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开年红,新篇章!中科新生命联合交大团队共建单细胞蛋白质组分析“全新升级”

2022-01-14

当下,单细胞多组学无疑是最受关注方向,发展日新月异。过去一年,多篇CNS等国际顶刊报道单细胞蛋白质组前沿动态,表明单细胞蛋白质组已登上主舞台,即将在单细胞研究中大放异彩,可谓“‘单’心如故,梦想成真”。
单细胞蛋白质组学从单个细胞维度透视生命过程,对肿瘤异质性、干细胞分化、生殖细胞发育、循环肿瘤细胞等重要领域有着不可或缺的应用价值。但单细胞蛋白质组学受限于质谱灵敏度和分辨率的发展、以及蛋白质本身不可扩增的性质,技术难度非常大。中科新生命重磅推出“单细胞蛋白质组学”以来,受到了各个领域科研学者们的极大关注,老师们也对技术充满了好奇:

· 检测的是单个细胞吗?

· 如何分选单细胞?采用的是什么技术?

· 鉴定深度如何?数据可靠性又如何?
今天就跟随小编一起来详细了解单细胞蛋白质组学技术吧!
2022年1月3日,中科新生命单细胞研发团队和上海交通大学医学院单细胞组学与疾病研究中心共同合作,在bioRxiv发表了“An ultra-sensitive and easy-to-use multiplexed single-cell proteomic analysis”的预印版论文,通过灵活的分选系统高效分选细胞,建立了超灵敏的、易于使用的单细胞蛋白质组学工作流程(UE-SCP),可实现单个人源细胞中蛋白质鉴定及定量数量超过2000种


1. 单细胞蛋白质组学工作流程

我们在SCoPE-MS的基础上,优化了裂解液、微孔板、分选方法以及质谱方法,开发了易于使用的单细胞蛋白质组学流程(UE-SCP)。具体来说,获得单细胞悬液后,使用温和且高精度的全自动单细胞分离系统进行单细胞分选,微孔板收集后,完成细胞裂解、蛋白质酶解和肽段标记,最后通过液质联用质谱仪采集数据。


图1 UE-SCP工作流程

2. UE-SCP鉴定及定量的深度达单个细胞2000+

使用UE-SCP分别检测32个和96个细胞,32个单细胞共鉴定到3220种蛋白质,96个单细胞共鉴定到4003种蛋白质(图2E)。定量到的蛋白质丰度动态范围都高达6个数量级(图2F)。64个HEK-293T单细胞、64个Hela单细胞或全部128个单细胞中定量蛋白质的中位数均超过2000种(图2G)。


图2 UE-SCP鉴定及定量的蛋白质数量评估

3. UE-SCP数据稳定且可靠

在128个细胞的鉴定数据中,筛选到3546种稳定定量的蛋白质,归一化后数据呈现良好的平行性(图3C)和优异的相关性(图3D)。对Hela和293T两个细胞系定量到的共有蛋白质进行无监督聚类分析。层次聚类和主成分分析显示,在单细胞蛋白质组层面可以清晰的区分两个细胞系。GO细胞组分分析表明UE-SCP优异的单细胞结构完整性和数据全面性。功能注释结果中富集到的生物学途径涉及翻译、代谢、能量过程,以及VEGFA-VEGFR2信号通路、膜转运、Rho GTP酶信号传导等等。总之,基于UE-SCP平台可以获得可靠、稳定、且有意义的单细胞层面的蛋白质组数据。


图3 UE-SCP数据质量评估

 小编小结

本文建立了一个超灵敏且易用的多重单细胞蛋白质组工作流程。该技术集多个优点与一身,比如无需微流控芯片、无需昂贵的超声设备、液相系统维护简单、自动化程度高、单细胞分选无损高效,兼容市售主流液质联用质谱仪。利用该技术采集到的单细胞蛋白质组动态范围跨越6个数量级,单个直径20微米的人源细胞可以鉴定并定量到2000种以上的蛋白质,表明UE-SCP具有广阔的应用前景。单细胞蛋白质组学技术的不断发展,对系统揭示细胞间的复杂性、多样性及细胞功能、细胞状态具有非常大的意义。

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