Top-down质谱在单细胞蛋白组学的新进展|威斯康星大学葛瑛团队PNAS成果

蛋白质是生命活动生理功能的执行者，它更直观的表现生命的活动现象，它直接参与机体的免疫应答、免疫调节和催化过程。蛋白表达的差异水平会更直观的反应机体的生理状况和发病机制，因此蛋白质的定量检测对疾病的诊断、预后评价有着重要的意义。与此同时，单细胞技术正在通过直接研究个体细胞之间的生物变异，推动生物学和分子医学领域的革新。

自上而下（Top-down）质谱方法是一种新兴的单细胞蛋白质组分析技术，可以同时分析蛋白质的各种异构体以及翻译后修饰，该技术可用于深入理解单个细胞的功能和细胞异质性。尤其是在蛋白质异构体的鉴定和定量方面，通过Top-down质谱技术，可以获得单个细胞蛋白质组的高分辨率和高质量信息，从而深入探究细胞内不同功能和代谢通路之间的关系，揭示细胞功能和生命过程的本质，进而推动生命科学领域的发展。然而，在单细胞蛋白质组学中，分析由基因突变、可变剪接和翻译后修饰引起的蛋白形式仍存在重大挑战。

近日，在威斯康星大学麦迪逊分校葛瑛教授团队的一项新研究中,其团队开发了一种高灵敏的功能整合型Top-down蛋白质组学方法，全面分析单个细胞中的蛋白质形式。并将此方法应用于单个肌纤维（SMFs），以解析其在单细胞水平上的功能和蛋白质组学性质的异质性。该研究凸显了Top-down蛋白质组学在理解单细胞蛋白质异质性如何促进细胞功能的潜力。

（原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2222081120）

研究团队开发了一种高灵敏的功能集成的Top-down蛋白质组学方法，用于对单个细胞的蛋白质形态进行全面分析。研究者将该方法应用于单个肌纤维（SMFs）中，以解析其单个细胞水平的异质性功能和蛋白质组学特性。值得注意的是，研究者从SMFs中检测到了大型蛋白形态的单细胞异质性（> 200 kDa）。使用从三种不同功能的肌肉中获得的SMFs，发现肌肉肌节蛋白形态存在纤维间的异质性，这可以与其功能异质性相关联。更重要的是，其检测到多种肌球蛋白重链的同工酶（~ 223 kDa），这是驱动肌肉收缩的运动蛋白，具有高度的重复性，以便对单个纤维类型进行分类。研究结果揭示了在个体肌肉细胞之间可能存在的蛋白质翻译后修饰和同工酶表达差异，并进一步将功能性与蛋白质组学相结合，可重复测量肌球蛋白同工酶，用于单个肌肉纤维类型的分类，凸显了Top-down蛋白质组学揭示复杂系统中细胞间变异的分子基础的潜力。该成果“High sensitivity top–down proteomics captures single muscle cell heterogeneity in large proteoforms”已于2023年5月1日在《美国科学院院报》(PNAS）上发表。值得一提的是，该文章从投稿到成功在PNAS上发表，仅仅历时4个月时间。

研究团队: https://labs.wisc.edu/gelab/

威斯康星大学麦迪逊分校 葛瑛教授