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Label-free,即非标记定量技术,是通过液质联用技术对蛋白质酶解肽段进行质谱分析,无需使用同位素标签做内部标准,只需分析大规模鉴定蛋白质时所产生的质谱数据,比较不同样品中对应肽段的信号强度,从而对肽段对应的蛋白质进行相对定量。


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文献名称:A proteomic landscape of diffuse-type gastric cancer

                  蛋白质组技术助力弥漫性胃癌分子分型研究

发表期刊: Nature Communications
发表时间: 2018 年 5 月

影响因子: 12.353


文章摘要


弥漫性胃癌是胃癌亚型中预后效果最差、治疗手段最少的疾病种类。利用蛋白质组分析技术诊断胃癌就像是为肿瘤‘画像’,通过描绘正常组织与肿瘤组织的像,找到不同种类肿瘤的区别,从而准确判断患者的疾病种类。

研究中利用定量蛋白质组label-free技术将弥漫性胃癌分为了三个与生存预后和化疗敏感性密切相关的的亚型,描绘了三种亚型的的蛋白聚类特点,和它们各自参与的具有代表性的通路。

研究人员基于肿瘤蛋白质组的数据,结合蛋白的表达量与功能等参数,共筛选出了23个候选蛋白药物靶标。此外,通过联合外显子组测序的结果,研究人员还探究了蛋白质组表达模式的变化与哪些基因的突变相关。此项研究表明蛋白质组技术为癌症的分子分型提供了有效手段,为胃癌患者的诊断、治疗和预后提供了强有力的支持。


样本选择


84例患有弥漫性胃癌患者的癌症组织(T)与癌旁组织(N)


设计思路



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研究结果


1. 研究中用label-free的方法共鉴定了11340个蛋白,从中选取了2538个在癌症与癌旁组织中表达差异超过3倍且出现在10%样本中的蛋白,用来描绘癌症分型。大量蛋白的定位注释为胞外基质或细胞外空间,表明弥漫性胃癌的蛋白质组数据包含了肿瘤的微环境。


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 2. 通过对比癌症与癌旁组织的蛋白质组数据,共筛选出1637个差异蛋白(FDR q-value < 0.01, 差异表达ratio >0.5 or <-0.5),其中1184个蛋白上调,453个蛋白下调。GO功能注释表示癌症组织蛋白质组在上皮间质转化、细胞周期、DNA复制、checkpoint、E2F、p53信号通路和炎症反应通路中有显著富集;而癌旁组织在代谢通路,如脂肪酸代谢、氧化磷酸化和氨基酸代谢中富集(见下图左)。尤其需要注意,很多胃部标志物(ANXA10、 VSIG1、CLDN18、CTSE、TFF2、 MUC5AC 和MUC6)和胃功能标志蛋白,包括消化、吸收、分泌和胃酸产生,如PGC、GIF、GAST和ATP4A,在癌症组织中丢失(见下图右)。


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3. 通过设定更严格的差异蛋白筛选条件寻找弥漫性胃癌组织的共性:差异倍数大于3或小于1/3;蛋白出现在75%以上的患者中;差异调控出现在60%以上被检测到的案例中。在490个差异蛋白中研究人员发现涉及细胞周期调控、DNA复制、凝缩蛋白复合体和代谢途径的蛋白在癌症组织中显著上调(见下图)。此外,胞外基质中的多种蛋白在癌症和癌旁中有显著差异表达,表明肿瘤微环境在弥漫性胃癌发生变化的蛋白质组中占重要部分。


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4. 研究中通过对差异蛋白的聚类分析(consensus clustering),将弥漫性胃癌依据蛋白质组发生改变的表达模式分成了3类:PX1亚型中与细胞周期有关的生物过程、PX2亚型的上皮间质转化、和PX3中的免疫过程发生了显著变化(见下图)。


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5.基于蛋白质组数据,结合药物靶标的筛选标准,共挑选出了23个候选的药物靶标(见下图左)。这些候选药靶存在于肿瘤细胞、胞外基质或免疫细胞中,体现了弥漫性胃癌4个可以利用的弱点:肿瘤生长通路、代谢和氧化应激、细胞粘附和入侵、肿瘤免疫调节和微环境(见下图右)。


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Q

什么情况下应该选择Label-free技术?



A

1Label-free技术适合于大样本量的定量比较

2)对无法用标记定量实现的实验设计,如用于区分绝对有无蛋白:可能在一组样本中有该蛋白表达,另一组样本中不能检测到该蛋白表达的情况(可能为无表达,也可能为技术方法未能检测到的极低表达);

3)不同物种(即使亲缘较近)、不同类型的样品。



Q

取样时应该注意什么?



A

取样的代表性关系到实验结果是否具有科学意义,因此应该根据实验目的谨慎地选择取样方案。病变组织样本中应不夹带正常组织,正常组织样本中不能含有病变组织。有条件时,应做到实验组与对照组的样本在取材时间、部位、处理条件等方面尽可能保持一致,否则可能会影响实验结果的可信度。





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