如何利用质谱实现高分辨率无标记蛋白质定量?

    无标记蛋白质定量(Label-Free Quantification, LFQ)以其简便灵活、适用范围广的优势,成为蛋白质组学研究中的重要手段。要在质谱分析中实现高分辨率的无标记定量,必须从样本制备、质谱采集到数据处理各环节进行系统优化,确保数据的准确性、灵敏度与可重复性。

     

    一、样本制备:确保一致性和完整性

    • 样本均一性:统一的细胞裂解或组织匀浆方法,避免处理过程中的蛋白质降解或富集偏差。

    • 精准蛋白定量:使用BCA或Bradford等方法准确测定蛋白浓度,保证每个样本上样量一致。

    • 高效酶解:采用高纯度胰酶,控制酶解比例和时间(如1:50,16小时),最大化肽段生成的一致性。

    • 去盐与纯化:通过C18柱等手段去除杂质,降低离子抑制效应,提高质谱灵敏度和数据质量。

     

    二、质谱采集:提升灵敏度与动态范围

    1、使用高分辨质谱仪

    优选具备高分辨率(>60,000 FWHM)和高质量精度(<5 ppm)的仪器,以实现准确的肽段鉴定和定量。

     

    2、合理选择采集模式

    • DDA模式适用于探索性研究,需设定高采样密度,减少低丰度信息丢失;

    • DIA模式适用于定量重现性要求高的项目,可覆盖更完整的蛋白质组信息。

     

    3、参数精细调整

    • 设置合理的扫描速度与分辨率平衡;

    • 调整自动增益控制(AGC Target)和最大注入时间,优化低丰度肽段的检测效率;

    • 采用动态排除策略,避免高丰度肽段重复采集,提升整体检测深度。

     

    三、数据处理:从原始信号到可靠定量

    • 特征提取:基于m/z、保留时间、强度的三维特征矩阵,确保肽段匹配的准确性和稳定性。

    • 归一化校正:通过全局归一化(如总离子流归一化)、内参蛋白法或中位数归一化,消除系统性误差,提升样本间可比性。

    • 缺失值处理:采用局部插值、最小值替代或删除策略,合理应对DDA数据中的随机缺失,避免假阳性或假阴性。

    • 严格统计筛选:结合Fold Change筛选与假设检验(如双尾t检验、Benjamini-Hochberg多重校正),确保筛选出的差异蛋白具有统计学意义和生物学相关性。

     

    四、进一步提升分辨率的策略

    • 增加技术重复:至少进行三次以上技术重复,降低实验误差,提高统计功效。

    • 深化蛋白质覆盖:采用长梯度液相色谱(>120分钟)和高加载量策略,提高低丰度蛋白质的检出率。

    • 批次效应控制:引入标准混合样品进行批次质量监控,结合后期归一化及批次矫正(如ComBat算法)处理,消除系统性偏差。

    • 多肽段整合定量:对同一蛋白质来源的多个肽段信号进行加权平均,提高定量稳定性和准确性。

     

    五、未来发展趋势

    • 更高灵敏度的采集技术:如超高场Orbitrap、离子迁移谱联用(TIMS)等,进一步拓宽检测动态范围。

    • 基于机器学习的定量优化:深度学习模型正在提升特征识别、峰提取和归一化效率,减少人工干预。

    • 全面自动化工作流:从样本上机到数据分析的全流程自动化,显著提高了大规模研究的效率和数据一致性。

     

    百泰派克生物科技整合高分辨率质谱平台、成熟的无标记定量方法体系与专业生物信息学团队,提供高灵敏度、高覆盖率、高可重复性的蛋白质定量解决方案,助力生物标志物筛选、疾病机制解析与药物研发创新。

     

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