單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)適用于單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)基于CE-MS的單細(xì)胞分析應(yīng)用主要集中在大體積細(xì)胞的蛋白質(zhì)組研究上,其實(shí)驗(yàn)流程與常規(guī)的蛋白質(zhì)組學(xué)基本一致重要方式。利用比單細(xì)胞尺寸更小的毛細(xì)管管徑對(duì)亞細(xì)胞區(qū)域進(jìn)行內(nèi)容物的提取以及轉(zhuǎn)移開展面對面,是毛細(xì)管應(yīng)用的一大特色。
但CE與質(zhì)譜接口的穩(wěn)定性不足非常重要、CE方法重復(fù)性略差進一步提升、電泳分離過程受pH值和溫度等因素的影響,以及蛋白酶解物在電泳過程中的吸附造成樣本損失等問題的存在營造一處,限制了CE-MS在單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)中的進(jìn)一步應(yīng)用改革創新。
對(duì)細(xì)胞的精確認(rèn)知是理解細(xì)胞在生理和病理過程中功能的先決條件。傳統(tǒng)研究手段是針對(duì)細(xì)胞群體進(jìn)行分析取得顯著成效,獲得大量細(xì)胞的平均化結(jié)果新模式,無法區(qū)分不同細(xì)胞個(gè)體對(duì)于樣品異質(zhì)性的精確貢獻(xiàn)值,從而忽視或掩蓋了單細(xì)胞的個(gè)體差異不容忽視。
單細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)種類繁多組織了,豐度低,動(dòng)態(tài)分布范圍寬且無法擴(kuò)增不要畏懼,因此對(duì)檢測手段提出了更高的靈敏度要求服務為一體。在眾多高靈敏分析方法中,熒光檢測方法的靈敏度可以達(dá)到單分子水平保持競爭優勢,并且具有動(dòng)態(tài)跟蹤能力進行培訓,但是其蛋白質(zhì)檢測通量有限。然而電化學(xué)檢測方法雖然細(xì)胞干擾小長效機製,但受限于蛋白質(zhì)通量以及電化學(xué)活性的要求法治力量,無法對(duì)多種蛋白質(zhì)進(jìn)行同時(shí)檢測。
質(zhì)譜作為研究蛋白質(zhì)組學(xué)的一種常規(guī)方法分享,其靈敏度高共享,通過已有的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫,可以同時(shí)對(duì)上萬種蛋白質(zhì)進(jìn)行定性以及定量方式之一,并且可以提供豐富的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息生動。但是由于單個(gè)體細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)總量平均只有約100pg,利用質(zhì)譜直接進(jìn)行檢測會(huì)面臨樣本復(fù)雜度和單細(xì)胞靈敏度等挑戰(zhàn)創新能力,因此質(zhì)譜前的分離技術(shù)對(duì)于提高方法檢測靈敏度以及蛋白質(zhì)定性定量的準(zhǔn)確度來說十分必要新品技。
細(xì)胞是構(gòu)成生物體的基本單位,由于遺傳因素求得平衡、生化噪音紮實做、細(xì)胞微環(huán)境等諸多因素使得單個(gè)細(xì)胞之間存在著廣泛的異質(zhì)性。因此至關重要,單細(xì)胞研究不僅可使人類對(duì)細(xì)胞與生命的本質(zhì)有更為精確的認(rèn)識(shí)提供深度撮合服務,同時(shí)也為疾病的診斷服務品質、分型、治療以及預(yù)后提供了更為強(qiáng)有力的工具組成部分。蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者影響,可以為其提供更為直接且更有價(jià)值的表型信息,因此成為單細(xì)胞研究的熱點(diǎn)目標(biāo)技術節能。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)需要注意的要點(diǎn)如下:
注意數(shù)據(jù)的質(zhì)控指導。
預(yù)處理和質(zhì)控時(shí)廣泛認同,注意去除低質(zhì)量單細(xì)胞數(shù)據(jù)國際要求。
在做生信分析前,建議再次篩選出高質(zhì)量單細(xì)胞數(shù)據(jù)集鍛造。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)內(nèi)蛋白質(zhì)種類繁多競爭激烈,豐度低,動(dòng)態(tài)分布范圍寬且無法擴(kuò)增改善,因此對(duì)檢測手段提出了更高的靈敏度要求空白區。在眾多高靈敏分析方法中,熒光檢測方法的靈敏度可以達(dá)到單分子水平重要的角色,并且具有動(dòng)態(tài)跟蹤能力開放要求,但是其蛋白質(zhì)檢測通量有限。然而電化學(xué)檢測方法雖然細(xì)胞干擾小平臺建設,但受限于蛋白質(zhì)通量以及電化學(xué)活性的要求服務機製,無法對(duì)多種蛋白質(zhì)進(jìn)行同時(shí)檢測。質(zhì)譜作為研究蛋白質(zhì)組學(xué)的一種常規(guī)方法使用,其靈敏度高大幅拓展,通過已有的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫,可以同時(shí)對(duì)上萬種蛋白質(zhì)進(jìn)行定性以及定量更加堅強,并且可以提供豐富的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息與時俱進。但是由于單個(gè)體細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)總量平均只有約100pg,利用質(zhì)譜直接進(jìn)行檢測會(huì)面臨樣本復(fù)雜度和單細(xì)胞靈敏度等挑戰(zhàn)初步建立,因此質(zhì)譜前的分離技術(shù)對(duì)于提高方法檢測靈敏度以及蛋白質(zhì)定性定量的準(zhǔn)確度來說十分必要綜合運用。
將蛋白組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析整合到單一的多組學(xué)方法中提供了在單個(gè)細(xì)胞中檢測RNA表達(dá)和蛋白質(zhì)豐度的動(dòng)力學(xué)可能性,這反過來可能產(chǎn)生對(duì)復(fù)雜調(diào)控過程的機(jī)制性見解的方法,例如表觀基因組實事求是、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后基因監(jiān)管。此外持續,同步的mRNA和蛋白質(zhì)分析可用于確定mRNA和蛋白質(zhì)水平在活躍的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控期間相關(guān)性較差的細(xì)胞狀態(tài)等多個領域。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)服務(wù)工作流程
單細(xì)胞流程當(dāng)然也是從樣本處理開始。對(duì)樣本進(jìn)行處理產品和服務,使細(xì)胞分開和懸浮應用擴展,然后通過熒光活化細(xì)胞分選(FACS)進(jìn)行分離體驗區。單個(gè)細(xì)胞被分配到微量滴定板的各個(gè)孔中或芯片型分析系統(tǒng)上,在那里進(jìn)行裂解活動上。干擾質(zhì)譜分析的裂解劑需要除去有望,但由于純化會(huì)導(dǎo)致樣本損失,因此研究人員盡量避免使用導向作用。
FACS是細(xì)胞分選的shou選方法方案,但也存在缺點(diǎn)。損失率高(有時(shí)非常高)十大行動,需要訓(xùn)練有素的操作人員左右,而且購買和操作成本都很高。
當(dāng)然綜合措施,損失并不僅僅發(fā)生在細(xì)胞分選階段長期間。“粘稠的蛋白質(zhì)很難通過液相色譜(LC)分離,因此這個(gè)步驟也會(huì)造成損失現場。這將會(huì)進(jìn)一步造成靈敏度問題或分析偏倚高端化。有時(shí),您只是無法從單個(gè)細(xì)胞的蛋白質(zhì)中產(chǎn)生足夠的離子我有所應。”
為了解決這些靈敏度問題提單產,一些操作方案將未標(biāo)記的載體蛋白添加到混合物中,以緩解小樣本量帶來的損失至關重要。雖然這些方法有點(diǎn)用發展空間,但仍需要質(zhì)譜技術(shù)的進(jìn)步,特別是在電離效率方面的進(jìn)步無障礙,才能處理小的樣本量和體積連日來。
“如果沒有自動(dòng)化液體處理系統(tǒng),這些工作流程將無法實(shí)現(xiàn)認為,自動(dòng)化系統(tǒng)帶來了準(zhǔn)確的納升級(jí)流體操作系統,以及一致性和穩(wěn)定性。”
早期對(duì)單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的嘗試使用了基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)重要意義,這是一種軟電離技術(shù)交流等,可以保留不穩(wěn)定的分子特征,并最大限度減少樣本損失和樣本制備步驟規劃。
基于MALDI的方法是在上世紀(jì)90年代使用的提高。人們采用MALDI作為離子源,并用飛行時(shí)間(TOF)作為質(zhì)量分析器進入當下,從而提供一種功能性的單細(xì)胞分析紮實。不過,這些技術(shù)存在三個(gè)主要缺點(diǎn):MALDI不能在時(shí)域內(nèi)分離肽段,無法對(duì)大量蛋白質(zhì)進(jìn)行測序投入力度,而且MALDI電離的可變性會(huì)影響定量的準(zhǔn)確性創造。
另一種電離蛋白質(zhì)的方法,電噴霧電離(ESI)貢獻法治,則更容易實(shí)現(xiàn)測序設備製造,因?yàn)樗苋菀着c各種分離方法(如毛細(xì)管電泳)相結(jié)合。然而攻堅克難,ESI需要大量的樣本制備管理,這可能導(dǎo)致?lián)p失,讓人們無法接受流程。
直接的分析蛋白質(zhì)水平和RNA表達(dá)的方法是使用單個(gè)細(xì)胞的索引FAC同時(shí)測量同一細(xì)胞中的少量蛋白質(zhì)和相應(yīng)轉(zhuǎn)錄物的水平合作。另一種方法依賴于鄰近延伸分析(PEA)與RNA分析并行進(jìn)行蛋白檢測。
鄰近連接分析(PLA)依賴于兩個(gè)抗體結(jié)合的寡核苷酸在同一蛋白質(zhì)靶點(diǎn)上的連接而不是雜交上高質量。這種方法被用來研究蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的亞細(xì)胞定位一站式服務,例如RNA的PLA在mass-cytometry工作流程中實(shí)現(xiàn)廣度和深度,以便能夠同時(shí)定量單個(gè)原代人類外周血單個(gè)核細(xì)胞中的10個(gè)轉(zhuǎn)錄物和相應(yīng)蛋白質(zhì)深入交流。
通過測序、RNA表達(dá)以及蛋白測序分析對(duì)轉(zhuǎn)錄組和表位進(jìn)行細(xì)胞索引的兩種方法利用與DNA條形碼結(jié)合的抗體加強宣傳,以便能夠在單細(xì)胞水平上同時(shí)分析細(xì)胞表面蛋白質(zhì)和mRNAs臺上與臺下。CyTOF與單細(xì)胞RNA測序相結(jié)合可以追蹤樹突狀細(xì)胞(DC)譜系的發(fā)育。
可以想象技術發展,將單細(xì)胞蛋白組學(xué)方法與多組學(xué)工具相結(jié)合集聚效應,可以促進(jìn)我們對(duì)細(xì)胞過程的理解,特別是對(duì)癌癥抵抗機(jī)制和治療反應(yīng)多樣性的理解重要手段。
實(shí)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞蛋白質(zhì)組成的定性定量分析互動講,揭示細(xì)胞個(gè)體之間的精細(xì)差異
二代測序技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使對(duì)單細(xì)胞基因組和轉(zhuǎn)錄組的研究突飛猛進(jìn),科學(xué)家們對(duì)細(xì)胞認(rèn)識(shí)的分辨率大大提高像一棵樹,然而單細(xì)胞的基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對(duì)描述細(xì)胞在生物體復(fù)雜環(huán)境中的表型和功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠過程中,而蛋白質(zhì)作為細(xì)胞內(nèi)所有功能的直接執(zhí)行者,細(xì)胞通過蛋白質(zhì)及其翻譯后修飾能運用,可以感知并響應(yīng)幾乎所有外在和內(nèi)在的刺激達到,從而影響整個(gè)生命體的功能和狀態(tài)。
因此不可缺少,對(duì)單細(xì)胞蛋白質(zhì)組的定性和定量分析蓬勃發展,是揭示細(xì)胞類型及其狀態(tài)的工具,在腫瘤異質(zhì)性積極回應、干細(xì)胞分化重要性、生殖細(xì)胞發(fā)育、循環(huán)腫瘤細(xì)胞等重要領(lǐng)域有著不可或缺的應(yīng)用價(jià)值。
單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的目的就是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組成的定性和定量分析多元化服務體系,從而獲得不同細(xì)胞個(gè)體蛋白組的定性和定量差異貢獻力量,構(gòu)建精細(xì)蛋白分子圖譜,從根本上揭示不同細(xì)胞個(gè)體之間的類型及其狀態(tài)的差異大幅拓展,使科研工作者可以更好地了解細(xì)胞及其表型和生命活動(dòng)發行速度。