Matthias Mann发文，基于捕获离子淌度的新一代4D蛋白质组学学术资讯

来源：BioArt

原标题：质谱新突破！Matthias Mann发文，基于捕获离子淌度的新一代4D蛋白质组学

近年来，随着技术的不断进步，蛋白质组逐步从方法学研究进入到了实际应用阶段，并在包括精准医学在内的各个研究领域中大放异彩。然而相比技术上更加成熟的基因组和转录组测序而言，蛋白质组学技术在通量、灵敏度和定量可靠性方面仍然有比较明显的差距，而这些差距的根本原因，还是在于蛋白质组的复杂度极高，而质谱仪的分离和检测能力有限。虽然，人们通过一些体外的标记试剂（如TMT/iTRAQ）和采集分析方式（如DIA）试图在有限的硬件能力上做一些改进，但是仍然不能从根本上来解决问题。

令人欢欣鼓舞的是，这个困扰领域多年的问题在近期取得了重大的突破，这就是以新增的“离子淌度“为特征的4D蛋白质组技术的出现。近日，德国马普生化研究所所长、世界著名蛋白质组学专家Matthias Mann教授在蛋白质组学领域顶级期刊MCP 发文，介绍了结合同步累积连续碎裂（PASEF）与捕获离子淌度(TIMS)技术的新一代4D蛋白质组学，能够实现更快速度、更高灵敏度、更强大的蛋白质组学定量分析，并且展现了其在蛋白质组学领域的强大功能和广泛应用前景。

一．什么是4D

基于质谱的蛋白质组学研究，其基本原理主要是通过对被测样品离子的理化性质的测定来进行分析，根据样品的质量谱图和相关信息能够得到定性定量结果。在3D蛋白质组学中，质谱会根据保留时间（retention time）、质荷比（m/z）、离子强度（intensity）这三个维度的性质对肽段离子进行鉴定和定量。4D蛋白质组学则是在3D分离的基础之上增加了第四维度，离子淌度（mobility）的分离（图1）。离子淌度主要根据离子的形状和截面进行分离，为复杂体系样品的测定带来了更多的可能。

图1. 4D label-free蛋白质组学

二． 4D的优势

4D蛋白质组学所新增的TIMS（Trapped Ion Mobility Spectrometry，捕获离子淌度），能够区分m/z差值非常小的共洗脱肽段，从而产生专属性更高的MS/MS谱图，使得在3D条件下中被掩盖的低丰度蛋白信号能够被区分和识别出来，极大提高检测灵敏度（图2）。

图2. Tims带来更高专属性和灵敏度

此外，4D蛋白质组学依托的timsTOF Pro质谱仪，特有的PASEF技术（Parallel Accumulation Serial Fragmentation，同步累积连续碎裂），扫描速度高达100Hz并对低丰度的母离子进行智能叠加选择，带来扫描速度革命性的提升（图3）。

图3. PASEF采集循环打破数据采集速度记录

在扫描速度和灵敏度大幅度提升的基础之上，更低的进样量却能带来更深的蛋白组学覆盖，进一步提高蛋白组学通量，在同等机时和微量样品的条件下可以多检测50%-100%的蛋白质或修饰位点。同时，凭借“4D对齐”技术，新一代的label-free定量技术从根本上解决了传统非标定量随机性强、缺失值多的问题，定量更加准确。最后，得益于极高的检测效率，4D蛋白质组技术还能够大幅压缩检测周期，给研究者更快速的体验。

三． 4D的应用

和常规的3D蛋白组相比，新一代的4D蛋白组学独特的性能，使其成为蛋白组学复杂样本深入研究的利器，使得许多其他科学问题与临床运用的探索成为可能。

▲临床蛋白质组学：4D蛋白组基于其速度、灵敏度、通量的提升，能极大的提高常规蛋白质组的检测，特别适用于临床蛋白质组学的应用。

▲修饰蛋白质组学：在一些需要增加灵敏度的应用如蛋白质修饰组学中修饰肽段的富集中，4D蛋白组可以充分发挥其独特的优势。

▲微量样品研究：4D蛋白组可显著减少样品量，对于一些数量有限的待分析样本如干细胞、免疫细胞等或亚细胞结构，运用4D蛋白组能够大大提高其鉴定通量。