被“真”單細胞光環掩蓋的高通量分析

　　01、二代“真”單細胞蛋白質組學質譜：timsTOF Ultra

　　2023年6月5日，在第71屆ASMS會議上，布魯克公司重磅發布了timsTOF Ultra，“真”單細胞蛋白質組學正式進入第二代。

圖1：成熟可復制的單細胞蛋白質組學解決方案

　　布魯克第二代“真”單細胞蛋白質組學方案，打破單細胞蛋白質組學研究的挑戰和門檻，主打一個“成熟可復制”，通過布魯克上海演示中心實測，15min之內平均每個人類細胞蛋白鑒定突破4000大關，并且把測試時間縮短了50%。

圖2：“真”單細胞蛋白質組學實測數據

　　02、被單細胞蛋白質組學光環掩蓋的高通量分析

　　timsTOF Ultra配備新型Captive Spray（CSI）Ultra離子源，第四代TIMS（捕集離子淌度）XR離子淌度和14位數模轉換器，MSMS掃描速度提升到300 Hz，可能很多人已經發現，timsTOF Ultra的關鍵硬件與布魯克之前推出的高通量蛋白質組學平臺timsTOF HT是相同的，這表明timsTOF Ultra也具有高通量蛋白質組學分析的能力。近期，我們對timsTOF Ultra的高通量蛋白質組學分析能力進行了測評。進樣15ng HeLa細胞裂解液，8min蛋白質鑒定數目超過8300種，5ng HeLa細胞裂解液，8min蛋白質鑒定數目超過7100種。timsTOF Ultra對微量樣本的高通量分析能力，有望大幅推進單細胞蛋白質組學和空間蛋白質組學的發展。

　　圖3：timsTOF Ultra高通量蛋白質組學實測數據

　　03、實時數據處理加持的高通量蛋白質組學分析方案

　　從timsTOF HT發布開始，布魯克就開始致力于打造高通量蛋白質組學分析方案:

　　樣本前處理有針對組織和細胞樣本，有高通量組織勻漿儀BeatBox，自動化蛋白前處理設備PreOn，高通量單細胞分選設備CellenOne；

　　色譜：有納升流色譜儀nanoElute 2，高通量色譜儀Evosep One，常規高效液相色譜儀Elute UHPLC三種可選，同時布魯克也提供PepSep系列的高性能納升流色譜柱；

　　離子源：全新升級的Captive Spray（CSI）2/Ultra離子源，支持50-2000nL/min的分析，全新發布的VIP-HESI加熱離子源，可支持微升流的蛋白質組學方案。

　　質譜儀：timsTOF HT和timsTOF Ultra覆蓋常規高通量蛋白質組學、高通量單細胞蛋白質組學和高通量空間蛋白質組學。

　　軟件：實時數據處理軟件ProteoScape內置TIMS dia-NN，可以對dia-PASEF數據進行實時處理，打破高通量蛋白質組學中大數據處理的瓶頸。

圖4：布魯克高通量蛋白質組學完整方案

　　04、高通量空間蛋白質組學分析正當時

　　提到空間蛋白質組學的挑戰，大家首先會想到儀器的靈敏度是否能達到空間微量樣本分析所需的靈敏度，timsTOF Ultra靈敏度的提升，已經極大促進空間蛋白質組學進入實用階段。另外一個不容忽視的空間蛋白質組學分析難題便是通量的問題。一個500μm x 500μm的組織，如果按照50μm x 50μm（約4個細胞，1ng蛋白質）進行切割，將產生100個蛋白質組學樣本，怎樣在保證蛋白質鑒定深度的同時，提高分析通量就成為現實的問題。基于timsTOF Ultra的高通量微量樣本分析的能力，將成為空間蛋白質組學分析的利器，在最近的實測中，進樣1ng的HeLa裂解液，8min可以鑒定超過5300種蛋白質。

圖5：高通量微量樣本分析

　　小結

　　timsTOF Ultra采用第四代TIMS和14-bit的數模轉換器，MSMS的掃描速度提升到300Hz，讓其具有了高通量蛋白質組學分析的能力，再結合timsTOF Ultra超高靈敏度，高通量單細胞蛋白質組學、高通量空間蛋白質組學研究必將如虎添翼

　　參考文獻

　　1. Meier, F., Brunner, AD., Frank, M. et al. diaPASEF: parallel accumulation–serial fragmentation combined with data-independent acquisition. Nat Methods 17, 1229–1236 (2020).

　　2. Brunner, AD., Thielert, M., Vasilopoulou C. et al. Ultra-high sensitivity mass spectrometry quantifies single-cell proteome changes upon perturbation. Molecular Systems Biology (2022)18:e10798

　　3. Davis, S., Scott, C., Oetjen, J., et al. Deep topographic proteomics of a human brain tumour. bioRxiv 2022.03.21.485119