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细胞是生命体的小组成单位,遗传及外部环境等因素使单个细胞异质性广泛存在于众多生物体中。传统的生物学实验获得的结果是大量细胞的平均测量值,因此在单细胞层面开展研究对于理解细胞的生长发育以及疾病的诊断与治疗至关重要。蛋白质作为生命活动的主要承担者,可以为其提供更为直接且更有价值的表型信息,因此成为单细胞研究的热点目标。
2021年1月27日,美国东北大学的Nikolai Slavov教授团队在Genome Biology期刊上在线发表了题为“Single-cell proteomic and transcriptomic analysis of macrophage heterogeneity using SCoPE2”的研究论文,该研究采用Minimal ProteOmic sample Preparation (mPOP)样本处理和TMT标记方法,优化了单细胞蛋白质组(SCoPE-MS)的实验流程,进而对单个哺乳动物细胞进行质谱分析,量化细胞分化过程中的单细胞蛋白质丰度和异质性。
SCoPE2的总体工作流程如下图所示。单个细胞被分离在单独的孔中,进行裂解,并将其蛋白质消化成肽。来自每个单个细胞的肽串联质谱标签(TMT)共价标记,因此,具有相同序列(和质量)的标记肽在MS1扫描中显示为相同m/z的峰,质谱仪器会将这些峰分离并将其进一步碎裂。除了产生有助于肽段鉴定的片段外,碎片还产生报告离子(RI),其丰度反映相应样本(单细胞)中的蛋白质丰度。
SCoPE2相对于SCOPE-MS的主要进展
SCoPE2不是通过聚焦声波裂解来裂解细胞,而是通过少的蛋白质样品制备(mPOP)裂解细胞。mPOP使用冷冻-加热循环,可在纯水中有效地提取蛋白质,从而避免了MS分析之前的样本损失。mPOP允许在多孔板中制备样品,从而可以与PCR热循环仪和液体分配器并行处理多个样品。这种对SCoPE-MS的改进使SCoPE2能够将裂解体积减少10倍,从10μl减少到1μl,将耗材和设备的成本降低100倍以上,并通过并行处理将样品制备的通量提高100倍以上。
SCoPE2引入了更短的NLC梯度,这允许每单位时间分析更多细胞。此外,采用了更窄的分离窗口(0.7 Th)改善离子分离,从而改善了定量。
主要是利用他们同时开发的DO-MS:质谱法的数据驱动优化。
同时也通过他们组之前开发的DART-ID去做蛋白肽段的鉴定的优化,这样更加准确的知道每条肽段所对应的蛋白。
图1. 通过主成分分析识别不同细胞簇
单细胞蛋白质和RNA数据的联合分析
图2. 单细胞RNA和蛋白质数据的联合分析
结论
SCoPE2提高了单细胞蛋白质质谱分析的可及性、通量和准确性。这些改进使我们能够描述骨髓细胞分化过程中出现的异质性,并探索调控相互作用。所描述的方法学是通用的,可广泛应用于推动描述性单细胞研究向分子机制的定量探索方向发展。
单细胞的蛋白组和转录组联合解析巨噬细胞的异质性
Single-cell proteomic and transcriptomic analysis of macrophage heterogeneity
期刊名称:Genome Biology
IF:10.806
技术策略:单细胞蛋白质组学
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