶解效率低,样品浓度很低(单细胞样品)时,同样降低酶解效率。


01样本量低质谱采集困难

常规蛋白组学的色谱条件并不适用于如此微量的样本检测,因此需要在色谱条件和质谱采集方法进行改进,突破技术难点。




怎么做单细胞蛋白组


传统的方法基于用DNA序列、荧光团或过渡金属条形码编码的抗体来识别和量化有限数量的蛋白质。然而,许多抗体对其靶标蛋白具有低特异性,会导致非特异性蛋白检测,而且每个细胞只能分析几十种蛋白质。新兴的单细胞质谱法(MS)方法将允许对蛋白质及其翻译后修饰、相互作用和降解机制进行高通量分析(图1),这些新兴技术无需使用抗体即可通过MS分析单细胞。

例如SCoPE-MS技术是以显微镜筛选的方法构建单细胞样品,并采用液质联用分析技术和同位素标记定量技术改进组合而成。该技术的发展的一个关键驱动因素是多元实验设计的发展,其中通过添加载体蛋白并结合单个细胞进行标记,这样的设计使载体蛋白减少了粘附到设备表面的单个细胞的蛋白损失,同时增强了肽的识别能力。载体蛋白方法还可以扩展到通过使用由PTMs肽组成的载体来量化PTMs,同时避免从单个细胞富集修饰蛋白质造成损失。

采用nano-POTS技术,nano LC分离,使用FAIMS Pro + Eclipse分析鉴定单细胞蛋白的方法,对于哺乳动物细胞能够鉴定到比不使用faims技术多2.3倍的蛋白。并用这个方法分析了人类单个运动神经元细胞和单个中间神经元细胞。结果显示这两种亚群细胞有类似的蛋白覆盖率。


科学家们分别从样本制备(单个细胞的获取、从细胞中高效提取蛋白质、通过特定的表面进行富集)、质谱策略(液相分离的条件、质谱数据采集)、数据挖掘等一系列不同的方法进行研究,单细胞蛋白质组学并不是遥远的梦。

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