Chemical approaches for quantitative proteomics

Chemische benaderingen voor kwantitatieve proteomics

In zijn proefschrift heeft Tian de ontwikkeling besproken van verschillende methodes voor de kwantificering van proteomen op basis van stabiele isotopen met behulp van chemische labeling, en hun sterke en zwakke punten vergeleken. De beperkingen van elke methode zijn samengevat, te weten: (1) isotopisch labelen heeft een beperkte multiplex-capaciteit (tot maximaal triplex) en de complexiteit van MS1-spectra schaalt hierin lineair met het aantal gelabelde monsters, wat een nadelige invloed heeft op data-acquisitie in de DDA-modus; (2) voor isobarische tags gebaseerd op reporter-ionen kan de kwantificering worden verstoord door cofragmentatie van peptides, waarbij meer dan één peptide van hetzelfde monster wordt geselecteerd als precursor-ion in hetzelfde isolatievenster en waarbij niet te onderscheiden reporter-ionen worden gevormd op MS2-niveau; (3) isobare labeling met kwantificering op basis van fragmenten in plaats van reporter-ionen heeft ook een beperkte multiplex-capaciteit, vooral wanneer deuterium-labeling wordt vermeden. De complexiteit van MS2-spectra vermenigvuldigt hier met het aantal gelabelde monsters, wat de identificatie van peptides tot een uitdaging maakt; (4) in methodes gebaseerd op peptide-gekoppelde reporter-ionen worden de reporter-ionen slechts met een lage efficiëntie gevormd en de complexe isotoop-distributie van deze ionen moet worden gedeconvolueerd om de kwantitatieve informatie af te leiden.

De ontwikkelingen om deze beperkingen aan te pakken of te verlichten vergden 20 jaar vanaf de eerste isotopische tag, ICAT, tot de momenteel meest geavanceerde isobarische tag, TMTpro. Gedurende deze periode zijn er verschillende oplossingen, technieken en concepten voorgesteld, zoals verbeterde ontwerpen van isotoop-tags, het gebruik van op MS3 gebaseerde kwantificering en de toepassing van ion-mobiliteit spectrometrie. Toch zijn de problemen nog niet volledig overwonnen; er is nog ruimte voor optimalisatie en voor de ontwikkeling van nieuwe isotopische en isobarische tags en labelingsstrategieën, met name voor DIA-modus. Het ontwerp van isotoop-tags vereist onder meer (1)  de vorming ionen van hoge intensiteit voor kwantificering en van voldoende fragment-ionen van de peptideketen voor identificatie, (2) het vermijden van de vorming van niet-informatieve fragment-ionen, (3) het vergroten van de multiplex-capaciteit en (4) het beperken van de synthesekosten en daarmee het vergroten van de bruikbaarheid.

Om de bovenstaande beperkingen in kwantitatieve proteomics aan te pakken heeft Tian  verschillende series van chemische isotoop-tags gesynthetiseerd met gebruik van commercieel verkrijgbare isotopisch gelabelde aminozuren. Ook heeft hij methodes voor geoptimaliseerde dataverwerking ontwikkeld.

CV Xiaobo Tian

Xiaobo Tian (1991) studeerde Farmaceutische Chemie aan de Universiteit van Nanchang. Zijn promotieonderzoek vond plaats bij de afdeling Analytische Biochemie aan de Rijksuniversiteit Groningen. Daarna zal hij werkzaam zijn als postdoctoraal onderzoeker bij de Universiteit van Genève. De titel van zijn proefschrift luidt: Chemical approaches for quantitative proteomics.

Proefschrift: http://hdl.handle.net/11370/c916e998-8f71-4ca8-9900-b922388f0756