Cơ sở khoa học và ứng dụng của proteomics trong y học

Cơ sở khoa học và ứng dụng của proteomics trong y
học
GVHD: PGS.TS Trương Quốc Phong
Học viên: Ngô Văn Thịnh
Lê Thị Thùy Dung
Nguyễn Vi Ánh
Cao Văn Hoan


Nội dung

1

21

Cơ sở khoa học của proteomics trong y học

Ứng dụng của proteomics trong hỗ trợ sinh sản


PHẦN 1:
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PROTEOMICS TRONG Y HỌC


CHẨN ĐỐN TRÊN NỀN TẢNG PROTEIN TRONG Y HỌC




Các cơng cụ phân tích biomarker phân tử được dùng trong y học hiện nay



Nhanh chóng



Hạn chế xâm lấn



Giá thành rẻ

Các đối tượng phân tử được tiếp cận



DNA/RNA



Protein



Lipid



...

VD: DNA từ mẫu sinh học được sử dụng trong NGS để sàng lọc các bất thường NST ở thai nhi


CHẨN ĐOÁN TRÊN NỀN TẢNG PROTEIN TRONG Y HỌC


Ưu điểm khi sử dụng protein làm biomarker



Hệ protein là khác nhau trong các tế bào và các cơ quan khác nhau



Sự biểu hiện bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tuổi tác, tình trạng sức khỏe



Cung cấp các chỉ số trực tiếp cho tình trạng bệnh

Phân tích protein có thể là một cơng cụ phân tích hữu hiệu cho y học


GIỚI THIỆU



Proteomics là nghiên cứu tất cả protein trong hệ thống sinh học để tìm ra các biomarkers về bệnh
Các biomarkers được ứng dụng trong các khía cạnh như:



Sàng lọc bệnh



Chẩn đoán bệnh



Theo dõi và đánh giá hiệu quả điều trị


GIỚI THIỆU


Có 3 giai đoạn để tạo ra một biomarker trong y học



Tìm kiếm các protein có thể làm biomarker



Xác định các protein làm biomarker trong nghiên cứu lâm sàng



Đưa vào ứng dụng trong các phòng lab lâm sàng

QUY TRÌNH CƠ BẢN ( BASIC WORKFLOW)
 Chuẩn bị mẫu
 Phân đoạn
 Cắt protein bằng enzym
 Thu nhận dữ liệu bằng phân tích MS
 Phân tích tin sinh
 Nhận dạng protein
 Định lượng protein
 Phân tích thống kê


QUY TRÌNH CƠ BẢN ( BASIC WORKFLOW)


CHUẨN BỊ MẪU
Loại protein nồng độ cao



Immunnoaffinity columns

Phân đoạn protein





SDS-PAGE
Trao đổi cation mạnh (SCX)

Phân đoạn PH + isoelectric focusing (IEF)

Cắt protein thành peptide


CƠNG CỤ PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ (MS)



Các protein được phân tách dựa trên sự khác
biệt về giá trị m/z


CƠNG CỤ PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ (MS)


2 nguồn ion hóa


CƠNG CỤ PHÂN TÍCH KHỐI PHỔ (MS)


Tandem mass spectrometry

 Triple quadrupole mass spectrometer (QqQ)
 Quad time of flight (Q-TOF)
 Hybrid mass spectrometer


KHỐI PHỔ ĐỊNH LƯỢNG

CÔNG CỤ TIN SINH HỌC




Cách tạo ra dữ liệu: đã được chuẩn hóa nhanh chóng
Thách thức: phân tích và gải thích dữ liệu cho ý nghĩa
Các cơng cụ hỗ trợ tin sinh đều hỗ trợ xuyên suốt quá trình tìm ra biomarker



Nhận dạng



Định lượng



Phân tích thống kê cho kết quả




Xác thực
Giải thích kết quả

CÁC NGHIÊN CỨU VỀ PROTEOMICS


THỬ NGHIỆM CHẨN ĐỐN DỰA TRÊN PROTEOMICS









Vai trị protein biomarker
Hiểu về sinh lý bệnh
Đưa ra phương pháp điều trị

Ví dụ về CRP
Được tạo ra trong gan
Chỉ thị cho tình trạng đột quỵ khi nồng độ > 2mg/L
Chỉ thị cho các triệu trứng viêm như viêm ruột và viêm
phổi


THÁCH THỨC CỦA PROTEOMICS TRONG Y HỌC

Khả năng tái tạo kỹ thuật trên các lơ lớn

Thu thập và xử lí mẫu

Chi phí cao

Giới hạn kích thước mẫu

Độ nhạy


NHỮNG TIẾN BỘ PROTEOMICS TRONG TƯƠNG LAI

 Phương pháp khối phổ SWATH-MS:

Sắc kí lỏng hiệu suất siêu cao (UPLC):

•

Tạo ra hiệu quả các phép đo có thể lặp lại

•

•

Nhất qn và chính xác về mặt định lượng của một phần lớn Proteme
trên nhiều mẫu

Thời gian chạy có thể giảm xuống dưới 10 phút/mẫu hơn so với 60
phút/mẫu với hệ thống dịng nano thơng thường.


PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ SWATH-MS
Phương pháp khối phổ SWATH-MS

Bấm để chỉnh sửa kiểu văn bản của Bản cái
Mức hai
Mức ba
Mức bốn
Mức năm

Tạo và sử dụng thư viện phổ MS/MS và các công cụ định dạng sinh học SWATH để phát hiện
và định lượng các proteome và protein

•

Đầu tiện toạ độ MS được chọn từ các thư viện phổ được xây dựng từ phổ
MS/MS

•

Các toạ độ MS/MS thích hợp đó được sử dụng để kích hoạt chiết xuất sắc kí
đồ ion phân đoạn cho các peptid quan tâm trong bản đồ SWATH

•

Cuối cùng, các sắc đồ chiết xuất được cho điểm bằng cách sử dụng mơ hình
cho điểm theo xác suất của mProphet.


PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ SWATH-MS

Một số kết quả phương pháp khối phổ SWATH-MS
Bấm để chỉnh sửa kiểu văn bản của Bản cái

Mức hai
Mức ba
Mức bốn
Mức năm

•

Hình A Số lượng peptit trên mỗi protein được xác định trong dịch tiêu hoá tế bào
nấm men

•

B, Protein trải rộng phạm vi nồng độ bốn bậc độ lớn từ 1e6 đến 100 bản sao / tế bào
theo phân tích Western blot định lượng.

•

C, Sự phân bố số lượng tế bào dồi dào (bản sao / tế bào) của các protein được phát
hiện theo phân tích Western blot định lượng (34)

Phân tích SWATH-MS của dịch ly giải tấm bào nấm men chưa phân đoạn


PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ SWATH-MS
Một số kết quả phương pháp khối phổ SWATH-MS
Bấm để chỉnh sửa kiểu văn bản của Bản cái
Mức hai
Mức ba
Mức bốn
Mức năm

•

Hình A Số lượng các thử nghiệm,peptit và protein bị thiếu được phát hiện qua
bốn lần lặp kĩ thuật

•

B, Biểu đồ CV của các xét nghiệm được phát hiện trên tất cả các lần lặp lại.

•

C, CV của các thử nghiệm được phát hiện trên toàn bộ phạm vi và tất cả các
lần lặp lại.


PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ SWATH-MS
Một số kết quả phương pháp khối phổ SWATH-MS
Bấm để chỉnh sửa kiểu văn bản của Bản cái
Mức hai
Mức ba
Mức bốn
Mức năm

Phân nhóm thứ bậc các protein thay đổi đáng kể sau khi sốc thẩm thấu bằng SWATH-MS

•

Sốc thẩm thấu được áp dụng bằng cách thêm 0,4 m NaCl vào mỗi 50 ml dịch
nuôi cấy và sau 0 phút (T0), 15 phút (T1), 30 phút (T2), 60 phút (T3), 90 phút

(T4) và 120 phút (T5) tế bào được thu hoạch và protein được phân lập.


PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ UPLC
Phương pháp sắc kí UPLC
Bấm để chỉnh sửa kiểu văn bản của Bản cái
Mức hai
Mức ba
Mức bốn
Mức năm

Hệ thống sắc kí UPLC

•

UPLC vận hành dưới áp suất cao khoảng 15000psi

•

Nhờ áp suất vận hành cao UPLC giảm được thời gian phân tích mẫu , giảm chi
phí dung mơi cũng như đạt được kết quả phân tích cao


PHẦN 2: ỨNG DỤNG PROTEOMICS TRONG Y HỌC
HỆ PROTEOME DỊCH NANG NỖN HÉ LỘ MỐI LIÊN QUAN GIỮA TÌNH TRẠNG THỪA CÂN VÀ SỰ
BẤT THƯỜNG TRONG TRƯỞNG THÀNH NOÃN