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「青蓮百奧聚焦」單細胞蛋白質組學的時代已來,您準備好了嗎

2021-04-13 00:00:00
“為什么要做單細胞蛋白質組學呢?”
這個問題簡單來說,世界上沒有兩片相同的葉子。
對于多細胞生物來說,細胞與細胞之間是有差異的。

比如說,受精卵從一個細胞開始分裂,并逐漸形成囊胚,最終發育成個體的時候,細胞與細胞之間的差異會越來越大:有的分化成神經元,有的分化成骨骼肌,各自表達著不同的遺傳信息,承擔著不同的生理功能。


又比如解析器官細胞組成,一個器官有多種細胞組成,完成不同的生理功能,如果只在器官水平研究蛋白組,這就不能更精細化解釋生命機理。

這就是所謂的遺傳信息的異質性。傳統的組學研究方法,是在多細胞水平進行的。因此,最后得到的信息,其實是多個細胞的平均,丟失了異質性的信息。




單細胞蛋白組技術難點在哪?


01單細胞捕獲困難

從大量細胞中分離出單個細胞或者是將組織解離出單個細胞,都是非常具有挑戰的技術難點,需要針對不同的樣本設計不同的輔助設備來完成單細胞的捕獲。


02樣品量極少前處理困難

單個人類體細胞的蛋白量約為100到200pg,樣品前處理存在很大困難 ,常規蛋白組樣品前處理方法僅適用于大量細胞樣品的處理, 使用常規反應體系時酶解效率低,樣品濃度很低(單細胞樣品)時,同樣降低酶解效率。


01樣本量低質譜采集困難

常規蛋白組學的色譜條件并不適用于如此微量的樣本檢測,因此需要在色譜條件和質譜采集方法進行改進,突破技術難點。




怎么做單細胞蛋白組


傳統的方法基于用DNA序列、熒光團或過渡金屬條形碼編碼的抗體來識別和量化有限數量的蛋白質。然而,許多抗體對其靶標蛋白具有低特異性,會導致非特異性蛋白檢測,而且每個細胞只能分析幾十種蛋白質。新興的單細胞質譜法(MS)方法將允許對蛋白質及其翻譯后修飾、相互作用和降解機制進行高通量分析(圖1),這些新興技術無需使用抗體即可通過MS分析單細胞。

例如SCoPE-MS技術是以顯微鏡篩選的方法構建單細胞樣品,并采用液質聯用分析技術和同位素標記定量技術改進組合而成。該技術的發展的一個關鍵驅動因素是多元實驗設計的發展,其中通過添加載體蛋白并結合單個細胞進行標記,這樣的設計使載體蛋白減少了粘附到設備表面的單個細胞的蛋白損失,同時增強了肽的識別能力。載體蛋白方法還可以擴展到通過使用由PTMs肽組成的載體來量化PTMs,同時避免從單個細胞富集修飾蛋白質造成損失。

采用nano-POTS技術,nano LC分離,使用FAIMS Pro + Eclipse分析鑒定單細胞蛋白的方法,對于哺乳動物細胞能夠鑒定到比不使用faims技術多2.3倍的蛋白。并用這個方法分析了人類單個運動神經元細胞和單個中間神經元細胞。結果顯示這兩種亞群細胞有類似的蛋白覆蓋率。


科學家們分別從樣本制備(單個細胞的獲取、從細胞中高效提取蛋白質、通過特定的表面進行富集)、質譜策略(液相分離的條件、質譜數據采集)、數據挖掘等一系列不同的方法進行研究,單細胞蛋白質組學并不是遙遠的夢。

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