Forskare vid New Jersey Institute of Technology i samarbete med Ohio University och Merck &Co. Inc. utvecklade nyligen en ny effektiv metod för målinriktad proteinanalys – en som de säger skulle kunna påskynda processer för sjukdomstestning, läkemedelsupptäckt och vaccinutveckling.

Forskningen, publiceras i tidskriften Analytisk kemi , lyfter fram lagets nya coulometric mass spectrometric (CMS) tillvägagångssätt för att bestämma mängden proteiner i biologiska prover, potentiellt öppna nya dörrar för att utforska proteiner i människokroppen som endast kan uttryckas vid låga nivåer, men som skulle kunna tjäna viktiga biologiska funktioner eller roller som sjukdomsbiomarkörer, läkemedelsmål eller terapeutiska antikroppar.

Forskare säger att den nya masspektrometrin och elektrokemibaserade metoden - som kan kvantifiera ett spektrum av små proteiner till stora monoklonala antikroppsläkemedel - är ett framsteg på nuvarande metoder inom området absolut proteinkvantifiering, som vanligtvis kräver tidskrävande och kostsamma förberedelser av syntetiserat standardmaterial för analys.

"Mätning av de molekylära förändringarna i sjukdomsassocierade processer och vägar är avgörande för vår förståelse av patogenes och upptäckt av nya biomarkörer för diagnos och behandling av sjukdomar, sa Hao Chen, professor vid NJIT:s institution för kemi och miljövetenskap, och motsvarande författare till tidningen. "Med vår nya metod, Vi har visat att vi kan kvantifiera en rad biomolekyler exakt och snabbt."

"Det här tillvägagångssättet kan gynna en rad biovetenskaplig forskning, inklusive bekämpning av covid-19-pandemin, till exempel, eftersom det skulle kunna användas för att snabbare kvantifiera olika antikroppar från patienter till att undersöka infektionsstadiet och för att hjälpa vaccinutveckling, " tillade Chen.

Inom proteomik, masspektrometrianalys kan erbjuda forskare ett sätt att kvantifiera tusentals proteiner i ett enda experiment, under olika förhållanden eller stimuli. Det kan också användas för att avslöja detaljer om hur vissa proteiner fungerar, interagerar och förändras över tid i friska och sjukdomscelltillstånd, och kan avslöja mer om nivåförändringar av antikroppar som produceras av immunsystemet för att bekämpa antigener, som virus eller bakterier.

Pengyi Zhao, en Ph.D. forskare i Chens labb och första författare till artikeln, säger att proteinkvantifiering vanligtvis har gjorts genom vätskekromatografi-masspektrometrimetoder som involverar framställning av syntetiska isotopmärkta peptider. Dessa märkta peptider spetsas vanligtvis i känd koncentration i prover för att hjälpa till att bestämma mängden av ett protein av intresse baserat på intensiteten hos proteinets associerade peptider i förhållande till de tillsatta standarderna. "Utgiften och tiden det tar att syntetisera dessa isotopmärkta peptidstandarder är en stor fråga som hindrar kvantitativ analys inom forskning och läkemedelsutveckling, " förklarade Zhao.

Chen säger att lagets nya CMS-metod istället kvantifierar proteiner baserat på den elektrokemiska signaturen som produceras under masspektrometrianalys. "Med denna metod, Absolut proteinkvantifiering är baserad på elektrokemisk oxidation av en surrogatpeptid från målprotein kombinerat med masspektrometrisk mätning av oxidationsutbytet ... detta genombrott öppnar en ny dörr för att undersöka många proteiner där ingen standard är tillgänglig för analys."

Teamet visade sin nya metod genom att analysera flera proteiner som modellproteiner β-kasein och apomyoglobin. I samarbete med Yong-Ick Kims forskargrupp vid NJIT, de kvantifierade också framgångsrikt ett nyckelprotein som är involverat i dygnsklockan, kallas KaiB. Teamet använde tyrosininnehållande peptider som surrogatpeptider för kvantifiering, hitta resultaten av CMS-analysen som är jämförbara i noggrannhet med resultaten som produceras av traditionella isotopmärkningsmetoder överlag.

"För närvarande, genom detta proof-of-concept har vi visat att den här metoden exakt kan kvantifiera olika proteiner från apomyoglobin till terapeutiska antikroppar, ", sa Chen. "Eftersom vår metod inte behöver standarder, det skulle möjliggöra en storskalig absolut kvantifieringsanalys av proteiner i blod, vävnader, eller organ, som annars skulle behöva tusentals dyra tunga isotopmärkta peptidstandarder. I nästa steg, vi kommer att tillämpa denna nya metod för storskalig proteinkvantifiering i olika biologiska prover, för upptäckt av sjukdomsbiomarkörer."