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TMT 18标记定量蛋白质组学技术

TMT 18标记定量蛋白质组学技术

  • 所属分类:定性/定量蛋白质组学
  • 浏览次数:
  • 发布日期:2023-05-30 14:25:16
  • 产品概述
  • 案例解析

TMT串联质谱标签试剂Tandem Mass Tag reagents),是由Thermo Scientific公司研发生产的,专为通过串联质谱(MS)对不同样品中的蛋白质进行鉴定和定量而设计。一组标签试剂里的所有标签,均带有相同的质量(例如:同质),化学结构则由一个胺反应性的NHS 酯基团,间隔臂(质量调整区)和质量报告基团(图1)组成。该技术该技术采用16种同位素的标签,通过特异性标记多肽的氨基基团,然后进行串联质谱分析,可同时比较8中不同样品中蛋白质的相对含量。


技术原理

TMT试剂是可与氨基(包括氨基酸N端及赖氨酸侧链氨基)发生反应的标记同位素。在一级质谱图中,不同TMT试剂标记不同样本中的同一肽段有相同的质荷比,色谱行为一致,所以在一级质谱中,不同来源的相同肽段表现为一个峰;在二级质谱中,经过能量碰撞,TMT试剂发生碎裂,报告离子表现为不同质荷比不同的的信号峰,因此根据报告离子峰的高度及面积,可以得到同一肽段在不同样本中的表达差异。


技术优势

覆盖深度较高:经过分级鉴定,可检测出低丰度蛋白,蛋白鉴定深度较高;

较高通量:一次性检测高达18个样本

稳定性好: 一组样本同时被质谱检测,几乎不受仪器稳定性的干扰,系统误差小,稳定性好

缺失值少:能用于后续生物的数据丰富。

适用范围广:可以对多种类型的蛋白质进行标记,包括膜蛋白、核蛋白和胞外蛋白等;


应用领域

生物领域各个研究方面,如:

农林领域:抗逆胁迫机制,生长发育机制,育种保护研究等;

畜牧业:肉类及乳品质研究,致病机理研究等;

基础医学、临床诊断:生物标志物,疾病机理机制,疾病分型,个性化治疗等;

生物医药:药物作用机理,药效评价,药物开发等;

微生物领域:致病机理,耐药机制,病原体-宿主相互作用研究等;

海洋水产:渔业资源,海水养殖,渔业环境与水产品安全等;

生物能源、环境科学领域:发酵过程优化,生物燃料生产,环境危定风险评估研究等;

食品营养:食品储藏及加工条件优化,食品组分及品质鉴定,功能性食品开发,食品安全监检测等。


TMT定量蛋白组学案例解析


新冠肺炎患者血清代谢组学和蛋白组学研究

Proteomic and Metabolomic Characterization of COVID-19 Patient Sera


研究对象:新冠肺炎病人         期刊:Cell

影响因子:38.637                  发表单位:西湖大学生命科学学院郭天南团队



研究背景

新冠肺炎疫情已在全球范围内迅速蔓延, 感染人数超过百万。然而,我们只看到临床症状和影像学特征,对疾病在微观分子层面的信息知之甚少。我们至今仍不清楚新冠病毒感染对患者有什么影响,也不太清楚在临床治疗中,为什么有些轻症患者会在短时间内迅速演变为重症,因此对新冠肺炎临床样本的研究迫在眉睫。


研究策略

根据现行临床诊断标准,血样被分为健康组、普通流感组、新冠感染轻症组、新冠感染重症组。 对血清样本中的蛋白和代谢物的相对浓度进行了全景式的测定。


结果展示

1、在用于疾病分类的蛋白质和代谢物中包含几种已知的病毒感染生物标志物, 例如SAA2,SAA1和CRP,这些标志物已经用于监测COVID-19的严重性。研究团队在蛋白质和代谢物水平上发现了更多具有特征性的分子,可用于建立严重病例的诊断模型。用于分型的蛋白中还包括表达水平异常高于其他蛋白的急性期蛋白,包括SERPINA3。本文数据的潜在益处是应用于广泛病例检测时,可能有利于判断哪些COVID-19患者可能发展为严重病例。

图1蛋白组和代谢物特征物质汇总


2、与健康组、普通流感组和轻症组相比,新冠肺炎重症患者的样本中出现了93种特有的蛋白表达和204个特征性改变的代谢分子。其中50种蛋白, 与患者体内的巨噬细胞、补体系统、血小板脱颗粒有关。研究团队还发现,在新冠病毒感染的重症患者体内,有100多种氨基酸及100多种脂质均出现显著减少。这可能是病毒迅速扩增导致的消耗,为临床医生监控病情和制定调整治疗方案提供了一定的参考。

COVID-19感染后根据组学数据推测的重症患者体内的巨噬细胞、血小板、补体系统的作用通路图。这些蛋白质和代谢物有望成为提前诊断重症患者的生物标记物和治疗的靶点。

图2关键蛋白和代谢物在COVID-19患者体内工作模式图



本文通过系统的蛋白质组学代谢组学方法,研究了来自多个COVID-19患者组和对照组的血清样品,通过一组血清蛋白和代谢产物的分析,能用于早期发现 COVID-19患者的发展为危重病例的潜在可能性。本文数据提供了由SARS-CoV-2感染引起的血液分子变化的全景视图,这可能在对抗COVID-19大流行的持续斗争中提供有用的诊断和治疗线索。


参考文献

Bo Shen, et al. (2020) Proteomic and Metabolomic Characterization of COVID-19 Patient Sera. Cell.


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药物靶点(Drug Target)是指体内具有药效功能并能被药物作用的生物大分子,作为药物靶点的主要蛋白家族就有GPCR受体,离子通道、核受体、激酶等。自21世纪以来,基于靶点的药物发现模式逐渐取代了传统的基于药物化学结构的发现模式,成为现代创新药物研发的主流模式。


因此,事先确定靶向特定疾病有关的靶点分子是现代新药开发的基础。针对靶点的研究可以清楚疾病症结所在,从而确定了新药的研发方向。此外靶点的研究还有助于了解药物作用机制,进而对已有药物进行改造,研发出毒性更小、选择性更强、治疗效果更好的新药。


既然靶点研究如此重要,那么该如何去发现这些靶点呢?今天小编就给大家梳理下如何利用组学手段去筛选药物靶点以及研究药物作用机制!



文献案例


TMT磷酸化修饰蛋白组学发现心肌纤维化的关键激酶


国际期刊Nature Biomedical EngineeringIF18.952)上发表了题为“Mapping signalling perturbations in myocardial fibrosis via the integrative phosphoproteomic profiling of tissue from diverse sources”研究论文。研究人员应用Biowire模型结合TMT磷酸化修饰蛋白组学技术结合鉴定驱动纤维化的关键信号通路并发现心脏纤维化的关键激酶GSK3




研究思路

研究人员首先对纤维化表型的源于hiPSCs心肌细胞的cardiac Biowire样本、临床病人来源的样本以及鼠源的心肌肥大样本进行TMT磷酸化修饰蛋白组学分析。研究者将蛋白质组学和磷酸化修饰组学的数据进行汇总,全局分析表明cardiac Biowire 样本的差异蛋白和差异磷酸化位点显示出更加一致和更加明显的变化(图3)。通路富集分析(GOKEGGReactome等)显示Biowire样本与另外两种样本分析结果有较高的重合度,且较鼠源样本,cardiac Biowire样本与临床病人样本具有更高的相似度。


3:比较不同样品的整体蛋白质表达水平和磷酸化修饰水平



接着研究人员通过激酶的Motif分析,从这三种样本组中存在的常见基序中确定了对心脏收缩、代谢和信号传导级联至关重要的激酶,包括PKACAMKIIERK1/2PKCCK2CDK5GSK3。围绕磷酸化位点的序列中的GSK3底物共有基序显示出显著的差异表达,暗示GSK3作为纤维化重塑的介质。研究人员锁定GSK3激酶,利用功能实验证实其小分子抑制剂(GW806290X)可有效改变心肌纤维化的重塑过程。



看完小编分享的两篇文献,相信大家心中已经有了如何找靶点,发paper的构思啦~

接下来,小编就来总结下如何应用组学手段来找药物靶点?







参考文献

Kuzmanov Uros,Wang Erika Yan,Vanderlaan Rachel et al. Mapping signalling perturbations in myocardial fibrosis via the integrative phosphoproteomic profiling of tissue from diverse sources.[J] .Nat Biomed Eng, 2020, 4: 889-900.

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