開年紅，新篇章！中科新生命聯合交大團隊共建單細胞蛋白質組分析“全新升級”

2022-01-14

當下，單細胞多組學無疑是最受關注方向，發展日新月異。過去一年，多篇CNS等國際頂刊報道單細胞蛋白質組前沿動態，表明單細胞蛋白質組已登上主舞臺，即將在單細胞研究中大放異彩，可謂“‘單’心如故，夢想成真”。
單細胞蛋白質組學從單個細胞維度透視生命過程，對腫瘤異質性、干細胞分化、生殖細胞發育、循環腫瘤細胞等重要領域有著不可或缺的應用價值。但單細胞蛋白質組學受限于質譜靈敏度和分辨率的發展、以及蛋白質本身不可擴增的性質，技術難度非常大。中科新生命自重磅推出“單細胞蛋白質組學”以來，受到了各個領域科研學者們的極大關注，老師們也對技術充滿了好奇：

· 檢測的是單個細胞嗎？

· 如何分選單細胞？采用的是什么技術？

· 鑒定深度如何？數據可靠性又如何？
今天就跟隨小編一起來詳細了解單細胞蛋白質組學技術吧！
2022年1月3日，中科新生命單細胞研發團隊和上海交通大學醫學院單細胞組學與疾病研究中心共同合作，在bioRxiv發表了“An ultra-sensitive and easy-to-use multiplexed single-cell proteomic analysis”的預印版論文，通過靈活的分選系統高效分選細胞，建立了超靈敏的、易于使用的單細胞蛋白質組學工作流程（UE-SCP），可實現單個人源細胞中蛋白質鑒定及定量數量超過2000種。

1. 單細胞蛋白質組學工作流程

我們在SCoPE-MS的基礎上，優化了裂解液、微孔板、分選方法以及質譜方法，開發了易于使用的單細胞蛋白質組學流程（UE-SCP）。具體來說，獲得單細胞懸液后，使用溫和且高精度的全自動單細胞分離系統進行單細胞分選，微孔板收集后，完成細胞裂解、蛋白質酶解和肽段標記，最后通過液質聯用質譜儀采集數據。

圖1 UE-SCP工作流程

2. UE-SCP鑒定及定量的深度達單個細胞2000+

使用UE-SCP分別檢測32個和96個細胞，32個單細胞共鑒定到3220種蛋白質，96個單細胞共鑒定到4003種蛋白質（圖2E）。定量到的蛋白質豐度動態范圍都高達6個數量級（圖2F）。64個HEK-293T單細胞、64個Hela單細胞或全部128個單細胞中定量蛋白質的中位數均超過2000種（圖2G）。

圖2 UE-SCP鑒定及定量的蛋白質數量評估

3. UE-SCP數據穩定且可靠

在128個細胞的鑒定數據中，篩選到3546種穩定定量的蛋白質，歸一化后數據呈現良好的平行性（圖3C）和優異的相關性（圖3D）。對Hela和293T兩個細胞系定量到的共有蛋白質進行無監督聚類分析。層次聚類和主成分分析顯示，在單細胞蛋白質組層面可以清晰的區分兩個細胞系。GO細胞組分分析表明UE-SCP優異的單細胞結構完整性和數據全面性。功能注釋結果中富集到的生物學途徑涉及翻譯、代謝、能量過程，以及VEGFA-VEGFR2信號通路、膜轉運、Rho GTP酶信號傳導等等?？傊?，基于UE-SCP平臺可以獲得可靠、穩定、且有意義的單細胞層面的蛋白質組數據。

圖3 UE-SCP數據質量評估

小編小結

本文建立了一個超靈敏且易用的多重單細胞蛋白質組工作流程。該技術集多個優點與一身，比如無需微流控芯片、無需昂貴的超聲設備、液相系統維護簡單、自動化程度高、單細胞分選無損高效，兼容市售主流液質聯用質譜儀。利用該技術采集到的單細胞蛋白質組動態范圍跨越6個數量級，單個直徑20微米的人源細胞可以鑒定并定量到2000種以上的蛋白質，表明UE-SCP具有廣闊的應用前景。單細胞蛋白質組學技術的不斷發展，對系統揭示細胞間的復雜性、多樣性及細胞功能、細胞狀態具有非常大的意義。

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