被“真”单细胞光环掩盖的高通量分析

　　01、二代“真”单细胞蛋白质组学质谱：timsTOF Ultra

　　2023年6月5日，在第71届ASMS会议上，布鲁克公司重磅发布了timsTOF Ultra，“真”单细胞蛋白质组学正式进入第二代。

图1：成熟可复制的单细胞蛋白质组学解决方案

　　布鲁克第二代“真”单细胞蛋白质组学方案，打破单细胞蛋白质组学研究的挑战和门槛，主打一个“成熟可复制”，通过布鲁克上海演示中心实测，15min之内平均每个人类细胞蛋白鉴定突破4000大关，并且把测试时间缩短了50%。

图2：“真”单细胞蛋白质组学实测数据

　　02、被单细胞蛋白质组学光环掩盖的高通量分析

　　timsTOF Ultra配备新型Captive Spray（CSI）Ultra离子源，第四代TIMS（捕集离子淌度）XR离子淌度和14位数模转换器，MSMS扫描速度提升到300 Hz，可能很多人已经发现，timsTOF Ultra的关键硬件与布鲁克之前推出的高通量蛋白质组学平台timsTOF HT是相同的，这表明timsTOF Ultra也具有高通量蛋白质组学分析的能力。近期，我们对timsTOF Ultra的高通量蛋白质组学分析能力进行了测评。进样15ng HeLa细胞裂解液，8min蛋白质鉴定数目超过8300种，5ng HeLa细胞裂解液，8min蛋白质鉴定数目超过7100种。timsTOF Ultra对微量样本的高通量分析能力，有望大幅推进单细胞蛋白质组学和空间蛋白质组学的发展。

　　图3：timsTOF Ultra高通量蛋白质组学实测数据

　　03、实时数据处理加持的高通量蛋白质组学分析方案

　　从timsTOF HT发布开始，布鲁克就开始致力于打造高通量蛋白质组学分析方案:

　　样本前处理有针对组织和细胞样本，有高通量组织匀浆仪BeatBox，自动化蛋白前处理设备PreOn，高通量单细胞分选设备CellenOne；

　　色谱：有纳升流色谱仪nanoElute 2，高通量色谱仪Evosep One，常规高效液相色谱仪Elute UHPLC三种可选，同时布鲁克也提供PepSep系列的高性能纳升流色谱柱；

　　离子源：全新升级的Captive Spray（CSI）2/Ultra离子源，支持50-2000nL/min的分析，全新发布的VIP-HESI加热离子源，可支持微升流的蛋白质组学方案。

　　质谱仪：timsTOF HT和timsTOF Ultra覆盖常规高通量蛋白质组学、高通量单细胞蛋白质组学和高通量空间蛋白质组学。

　　软件：实时数据处理软件ProteoScape内置TIMS dia-NN，可以对dia-PASEF数据进行实时处理，打破高通量蛋白质组学中大数据处理的瓶颈。

图4：布鲁克高通量蛋白质组学完整方案

　　04、高通量空间蛋白质组学分析正当时

　　提到空间蛋白质组学的挑战，大家首先会想到仪器的灵敏度是否能达到空间微量样本分析所需的灵敏度，timsTOF Ultra灵敏度的提升，已经极大促进空间蛋白质组学进入实用阶段。另外一个不容忽视的空间蛋白质组学分析难题便是通量的问题。一个500μm x 500μm的组织，如果按照50μm x 50μm（约4个细胞，1ng蛋白质）进行切割，将产生100个蛋白质组学样本，怎样在保证蛋白质鉴定深度的同时，提高分析通量就成为现实的问题。基于timsTOF Ultra的高通量微量样本分析的能力，将成为空间蛋白质组学分析的利器，在最近的实测中，进样1ng的HeLa裂解液，8min可以鉴定超过5300种蛋白质。

图5：高通量微量样本分析

　　小结

　　timsTOF Ultra采用第四代TIMS和14-bit的数模转换器，MSMS的扫描速度提升到300Hz，让其具有了高通量蛋白质组学分析的能力，再结合timsTOF Ultra超高灵敏度，高通量单细胞蛋白质组学、高通量空间蛋白质组学研究必将如虎添翼

　　参考文献

　　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