マイクロプレート用超音波処理装置が査読済みプロテオミクス研究で検証される

Hielscher Ultrasonicsは、同社のUIP400MTPマイクロプレート用超音波処理装置が、Proteomics（2024）に掲載された査読済みのプロテオミクス比較研究で検証に成功したことを発表しました。この研究は、マイクロプレートを用いた超音波によるサンプル前処理によって、先進的なショットガンプロテオミクスおよびターミノミクスのワークフローに完全に適合する、再現性のある高品質なタンパク質抽出物が得られることを示しています。

論文「TermineR: ショットガンプロテオミクスデータから内因性タンパク質分解プロセシングに関する情報を抽出する」は、標準的な質量分析データセットから内因性タンパク質分解を直接解析するための新しいバイオインフォマティクスの枠組みを紹介しています。手法の検証の一環として、著者らは広く使用されている三種類の組織ホモジナイズ技術、すなわちビーズ破砕（Precellys）、超音波浴による処理（Bioruptor）、およびUIP400MTPを用いたマイクロプレートの超音波処理を比較しました。

人為的なタンパク質分解を伴わずに同等のプロテオームカバレッジを達成

この比較研究の中心的な目的は、内因性タンパク質分解プロセシングの研究に不可欠な半特異的ペプチドの同定と定量に、抽出方法の違いが影響するかどうかを評価することでした。結果は、UIP400MTPを用いた超音波抽出が、完全特異的ペプチドと半特異的ペプチドの割合を一定に維持しながら、確立された機械的破砕法と同等のプロテオームカバレッジを達成することを示しています。
特に、このデータは、高出力のマイクロプレート超音波処理が人為的なタンパク質切断を引き起こさないことを示し、ターミノミクスと半特異的ペプチド解析に共通する懸念に答えています。これは、UIP400MTPが生物学的に意味のあるタンパク質分解の特徴を保持しながら、効率的にサンプルを破砕することを裏付けています。

抽出方法間における半特異的ペプチドの定量的再現性 –
野生型（WT、左）およびノックアウト（KO、右）サンプルについて、異なるタンパク質抽出方法を比較した、半特異的ペプチドのlog2変換強度のピアソン相関ヒートマップ。UIP400MTPによるマイクロプレートの超音波処理、ビーズ破砕（Precellys®）、および超音波浴による処理（Bioruptor®）の間で高い相関係数（通常≥0.95）が認められ、優れた定量的一致を示しています。これらの結果は、マイクロプレートを用いた超音波処理がペプチドの相対存在量を保持し、定量プロテオミクスおよびターミノミクス解析に完全に適合することを裏付けています。
研究および図：©Cosenza-Contreras et al. 2024

定量プロテオミクスにおける高い再現性

この研究はさらに、抽出方法間で高い定量的再現性が得られることを報告しています。ペプチド強度のピアソン相関解析により、UIP400MTPで処理したサンプルと、ビーズ破砕または超音波浴による処理で調製したサンプルの間に強い一致が認められ、相関係数は通常0.95を超えていました。
これらの知見は、マイクロプレートの超音波処理がペプチドの相対存在量を保持することを裏付けており、この手法が差次的プロテオミクス、TMTを用いた多重化、および精密な定量比較を必要とする疾患に焦点を当てた研究に適していることを示しています。

特異性および抽出方法別の同定されたペプチド前駆体数
三種類のタンパク質抽出方法、すなわちビーズ破砕（Precellys®）、超音波浴による処理（Bioruptor®）、およびUIP400MTPを用いたマイクロプレートの超音波処理について、酵素的特異性（完全特異的、C末端半特異的、N末端半特異的）で分類した、同定されたペプチド前駆体数を比較しています。野生型（WT）およびノックアウト（KO）マウスの腎臓サンプルの生物学的反復のデータを示しています。結果は、すべての抽出方法で同等のプロテオームカバレッジと類似したペプチド特異性の分布が得られることを示しており、UIP400MTPを用いたマイクロプレートの超音波処理が、非特異的なタンパク質分解による切断を増加させずに効率的なタンパク質抽出を実現することを示しています。
研究および図：©Cosenza-Contreras et al. 2024


高スループットで標準化されたプロテオミクスワークフローを実現

UIP400MTPは、非接触での超音波エネルギーの伝達と96ウェルプレート全体の並列処理を組み合わせることで、高スループットで標準化され、自動化に対応したサンプル前処理を支援します。発表された研究では、このシステムは、多発性嚢胞腎のマウスモデルに適用された、DIAに対応したTMT標識プロテオミクスワークフローに正常に組み込まれました。
著者らは、マイクロプレートの超音波処理が現代のショットガンプロテオミクスに完全に適合し、労力を要する生化学的濃縮工程を必要とせずに内因性タンパク質分解の解析を可能にすると結論付けています。

科学的に検証されたソリューションの提供への取り組み

「厳密な査読済み比較研究にUIP400MTPが採用されたことは、科学的に検証されたサンプル前処理技術を提供するというHielscher Ultrasonicsの取り組みを明確に示しています」と同社の担当者は述べました。「要求の厳しいプロテオミクスワークフローにおける独立した検証は、堅牢で再現性があり、規模の拡張が可能なソリューションを求める研究室にとって不可欠です。」
研究の全文は、Proteomicsでオープンアクセス論文として公開されています（DOI: 10.1002/pmic.202300491).

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