在2011年10-11月其間，在一級科學(xué)刊物Nature和Nature Methods上有14篇科研論文使用賽默飛世爾LTQ-Orbitrap或TSQ質(zhì)譜儀產(chǎn)生數(shù)據(jù)，其中有9篇使用了Orbitrap靜電場軌道阱質(zhì)譜儀。14篇文章涉及的賽默飛質(zhì)譜儀從高靈敏度的定量質(zhì)譜TSQ Vantage三重四極桿質(zhì)譜儀，到經(jīng)典的雙壓線性離子阱質(zhì)譜儀 LTQ Velos，再到一系列超高分辨率、超高精確質(zhì)量數(shù)的傅立葉變換質(zhì)譜儀，包括：LTQ Orbitrap XL， LTQ Orbitrap Velos， LTQ FT ，以及新的旗艦產(chǎn)品——分辨率高達24萬的Orbitrap Elite。這些質(zhì)譜儀在上述文章的研究中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。

　　這些文章聚焦的主題包括：發(fā)現(xiàn)研究，目標物定量（Stergachis et al.），首次成功的大規(guī)模自上而下的（top-down）蛋白質(zhì)組研究（Tran et al.），同位素標簽方法的精度（Ting等和Wenger等），提高糖蛋白質(zhì)組的鑒定產(chǎn)率（Steentoft等）。

　　在《自然》期刊上發(fā)表文章是非常著名的，這些文章往往是被高引用的文章，這可能會導(dǎo)致促銷、基金資助等，并得到主流媒體的關(guān)注。在現(xiàn)代歷史上多次最重大的科學(xué)突破都被首次刊登在《自然》上。大多數(shù)期刊往往是專門化的，而《自然》往往跨越不同領(lǐng)域，因此其審核的標準是非常嚴格的。《自然》的確是排名第一的期刊，從事研究的科學(xué)家們是該期刊的主要讀者，而它的摘要和伴隨摘要的文章往往是最重要的文獻，并可被其它領(lǐng)域的科學(xué)家們和受過教育的廣大公眾很好地理解。

　　下面我們就來一睹為快：

　　1、Rapid empirical discovery of optimal peptides for targeted proteomics

　　基于實驗快速發(fā)現(xiàn)適合用于目標蛋白質(zhì)組學(xué)定量的最佳肽段

　　A.B. Stergachis， B. MacLean， K. Lee， J. A. Stamatoyannopoulos & M. J. MacCoss

　　Nature Methods 2011 Nov 6. doi： 10.1038/nmeth.1770. ［Epub ahead of print］

　　Received 07 July 2011 Accepted 11 October 2011 Published online 06 November 2011

　　問題：如何選擇最優(yōu)化的酶解肽段，既可以容易地被質(zhì)譜檢測，又具有目標蛋白質(zhì)定量需要的特征碎裂方式

　　儀器：TSQ Vantage三重四極桿質(zhì)譜儀，LTQ Velos雙壓線性離子阱質(zhì)譜儀

　　解決方法：作者報道了一種可規(guī)模化、經(jīng)濟的方法，基于實驗基礎(chǔ)來產(chǎn)生合適的且具有好的碎裂方式的酶解肽段。比起依靠不完善的譜圖數(shù)據(jù)庫、理論預(yù)測算法、合成肽段，或購買全序列蛋白質(zhì)，作者收集標簽cDNA克隆體來體外合成全序列蛋白質(zhì)，再用trypsin酶解和MS進行SRM分析。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：體外合成全序列蛋白質(zhì)采用Thermo Scientific旗下品牌Pierce的人類體外蛋白質(zhì)表達kit。用于絕對定量的重標肽段購于Thermo。SRM方法建立由Skyline軟件完成但也可以用Thermo的Pinpoint軟件完成。用Q Exactive也可以，和該文中TSQ Vantage一樣，進行方法建立和重組蛋白分析。

　　2、MS3 eliminates ratio distortion in isobaric multiplexed quantitative proteomics

　　MS3減少同位素標記定量蛋白質(zhì)組學(xué)實驗中的比率失真

　　L. Ting， R. Rad， S. P. Gygi & W. Haas

　　Nature Methods 8， 937–940 （2011）

　　問題：同位素標記實驗中，選擇用來碎裂的母離子會影響數(shù)據(jù)的準確度和精確度，目標離子附近的同位素離子峰會被同時選擇和碎裂，影響報告離子強度的準確性。

　　儀器：LTQ Orbitrap Velos

　　解決方法：作者選擇MS3代替MS2來進行定量和鑒定，從而消除MS2中被選擇的母離子被具有相似m/z值得離子干擾。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：要能使用MS3消除報告子比率失真，需要LTQ-Orbitrap的MSn功能。最新的Orbitrap Elite具有更快的掃描速度，可以提供更多的肽段/蛋白質(zhì)鑒定和定量。

　　3、Gas-phase purification enables accurate， multiplexed proteome quantification with isobaric tagging

　　氣相純化帶來準確、多通道的同位素標簽蛋白質(zhì)定量

　　C. Wenger， M. V. Lee， A. Hebert， G. McAlister， D. Phanstiel， M. Westphall & J. Coon

　　Nature Methods 8， 933–935 （2011）

　　問題：同位素標記定量中定量數(shù)據(jù)的準確性和精確性

　　儀器：LTQ Orbitrap Velos ETD

　　方法：介紹了一種新方法叫做“QuantMode”：選取母離子，用ETD的陰離子碰撞使其價態(tài)減小，假設(shè)之前被一起選中的（“co-selected”）具有相同m/z的干擾離子具有不同的價態(tài)，在價態(tài)減小之后，目標離子和干擾離子的m/z不再相同，可以被更精確地選取出來。

　　選取出的價態(tài)減小的離子用HCD裂解，同樣的母離子再次用離子阱的CID裂解，結(jié)果產(chǎn)生了經(jīng)過對同一目離子優(yōu)化碰撞能后的兩個系列的碎片離子。HCD裂解含有不受影響的報告子，CID給出離子序列信息，這兩組離子用C trap收集后一起送入Orbitrap分析，優(yōu)點在可以提高測量的準確性。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：需要用ETD技術(shù)來獲取價態(tài)減小的離子。

　　4、Mapping intact protein isoforms in discovery mode using top-down proteomics

　　Top-Down蛋白質(zhì)組學(xué)繪制完整蛋白質(zhì)異構(gòu)體

　　J. Tran， L. Zamdborg， D. R. Ahlf， J. Lee， A. D. Catherman， K. R. Durbin， J. D. Tipton， A. Vellaichamy， J. F. Kellie， M. Li et al.，

　　Nature 2011 Oct 30. doi： 10.1038/nature10575. ［Epub ahead of print］

　　問題：提高自上而下（top-down）蛋白質(zhì)組學(xué)有限的覆蓋率

　　儀器：Orbitrap Elite和LTQ FT

　　方法：用四維分析（二維電泳，LC和MS）鑒定人類細胞中1043個基因產(chǎn)物，這些產(chǎn)物又因為翻譯后修飾（PTMs），RNA 剪切（splicing）和水解而衍生為3000多種蛋白質(zhì)。整個系統(tǒng)的分離能力和蛋白質(zhì)覆蓋率提高了20多倍。該研究代表了迄今為止top-down質(zhì)譜法在提高蛋白質(zhì)組覆蓋率方面的最高水平。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：Orbitrap Elite提高的分辨率和更快的掃描速度可配合LC做Top down分析。各種裂解方式結(jié)合（HCD，CID和ETD）提高序列覆蓋率，從而鑒定和區(qū)分蛋白質(zhì)異構(gòu)體。

　　5、Mining the O-glycoproteome using zinc-finger nuclease–glycoengineered SimpleCell lines

　　利用鋅指核酸酶-糖化設(shè)計的簡單細胞系來挖掘O-糖蛋白質(zhì)組

　　C. Steentoft， S. Vakhrushev， M. Vester-Christensen， K. Schjoldager， Y. Kong， E. P. Bennett， U. Mandel， H. Wandall et al.，

　　Nature Methods 8， 977–982 （2011）

　　問題：基于RNAi的基因沉默技術(shù)還未被證明對細胞的糖基化工程（glycoengineering） 有效，可能是因為在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）-高爾基體膜積累中糖基轉(zhuǎn)移酶發(fā)揮作用，減慢了轉(zhuǎn)化。

　　儀器：LTQ Orbitrap XL ETD

　　方法：基于鋅指核酸酶（ZFN）的基因打靶技術(shù)是一種獨特的工具，可高特異性地使基因變異。作者使用COSMC（b1，3-GT的重要的特異性蛋白伴侶）的ZFN基因打靶，對穩(wěn)定的、帶有簡單O－糖基化的人類細胞株進行糖基工程化改造，顯示只有截斷的Tn和STn O -聚糖，被稱為“SimpleCell‘系（簡單細胞系）。

　　簡單細胞系使作者使用修飾后的LWAC 凝集素色譜柱和nLC-MS/MS（納升液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜）技術(shù)，來研究人類細胞的O-糖基化蛋白質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)了許多O-糖蛋白和糖基化位點，包括以前未被鑒定過的酪氨酸殘基連接位點。作者鑒定了100多個O-糖蛋白和350多個糖基化位點（很多是以前從未報道過的），包括一個酪氨酸殘基的GalNAc O-聚糖連接位點。文章中強調(diào)了用ETD技術(shù)鑒定糖肽，以及用HR/AM技術(shù)監(jiān)測糖鏈水合氫離子這兩種功能的重要性。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：多種裂解技術(shù)（HCD和ETD）對于表征完整糖肽的重要性。用HCD來鑒定糖鏈結(jié)構(gòu)/組成，ETD鑒定肽段序列和糖基化位點。只有賽默飛儀器才能實現(xiàn)的HCD-PD-ETD策略可以提高duty cycle和動態(tài)范圍，比交替的數(shù)據(jù)采集方法，HCD-PD-ETD可鑒定出更多的O-糖肽。

　　6、The endonuclease activity of Mili fuels piRNA amplification that silences LINE1 elements

　　Mili核酸內(nèi)切酶的活性刺激piRNA的擴增，沉默LINE1元素

　　S. De Fazio， N. Bartonicek， M. Di Giacomo， C. Abreu-Goodger， A. Sankar， C. Funaya，C. Antony， P. N. Moreira et al.，

　　Nature （2011） doi:10.1038/nature10547

　　問題：研究Piwi催化的內(nèi)切核苷酸的活性

　　儀器：LTQ Orbitrap Velos

　　方法：基因工程方法。為研究Piwi催化的內(nèi)切核苷酸的活性，作者在小鼠上設(shè)計了突變點，在DDH催化Mili和Miwi2的實驗中，將第二個天冬氨酸取代為丙氨酸，分別產(chǎn)生MiliDAH和Miwi2DAH等位基因。分析來源于純合MiliDAH胎兒配子母細胞的Mili鍵合的piRNAs，顯示轉(zhuǎn)位子piRNA擴增失敗，導(dǎo)致在Miwi2核糖核酸微粒中連接的piRNA的標記還原。本文用質(zhì)譜來分析野生型和MiliDAH P10 睪丸中的Mili復(fù)合物，從而幫助研究這些過程。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：LTQ Orbitrap Velos的HR/AM和快速的MS/MS數(shù)據(jù)采集，幫助獲得更高的蛋白序列覆蓋率和更多的肽段鑒定數(shù)。另外，LTQ Orbitrap Velos的深入挖掘能力，還可從含有角蛋白，胰酶和免疫球蛋白這些高豐度干擾物的樣品中發(fā)現(xiàn)低豐度的蛋白。

　　7、Cascades of multisite phosphorylation control Sic1 destruction at the onset of S phase

　　S期多磷酸化位點控制的Sic1降解

　　M. Koivomagi， E. Valk， R. Venta， A. Iofik， M. Lepiku， E. R. Balog， S. Rubin， D. Morgan & M. Loog

　　Nature （2011） doi:10.1038/nature10560

　　問題：研究Sic1多磷酸化位點機理

　　儀器：LTQ Orbitrap

　　方法：通過精確的導(dǎo)向?qū)酉嗷プ饔茫ㄔ赟ic1和Cks1中特定細胞周期對接的生物序列）可形成多磷酸化過程的路線。該研究中用質(zhì)譜定量研究Cks1的T48磷酸化。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：具有多種裂解方式（HCD，CID，ETD）的IT-Orbitrap，可以全面地鑒定磷酸化肽段和磷酸化位點，特別是在Orbitrap上可以采用數(shù)據(jù)相關(guān)自動多級碎裂樹（data dependent decision tree， DDDT）的方法。

　　8、Metabolic priming by a secreted fungal effector

　　由分泌的真菌效應(yīng)器引起的代謝變化

　　A. Djamei， K. Schipper， F. Rabe， A. Ghosh， V. Vincon， J. Kahnt， S. Osorio， T. Tohge， A. R. Fernie， I. Feussner et al.，

　　Nature 478， 395–398 （2011）

　　問題：研究 U. maydis分泌的分支酸變位酶Cmu1為致病因子

　　儀器：LTQ FT

　　方法：研究被玉米黑粉菌（U. maydis）菌株感染的玉米細胞間隙液蛋白質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)植物克隆/定植過程中Cmu1的分泌。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：HR/AM和快速MS/MS數(shù)據(jù)采集幫助獲得更高的蛋白序列覆蓋率和更多的肽段鑒定數(shù)。可用Orbitrap提高性能。

　　9、Saccharomyces cerevisiae THI4p is a suicide thiamine thiazole synthase

　　釀酒酵母THI4p是一種自殺性硫胺噻唑合酶

　　A. Chatterjee， N. Dinuka Abeydeera， S. Bale， P. Pai， P. Dorrestein， D. Russell， S. Ealick & T. Begley

　　Nature 478， 542–546 （2011）

　　問題：制備具有活性的重組野生型THI4p，這種基因產(chǎn)物參與真核細胞中噻唑的生物合成，并且證明THI4p為僅存在單個周期的自殺性酶。

　　儀器：LTQ FT

　　方法：MS用于測定由大腸桿菌表達的重組野生型THI4p的初始分子量，比理論分子量低34Da。而未與代謝物結(jié)合且無任何活性的THI4p8的活性位點突變體并沒有被修飾，表明34Da的質(zhì)量丟失在某種程度上和蛋白的催化活性有關(guān)。為了定位這個修飾位點，修飾的wtTHI4p用胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）酶解后用MALDI和FT-MS分析肽段碎片。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：HR/AM可測定精確分子量，也可鑒定肽段序列和定位PTMs。這些實驗在IT-Orbitrap上更容易被實現(xiàn)，可利用多種裂解方式獲得更高的肽段覆蓋率和更多的PTMs位點。

　　10、Global profiling of dynamic protein palmitoylation

　　全面分析動態(tài)的蛋白質(zhì)棕櫚酰化

　　B. R. Martin， C. Wang， A. Adibekian， S. E. Tully & B. F. Cravatt

　　Nature Methods （2011） doi:10.1038/nmeth.1769

　　問題：研究棕櫚酰化的動態(tài)調(diào)控

　　儀器：LTQ Orbitrap Velos

　　方法：結(jié)合17-ODYA代謝物標記，SILAC標記和MS準確鑒定和定量富集的棕櫚酰化蛋白質(zhì)。在鼠T-cell hybridoma cells里鑒定和定量了400多種棕櫚酰化蛋白。通過17-ODYA代謝脈沖追蹤標記，可區(qū)分快速轉(zhuǎn)化和固定修飾的棕櫚酰化蛋白。最后利用特異性脂肪酶抑制因子，發(fā)現(xiàn)一組特別的酶調(diào)節(jié)的棕櫚酰化蛋白。這些發(fā)現(xiàn)從大量蛋白質(zhì)棕櫚酰化中，區(qū)分出了一批特別的由水解酶動態(tài)調(diào)節(jié)的棕櫚酰化蛋白。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：超高分辨率，如Orbitrap提供的》100，000的分辨率對于SILAC實驗的精確鑒定和定量是必須的。

　　11、S-nitrosylation of NADPH oxidase regulates cell death in plant immunity

　　NADPH氧化酶的S-亞硝基化調(diào)節(jié)植物免疫中的細胞凋亡

　　B. Yun， A. Feechan， M. Yin， N. B. B. Saidi， T. Le Bihan， M. Yu， J. W. Moore， J. Kang， E. Kwon， S. H. Spoel， J. A. Pallas et al.，

　　Nature 264–268 （2011）

　　問題：研究NADPH氧化酶是否可能發(fā)生S-亞硝基化

　　儀器：LTQ Orbitrap XL

　　方法：MS分析結(jié)果和Cys 890的S-亞硝基化結(jié)構(gòu)一致。這些研究結(jié)果總體表明，AtRBOHD特別是在S-890體外S-亞硝基化。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：Orbitrap超高的質(zhì)量準確度和高分辨，可以獲得可信的序列結(jié)果。

　　12、Molecular mechanism of anaerobic ammonium oxidation

　　厭氧氨氧化菌的分子機制

　　B. Kartal， W. J. Maalcke， N. M. de Almeida， I. Cirpus， J. Gloerich，W. Geerts， H. J. M. Op den Camp， H. R.Harhangi， et al.，

　　Nature 479， 127–130 （2011）

　　問題：研究厭氧脫氮機制相關(guān)的基因和蛋白，純化可催化N2H4合成和氧化為N2的關(guān)鍵酶。

　　儀器：LTQ FT

　　方法：蛋白質(zhì)組學(xué)方法

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：HR/AM和快速MS/MS數(shù)據(jù)采集幫助獲得更高的蛋白序列覆蓋率和更多的肽段鑒定數(shù)。可用IT-Orbitrap鑒定更多肽段和蛋白。

　　13、A heteromeric Texas coral snake toxin targets acid-sensing ion channels to produce pain

　　異聚德克薩斯州銀環(huán)蛇毒素作用于酸敏感的離子通道產(chǎn)生疼痛感

　　C. J. Bohlen， A. T. Chesler， R. Sharif-Naeini， K. F. Medzihradszky， S. Zhou， D. King， E. E. Sanchez， A. L. Burlingame et al.，

　　Nature 479， 410–414 （2011）

　　問題：鑒定蛇毒液可激活軀體感覺神經(jīng)元

　　儀器：LTQ Orbitrap

　　方法：毒液中主要活性成分為MitTx-a和MitTx-b。質(zhì)譜用于鑒定這些是否為蛋白質(zhì)。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：超高質(zhì)量準確度和高分辨可以獲得可信的序列結(jié)果。

　　14、Evolution of a new enzyme for carbon disulphide conversion by an acidothermophilic archaeon

　　一種嗜酸硫氧化細菌中一個新的二硫化碳轉(zhuǎn)化酶的演變

　　M. J. Smeulders， T. R. M. Barends， A. Pol， A. Scherer， M. H. Zandvoort， A. Udvarhelyi， A. F. Khadem， A. Menzel et al.，

　　Nature 478， 412–416 （2011）

　　問題：找到Acidianus A1-3的CS2水解酶的結(jié)構(gòu)，可能機制和演變過程

　　儀器：LTQ FT

　　方法：Acidianus A1-3細胞的CS2轉(zhuǎn)化酶（亞基分子量24kDa）是CS2水解酶。用LTQ FT鑒定CS2水解酶序列證明CS2水解酶是否由Acidianus A1-3細胞純化。

　　選擇的或可供選擇的賽默飛產(chǎn)品：LTQ FT的HR/AM可得到高序列覆蓋率。這些實驗也可在IT-Orbitrap上實現(xiàn)，獲得更高的覆蓋率。

　　【附錄】

　　名詞解釋：

　　HR/AM：高分辨率/精確質(zhì)量

　　HCD：高能誘導(dǎo)解離

　　CID：碰撞誘導(dǎo)解離

　　ETD：電子轉(zhuǎn)移解離

　　LTQ Orbitrap系列的工作原理：

　　LTQ Orbitrap是整合了線性離子阱質(zhì)譜儀和軌道阱質(zhì)量分析器的組合式高分辨質(zhì)譜儀系統(tǒng)。大氣壓離子源處產(chǎn)生的離子在LTQ質(zhì)量分析器被捕獲。而一旦處于離子阱中，這些離子就可以通過LTQ的MS或MSn 等掃描模式進行分析。或者---離子從LTQ軸向排出，進入一個C-形離子阱（C-trap），再經(jīng)過C-trap進入Orbitrap質(zhì)量分析器。通過快速增加Orbitrap中心電極的電壓可將C-trap來的離子捕獲，捕獲的離子圍繞中心電極做環(huán)形運動并沿中心電極軸向振動。

　　來自軌道阱外電極的信號經(jīng)過放大后，通過快速傅立葉變換得到頻譜，而頻率最終被轉(zhuǎn)換成質(zhì)譜圖。另外LTQ Orbitrap還有一個新型碰撞池能夠提供額外的二級質(zhì)譜實驗。離子被選擇性的保留在線性離子阱中，可以通過離子阱碰撞誘導(dǎo)解離（CID）或者新型高能誘導(dǎo)斷裂（HCD）。高能碰撞誘導(dǎo)解離離子經(jīng)過C-trap到達充滿氣體的碰撞池。高能誘導(dǎo)解離的二級質(zhì)譜實驗中，標準化的碰撞能量可以在不同的儀器之間提供重復(fù)的數(shù)據(jù)。

先進的碎裂方式：ETD

　　ETD是基于離子/離子氣相化學(xué)一種碎裂多肽的新方法。ETD通過從陰離子自由基到質(zhì)子肽轉(zhuǎn)移電子的化學(xué)能量將肽碎裂，這引起多肽骨干的分裂。 ETD產(chǎn)生的骨干肽序列和肽側(cè)鏈的信息往往與CAD互補。

　　相對于傳統(tǒng)的CAD技術(shù)， ETD提供了更穩(wěn)定的方法來鑒定翻譯后修飾、高分子量的多肽、甚至整個蛋白質(zhì)。 ETD能夠?qū)⑵胀ǚg后修飾的多肽，或者多個堿性殘基的多肽甚至整個蛋白質(zhì)生成離子。 ETD也可以輕易碎裂含有二硫鍵的的多肽。

　　相比非線性離子阱，帶有ETD的線性離子阱LTQ的顯著特征在于離子和離子發(fā)生反應(yīng)。雖然ETD功能是完全自動的且通常無需用戶干預(yù)，但是當需要對離子數(shù)進行累積的時候，用戶可通過軟件完全控制線性離子阱的離子。