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如何利用PASEF技术证明”我命由我不由天“


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衰老,一直是科学研究中的热点。秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)是用于衰老研究的模式动物之一,其脂类代谢机理也一直是脂质组学的研究热点之一。DAF-2基因是秀丽线虫体内编码胰岛素样生长因子受体(Insulin-like growth factor receptor)的基因,被认为与调节衰老速度有关。DAF-2突变的个体在表型上明显变现出个体变大,生命周期变长等特点,其变化普遍认为与脂类代谢有关。

脂类由于其结构组成复杂,存在较多的同分异构体等特点,一直是生命科学研究中的难点之一。离子淌度技术凭借对脂类碰撞截面积(Collision cross section, CCS)的有效区分,正逐渐成为脂质组学研究的新热点。

布鲁克PASEF技术在蛋白质组学研究中已经显示出巨大的应用价值,现在布鲁克又推出了基于PASEF技术的四维脂质组学研究方案(4D Lipidomics),进一步扩展了PASEF技术的应用范围。

4D Lipidomics研究方法指的是通过提取精确m/z、保留时间、丰度和碰撞截面积这4项分子特征来抽取信息。与传统方法相比,由于引入了碰撞截面积,从而能更好的区分脂类中普遍存在的同分异构体,增加了脂类组学数据的可信度。完整的4D Lipidomics已经完全被整合在布鲁克新推出的MetaboScape5.0软件中,可以有效帮助客户实现全自动、半自动的脂质组学分析流程(图1)。

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在数据处理过程中,最为关键的步骤就是起始阶段的分子特征提取过程,在该过程中由于涉及到较多的参数设置,很多用户,即使是使用经验丰富老手也只能反复尝试。在MetaboScape软件中,该过程可以通过T-Rex 4D(Time aligned Region complete eXtraction)技术自动完成,并且尽可能的保留足够多的信息。如图2所示,通过T-Rex 4D技术自动调整抽提参数,可以自动补齐bucket2/sampe2中缺失的丰度信息。1567153726293109.png

数据抽提完成后,可以通过统计学手段寻找不同样品中存在的差异,如图3所示,通过PCA分析可以有效的区分出野生型、缺失型和QC样品,而进一步的loading plot则提示出具有生物标志物潜力的m/z。

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寻找出感兴趣的m/z之后,最大的挑战就是有效地鉴定出相应的化合物。在MetaboScape软件中,可以通过基于同位素峰型的smartFormula算法,或者基于MS或MS/MS匹配的搜库匹配,以及基于先验知识的in-silico预测。此外,最具有特色的功能是利用机器学习技术建立的CCS值预测模型,可以帮助对脂类的同分异构体进行区分(图4)。

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而来自英国剑桥大学的Griffin教授进一步的研究发现,在野生型虫中,存在着更高浓度的磷脂类成分,提示DAF-2基因可以调控相关的脂类代谢,从而影响线虫的生命周期。

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参考文献:

Castro C,?et al.?A study of Caenorhabditis elegans daf-2 mutants by metabolomics anddifferential correlation networks. Molecular Biosystems, 2013, July;9(7):1632-42