Mikroplatten-Ultraschallgerät in einer begutachteten Proteomikstudie validiert

Hielscher Ultrasonics gibt bekannt, dass sein Mikroplatten-Ultraschallgerät UIP400MTP erfolgreich in einer vergleichenden Proteomikstudie validiert wurde, die ein Peer-Review-Verfahren durchlaufen hat und in Proteomics (2024) veröffentlicht wurde. Die Studie zeigt, dass die ultraschallgestützte Probenvorbereitung in Mikroplatten reproduzierbare, hochwertige Proteinextrakte liefert, die vollständig mit fortschrittlichen Arbeitsabläufen der Shotgun-Proteomik und Terminomik kompatibel sind.

Die Veröffentlichung „TermineR: Extracting information on endogenous proteolytic processing from shotgun proteomics data“ stellt ein neues bioinformatisches Framework zur Analyse der endogenen Proteolyse direkt anhand von Standarddatensätzen der Massenspektrometrie vor. Im Rahmen der Methodenvalidierung verglichen die Autoren drei häufig eingesetzte Verfahren zur Gewebehomogenisierung: Aufschluss mit Mahlperlen (Precellys), Beschallung im Ultraschallbad (Bioruptor) und Ultraschallbehandlung in Mikroplatten mit dem UIP400MTP.

Vergleichbare Proteomabdeckung ohne künstliche Proteolyse

Ein zentrales Ziel der Vergleichsstudie war es, zu untersuchen, ob unterschiedliche Extraktionsmethoden die Identifizierung und Quantifizierung semispezifischer Peptide beeinflussen, die für die Untersuchung der endogenen proteolytischen Prozessierung entscheidend sind. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ultraschallextraktion mit dem UIP400MTP eine Proteomabdeckung erreicht, die mit etablierten mechanischen Aufschlussmethoden vergleichbar ist, wobei die Anteile vollständig spezifischer und semispezifischer Peptide konsistent bleiben.
Die Daten zeigen insbesondere, dass die Ultraschallbehandlung in Mikroplatten mit hoher Ultraschallleistung keine künstliche Proteinspaltung hervorruft. Damit wird ein häufiges Bedenken in der Terminomik und bei der Analyse semispezifischer Peptide aufgegriffen. Dies bestätigt, dass der UIP400MTP einen effizienten Probenaufschluss ermöglicht und dabei biologisch aussagekräftige proteolytische Signaturen bewahrt.

Quantitative Reproduzierbarkeit semispezifischer Peptide über verschiedene Extraktionsmethoden hinweg –
Heatmaps der Pearson-Korrelation der log2-transformierten Intensitäten semispezifischer Peptide zum Vergleich unterschiedlicher Proteinextraktionsmethoden für Wildtyp-Proben (WT, links) und Knockout-Proben (KO, rechts). Zwischen der Ultraschallbehandlung in Mikroplatten mit dem UIP400MTP, dem Aufschluss mit Mahlperlen (Precellys®) und der Beschallung im Ultraschallbad (Bioruptor®) werden hohe Korrelationskoeffizienten (typischerweise ≥0,95) beobachtet, die eine ausgezeichnete quantitative Übereinstimmung zeigen. Diese Ergebnisse bestätigen, dass die Ultraschallbehandlung in Mikroplatten die relativen Peptidabundanzen bewahrt und vollständig mit quantitativen Proteomik- und Terminomikanalysen kompatibel ist.
Studie und Grafiken: ©Cosenza-Contreras et al. 2024

Hohe Reproduzierbarkeit in der quantitativen Proteomik

Die Studie berichtet zudem über eine hohe quantitative Reproduzierbarkeit über verschiedene Extraktionsmethoden hinweg. Pearson-Korrelationsanalysen der Peptidintensitäten zeigten eine hohe Übereinstimmung zwischen den mit dem UIP400MTP behandelten Proben und den durch Aufschluss mit Mahlperlen oder Beschallung im Ultraschallbad vorbereiteten Proben, wobei die Korrelationskoeffizienten typischerweise über 0,95 lagen.
Diese Ergebnisse bestätigen, dass die Ultraschallbehandlung in Mikroplatten die relativen Peptidabundanzen bewahrt. Dadurch eignet sie sich gut für die differenzielle Proteomik, TMT-basiertes Multiplexing und krankheitsbezogene Studien, die präzise quantitative Vergleiche erfordern.

Anzahl der identifizierten Peptidvorläufer nach Spezifität und Extraktionsmethode
Vergleich der Anzahl identifizierter Peptidvorläufer, klassifiziert nach enzymatischer Spezifität (vollständig spezifisch, C-terminal semispezifisch und N-terminal semispezifisch), über drei Proteinextraktionsmethoden hinweg: Aufschluss mit Mahlperlen (Precellys®), Beschallung im Ultraschallbad (Bioruptor®) und Ultraschallbehandlung in Mikroplatten mit dem UIP400MTP. Dargestellt sind Daten biologischer Replikate von Nierenproben aus Wildtyp-Mäusen (WT) und Knockout-Mäusen (KO). Die Ergebnisse zeigen eine vergleichbare Proteomabdeckung und ähnliche Verteilungen der Peptidspezifitäten bei allen Extraktionsmethoden. Dies deutet darauf hin, dass die Ultraschallbehandlung in Mikroplatten mit dem UIP400MTP eine effiziente Proteinextraktion ermöglicht, ohne die unspezifische proteolytische Spaltung zu erhöhen.
Studie und Grafiken: ©Cosenza-Contreras et al. 2024


Standardisierte Proteomik-Arbeitsabläufe mit hohem Probendurchsatz ermöglichen

Durch die Kombination einer berührungslosen Einkopplung von Ultraschallenergie mit der parallelen Verarbeitung ganzer 96-Well-Platten unterstützt der UIP400MTP eine standardisierte, automatisierungskompatible Probenvorbereitung mit hohem Probendurchsatz. In der veröffentlichten Studie wurde das System erfolgreich in einen DIA-fähigen, TMT-markierten Proteomik-Arbeitsablauf integriert, der an einem Mausmodell der polyzystischen Nierenerkrankung angewendet wurde.
Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die Ultraschallbehandlung in Mikroplatten vollständig mit moderner Shotgun-Proteomik kompatibel ist und die Analyse der endogenen Proteolyse ermöglicht, ohne dass arbeitsintensive biochemische Anreicherungsschritte erforderlich sind.

Engagement für wissenschaftlich validierte Lösungen

„Die Einbeziehung des UIP400MTP in eine methodisch fundierte Vergleichsstudie mit Peer-Review unterstreicht das Engagement von Hielscher Ultrasonics für die Bereitstellung wissenschaftlich validierter Technologien zur Probenvorbereitung“, sagte ein Unternehmensvertreter. „Eine unabhängige Validierung in anspruchsvollen Proteomik-Arbeitsabläufen ist für Labore, die robuste, reproduzierbare und skalierbare Lösungen suchen, unerlässlich.“
Die vollständige Studie ist als Open-Access-Veröffentlichung in Proteomics verfügbar (DOI: 10.1002/pmic.202300491).

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