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      1. 質譜技術

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        MRM/PRM靶向定量蛋白質組學
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        MRM/PRM靶向定量蛋白質組學

        靶向定量蛋白質組學介紹靶向定量蛋白質組學技術是充分利用質譜儀的特性,對進入質譜的離子進行多次篩選,進而靶向選定目標蛋白多肽的碎裂離子,進行定向檢測的質譜技術。
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        蛋白質組學
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        產品描述

              靶向定量蛋白質組學技術,是充分利用質譜儀本身的特性,對進入質譜的離子進行多次篩選,進而靶向選定目標蛋白多肽的碎裂離子,進行定向檢測的質譜技術。 目前,隨著靶向定量蛋白質組學技術的發展,主要發展為MRM(多反應監測,Multiple Reaction Monitoring)和PRM(平行反應監測,Parallel Reaction Monitoring)兩種技術路線。

         
         
         

         

        |   MRM靶向蛋白質定量分析

         

               MRM技術是利用三重四級桿質譜技術(QQQ)的定性多重離子篩選能力,開發出的對復雜樣品中多個特定蛋白/肽段/ 小分子進行靶向定量分析的技術。Q1 篩選出與目標分子特異性一致的母離子;Q2 碰撞碎裂這些母離子,去除其它離子干擾;Q3 只對選定的MS2 離子對進行質譜信號采集,完成靶向定量。借助同位素標記的目標肽段,MRM 還可實現蛋白質的絕對定量。

         

         

        |   MRM靶向蛋白質定量分析

         

               MRM技術是利用三重四級桿質譜技術(QQQ)的定性多重離子篩選能力,開發出的對復雜樣品中多個特定蛋白/肽段/ 小分子進行靶向定量分析的技術。Q1 篩選出與目標分子特異性一致的母離子;Q2 碰撞碎裂這些母離子,去除其它離子干擾;Q3 只對選定的MS2 離子對進行質譜信號采集,完成靶向定量。借助同位素標記的目標肽段,MRM 還可實現蛋白質的絕對定量。

         

         

        |   PRM靶向蛋白質定量分析

         

               PRM是依賴于高分辨/ 高精度質譜儀(尤其是obitrap系列)的高分辨率的優勢而開發的靶向定量蛋白質分析技術,其優點是無需事先確定離子對和優化碰撞能量,操作簡便,是MRM 的衍生技術。首先,利用四級桿質量分析器選擇性地檢測目標肽段的母離子;隨后在Collision cell 中對母離子進行碎裂;最后利用Orbitrap 分析器在二級質譜中檢測所選擇的母離子窗口內的所有碎片信息,對目標蛋白/ 肽段進行定量分析。

         

         

        |   技術比較

         

               無論MRM還是PRM均可較好的對非靶向蛋白質組篩選的數據進行靶向定量檢測,由于兩種技術開發的原理和依托的儀器平臺不同。因此,兩種技術的檢測特點和具體應用均具有一定的差異。

         

         

               MRM是在靶向分子檢測的專用平臺三重四級桿基礎上開發的靶向大分子蛋白質檢測技術,其特點是檢測速度快,離子篩選能力強,并且配套的是微升液相系統,儀器穩定性好,定量準確性高。MRM技術尤其適合對特定小群目標蛋白進行大批量樣本的定量檢測(尤其是臨床大隊列樣本)。

         

               PRM是依托質譜儀的高分辨率性能開發的靶向大分子蛋白質檢測技術,其特點是蛋白組的篩選和驗證可以在一臺質譜儀上實現,操作簡便,檢測成本低,可靶向監測的離子數量多。但是由于配套的是納升液相系統,其儀器的穩定性較差一些。因此,一般是在非靶向蛋白質組學完成后短時期內,在質譜儀進行下一輪維護之前完成PRM實驗。PRM技術適合小批量樣本,較多目標蛋白靶向定量檢測的實驗需求。

         

        |   經典案例

         

               該文獻比較了四種蛋白質組學方法(DDA、DIA、PRM、MRM)的性能。實驗流程如下圖,取來自三名歐洲人和兩名非洲人的單個人類毛干(hair shafts)進行消化,從JPT Peptide Technologie公司獲得24條遺傳變異肽(GVP,genetically variant peptides)并將它們混合后添加到五名受試者的人類毛干蛋白溶液中,采用QE plus-DDA、Lumos-DIA、Lumos-PRM、QQQ-MRM進行分析。

         

         

         

               通過對四個分析平臺的性能進行評估,選取24條肽段中的3條進行分析,發現第一條肽段DSQECILMETEAR在Lumos-DIA 中缺少,第二條肽段GILIDTSR在QE plus-DDA中缺少,第三條肽段LEGEINMYR在QE plus-DDA和Lumos-PRM中均缺少。總之這三條肽段MRM均能檢出,而PRM只能檢出其中的兩條。

         

         

         

               進一步對四個分析平臺的性能進行綜合性能評估,發現QE plus-DDA的鑒定百分比為26.4%,檢測靈敏度為43.2%,錯誤發現率(FDR)最低,為2.6%。Lumos-DIA的鑒定百分比為13.2%,檢測靈敏度為21.6%,FDR為5.0%,Lumos-PRM的鑒定百分比為33.3%,檢測靈敏度為 54.5%,FDR也最高,為12.7%。QQQ-MRM的鑒定百分比為42.4%,檢測靈敏度為69.3%,FDR為4.7%。

         

         

               總體而言,與DIA相比,應用于PRM使檢測靈敏度提高了1.3倍,MRM使檢測靈敏度提高了1.6倍。PRM相比,MRM的檢測靈敏度較高,同時在FDR上,比PRM低。

         

         相關文獻

         

        [1]. Zachary C Goecker, Kevin M Legg, Michelle R Salemi, et al. Alternative LC-MS/MS Platforms and Data Acquisition Strategies for Proteomic Genotyping of Human Hair Shafts. J Proteome Res. 2021 Oct 1;20(10):4655-4666. 

        [2]. Peggy Barschke, Patrick Oeckl, Petra Steinacker, et al. Different CSF protein profiles in amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia with C9orf72 hexanucleotide repeat expansion. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2020 May;91(5):503-511.

        [3]. Megha Bhardwaj, Korbinian Weigl, Kaja Tikk, et al. Multiplex quantitation of 270 plasma protein markers to identify a signature for early detection of colorectal cancer. Eur J Cancer. 2020 Mar;127:30-40.

        [4]. Patrick Oeckl, Patrick Weydt, Dietmar R Thal, et al. Proteomics in cerebrospinal fluid and spinal cord suggests UCHL1, MAP2 and GPNMB as biomarkers and underpins importance of transcriptional pathways in amyotrophic lateral sclerosis. Acta Neuropathol. 2020 Jan;139(1):119-134.

        [5]. Gerard A Silvestri, Nichole T Tanner, Paul Kearney, et al. Assessment of Plasma Proteomics Biomarker's Ability to Distinguish Benign From Malignant Lung Nodules: Results of the PANOPTIC (Pulmonary Nodule Plasma Proteomic Classifier) Trial. Chest. 2018 Sep;154(3):491-500. 

        [6]. Anil Vachani, Harvey I Pass, William N Rom, et al. Validation of a Multiprotein Plasma Classifier to Identify Benign Lung Nodules. J Thorac Oncol. 2015 Apr;10(4):629-37.

        關鍵詞:
        蛋白質組學、定量蛋白質、靶向蛋白組、靶向質譜、三重四極桿、MRM、PRM、平行反應檢測、標志物
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        發布時間:2021-08-11 17:21:10

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