关于TMT/iTRAQ和DIA技术的选择?

我们知道,TMT/iTRAQ子离子标记定量和DIA非标定量是目前蛋白质组最常用的两项技术。一般而言,小样本量,如10样本以上的项目推荐采用TMT/iTRAQ;大样本量的项目推荐采用DIA。为什么呢?

DIA技术因为全采模式被吹上了天,其实应用并没有传说中那么广,只能说是趋势。DIA绝非万能,技术的选择要视情况而定。

1. TMT/iTRAQ的选择

首先要明白DIA的优势是在稳定性和覆盖度上。小样本量的实验,比如9个样:对照组、处理组1、处理组2,每组3个生物学重复,DIA的稳定性没有发挥空间。DIA则通常不做分级(成本、数据处理等因素考量),例如对于常规动物组织样本,一般大约定量到6000个蛋白左右,覆盖度的优势也没体现出来。而TMT可通过大量的分级(fractionation),显著提升定量蛋白的数量,同样的常规动物组织样本,TMT通过大量的分级,可定量多至8000+个蛋白的水平。

DIA全扫描么为什么不能定量到样本中的所有蛋白?DIA虽然把信号几乎都采集到了,但是图谱里不少信号的响应值太低、信噪比差,导致无法被最终鉴定、定量出来。而分级的方法可以将高低丰度信号预先分开,然后分别上机,改善信噪比的问题(这个是质谱本身最大的瓶颈之一),是提升数据量的最有效方法。

此外,DIA的实验流程比较复杂,需先建一个图谱library。在样本数量少的情况下,先花机时完成libirary构建,再花机时进行样本的DIA检测。反而不如一次性做TMT来得经济、快捷。

2. DIA的选择

大队列样本项目

假如你有30个样本,用TMT-11plex,1个plex最多混11个样本,至少也得做3个plex。而且,通常为了提高数据量,每个plex还会做大量的分级,最终会有非常多的上机。关键在于,在这种情况下,多个批次的plex是分别上机检测的,这就会在实验的平行性、稳定性上造成问题。甚至可能做出多批plex的数据,由实验本身导致的各批plex之间的差异性,能完全掩盖实验组别之间的差异。所以,在大量样本上机的情况下,DIA的稳定性优势尽显无疑。

血液样本项目

绝大多数采用常规蛋白质组技术的血液研究,都是先利用亲和等方法将血液中高丰度蛋白(白蛋白、IgG等)去除掉,再做蛋白组分析。因为常规蛋白质组受到高丰度信号的影响非常严重。如果不预先去除高丰度蛋白,获得的结果中大量的数据都是大家所不关注的高丰度蛋白的数据,有意义的数据非常少。

而DIA的全扫描模式,受高丰度蛋白影响很小,目前DIA发表的血液蛋白质组研究均不去除高丰度蛋白,不仅获得的数据量不亚于常规蛋白质组的做法,并且其好处是:(1)不用担心高丰度蛋白去除时带走了其他蛋白,造成结果失真;(2)不用担心高丰度蛋白去除操作,引入的平行性隐患;(3)不用担心去除高丰度蛋白实验涉及的实验成本、时间等问题。第二、三点在大规模样本的分析中是重要的考量因素。

3. 关于DIA的数据质量

谱图库的构建

为什么要建library?质谱对蛋白质肽段的鉴定,基于一级信号及其二级图谱,在常规蛋白质组的扫描模式下,1张二级图谱几乎仅来自于1个一级信号;而在DIA的扫描模式下,1张二级图谱是一个混合图谱,来自于多个的一级信号,其高度复杂。导致常规蛋白质组搜索理论图谱就行了;而DIA的太复杂,要搜实际质谱采集到的图谱,即library(也有不构建library的做法,但准确性、匹配效率效果影响较大)。

library是不是越大越好?将谱图库扩容,是不是做大量的分级就行了。实际情况是,通过分级将library的库容提升到一定程度时,其对提高最终的鉴定数量不会再有显著贡献。所以不建议盲目地做大量的分级。要真正提高library的库容,除了分级,比较重要的就是样本的积累:即不断有不同实验来源、不同生物学背景的新样本的library加入。在这点上,越早开展DIA分析、样本和项目数量积累越多的平台,越有优势。

library匹配算法选择?解析DIA的复杂数据是关键。Spectronaut/skyline/openSWATH.......

数据质量

色谱考察和校正。色谱的峰形、色谱的数据数量点、色谱的稳定性,都直接决定定量准不准;另外,色谱的capacity能力,决定质谱的采集效率。在此基础上,在DIA的大量样本的分离采集过程中,色谱的效果不可避免会波动和下降。所以,不仅要考察色谱的效果,还需要对色谱进行校正(例如掺入iRT内标肽)。

搜库匹配可信度评价。不同软件给出的判别指标不同。

QC样本评价。QC样本是用于整体评价数据的最有效方法。QC样本通常是将多个实验样本进行混合,再分为同样的多份。上样时隔一定数量的样本,掺入1份QC样本。因此,最终整个上机过程中会有多个相同的QC样本贯穿其中。假设整个采集过程是稳定的、平行的,那QC样本的数据也应基本一致。最终,我们利用定量偏差(CV值)、主成分分析、相关性等方法,对QC样本的一致性进行评价,以反映整个数据采集过程中的稳定与平行。

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