知道蛋白组学前处理步骤多,没想到这么多。
根据样本类型,大概可以分为固体(如组织)和液体(血浆和尿液等)。根据实验要求,可以分为不去高丰度蛋白和去高丰度蛋白,去除高丰度蛋白测到的蛋白数量是不去的6倍以上。不管去不去,都有第一步提取总蛋白。
1) 提取总蛋白
a) 固体样本首先需要低温研磨(如果组织样本里面含有血浆等,需要先用PBS清洗干净,以免血液中的蛋白质对组织蛋白造成污染),在加入8M尿素裂解液(含PMSF蛋白酶抑制剂和辅助膜破坏的EDTA),超声破碎,离心取上清,即得到了总蛋白样本溶液。为保障样本的均一性,需要用BCA试剂盒测每个样本的总蛋白含量,然后每个样本取30微克的总蛋白含量,并用酶解液统一定容到100微升(质谱仪不一样,取的蛋白总量不同)。
2)不去除高丰度蛋白
拿到蛋白溶液后,对蛋白溶液进行:
还原(打开半胱氨酸的二硫键):加入DTT试剂,37度水浴还原45min,保障PH是碱性;
烷基化(半胱氨酸巯基添加修饰基团,以防止再次形成二硫键):冷却到室温后,加入IAM,避光震荡15min;
蛋白酶解:加入TEAB和胰蛋白酶,37度水浴过夜。加入20%的FA溶液调节PH为3,涡旋离心取上清;
肽段除盐:用zip-tip除盐柱。
3)去除高丰度蛋白(选做——不去除高丰度蛋白样本均一性更高,稳定性更高,更接近样本的真实情况,去除后能检测到的蛋白质更多)
此处可使用商品化的试剂盒——易肽DeeP低丰度富集试剂盒,官网有SOP,照着做即可。此步骤取1)中得到的总蛋白溶液,按照试剂盒中的石墨烯低丰度蛋白富集、磁珠清洗、裂解、还原烷基化、酶解、除盐完成后,用BCA微量肽段定量方案检测肽段浓度后,取肽段,冷冻干燥,用0.1%甲酸水溶液复溶即可上机检测了。
4)超微量样本的蛋白提取
如样本中蛋白含量低于10微克,那需要用Sisprot SE Kit试剂盒,一站式处理,集成提取、酶解、脱盐为一体;可用于几个细胞的蛋白提取,官网有SOP,照着做即可。
注意事项:还原和酶解这二步,在加入液体离心过程中不能使柱料完全干,要保持柱料上有1-2mm的液面。
此次学习的二种质谱仪可能是目前最高端的二款仪器,各有所长:
1)Thermo Scientific™ Orbitrap Astral 质谱仪
去年刚刚发布的,在以往仪器的基础上开发了新一代质量分析器--不对称轨道无损质量分析器(asymmetric track lossless,Astral)。看不太懂,但是通俗一点的理解就是,跟以前的仪器相比,现在的仪器离子可以在不对称离子镜经过24-26次反射,总轨道路径长度超过30米,分辨率高达80000(@ m/z 524)。DIA(Data Independent Acquisition)的分析隔离窗口可以窄到2 Da(其他品牌的仪器一般都是25以上)。如果MS1的范围是400-900 Da,二级的离子窗口可以设置为2 Da,那就可以分为250段去打二级质谱,分段越多,在DIA采集模式下,碎片峰的归属就更准确,定性的准确度就越好。所以这个仪器还是很无敌的。能有这么快的扫描速度,那么一个样本的采集时间最低能到8min,一天就是180个样本,通量极高。
2)Bruker tims TOF Pro 2
这台仪器的扫描速度没有上面那台高,但是它的优点是有双捕集离子淌度(TIMS)和同步累积连续碎裂(Parallel Accumulation Serial Fragmentation,PASEF)数据采集模式两大创新技术。啥意思呢,就是离子从离子源出来后,先在TIMS1里面累计一下,那本来离子浓度不够的离子,累计一下后浓度增加,就能检测到峰了。累计后在第二个TIMS里面,调节电压后,可以根据离子的碰撞面积CCS(我理解的离子淌度碰撞面积原理是,离子质量相同的情况下,根据离子形状差异来分离)。依次流出的离子去打二级质谱。相当于增加了一个维度的分离,所以称之为4D蛋白组学(保留时间、质荷比、离子强度和离子淌度)。在DIA的采集模式下,维度越多,碎片峰的归属就更准确,那定性的准确度也会相应提高。并且在第二个TIMS流出后,第一个TIMS又开始进行下一步的离子累计,使得离子的利用率也大大提高了。
跟代谢组学比起来,蛋白组学的前处理有多复杂,数据的定性定量就有多简单。因为蛋白质的组成就是氨基酸,氨基酸的结合方式固定,根据软件就可以排列组合出所有的可能性,再进行匹配即可。
数据分析首选的软件是DIA-NN,数据参数设置如下图所示,然后提交就可以得出来鉴定到的蛋白、肽段和峰面积了(适用于常规的蛋白组学,磷酸化修饰等不包含再内,虽然上面可以选部分修饰,但是培训老师说不太好用)。
最后感谢迈维代谢提供这次全面细致的培训!