THE STANDARD FOR HIGH SPEED, HIGH SENSITIVITY, 4D-PROTEOMICS

timsTOF Pro 2

最新のPASEF®(Parallel Accumulation Serial Fragmentation)技術を搭載したtimsTOF Pro 2は、これまでにないレベルの選択性、分離能力、スピード、感度、堅牢性を兼ね備え、4D-Omicsへの道を切り開きます。

4D-Omicsの時代

4次元の価値を解き放つ

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ハイライト

TIMSTOF

4D-Omicsにおける飛躍的な進歩

スピード
PASEFテクノロジーは、分解能に影響を与えることなく、100Hz以上のシーケンシングスピードを実現します。
深さ
イオンモビリティを追加することで、データの完全性を高めることができます。
高いスループット
データ取得速度が非常に速いため、短いグラジエントを使用して生物学的実験のスループットを向上させることができます。
堅牢性
独自の装置設計により、洗浄することなく数千のサンプルに対する堅牢な性能と日常的な操作を実現しています。

特長

4D-Proteomics™の新基準:迅速な同定と包括的なプロテオームカバレッジ

質量分析(MS)ベースのプロテオミクスは、何千ものタンパク質を同定・定量するための最適な手法です。しかし、現在の質量分析計では、スピード、感度、分解能に限界があるため、プロテオームを完全にカバーすることは依然として困難です。

timsTOF Proは、PASEF®(Parallel Accumulation Serial Fragmentation)取得方式を採用し、非常に高速かつ高感度で、最小限のサンプル量でプロテオミクスの新たなところに到達することができます。

デュアルTIMSとCCSに対応した分析

Trapped Ion Mobility Spectrometry (TIMS)は気相での最初の分離技術です。これにより、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)や質量分析に加えて新たな次元の分離を行うことで、サンプルの複雑性を解消し、成分解析におけるピークキャパシティと信頼性を向上させます。

また、TIMS装置では、所定の質量と移動度のイオンを蓄積・濃縮することで、独自の高感度化と高速化を実現しています。


デュアルTIMSテクノロジーにより、前段にイオンを蓄積し、後段のイオンを移動度に応じて順次放出することで、ほぼ100%のデューティサイクルを実現しています。このPASEF®(Parallel Accumulation Serial Fragmentation)プロセスは、衝突断面積(CCS)分析を可能にします。

 

CCSによる分析は、化合物同定の高い確実性から、大規模なデータセットにおける信頼性があるライブラリのマッチング及び低い偽発見率(FDR)に至るまでの多くの分析の可能性を広げます。

ハードウェア性能の最適化

最新世代のTIMSアナライザーと、完全に再設計されたステンレス製のスタックドリングイオンガイド(SRIG)を搭載したtimsTOF Pro 2 質量分析計をご紹介します。新設計では、電極の数が+70%増え、RFフィールドがスムーズになり、疑似ポテンシャルウェルが増えたことで、イオン容量が3倍になり、RF加熱によるフラグメンテーションも最小限に抑えられています。TIMSセルからTOF分析器までイオン輸送がより効率的にするため、新しいイオン冷却多重極と四重極へのイオン注入の改善、さらに簡素化されたイオン光学系により、MSとPASEF MS/MSの両方において、イオンの移動と感度をさらに最大化します。

TIMSセルの独自な設計により、イオンはその移動度に応じてTIMS分析装置の第2セクションから放出され、さらに入ってきたイオンはTIMS分析装置の第1セクションに並列に蓄積されます。                             この並列蓄積技術により、ほぼ100%のデューティサイクルを実現し、イオンの損失をほぼゼロにすることができます。

PASEF®

プロテオミクスのスピード要求に応えるために再設計されたMS/MSテクノロジー。ペプチドイオンは、トラップイオンモビリティスペクトロメトリー(TIMS)により分離され、四重極time of flight(QTOF)で溶出(~100ms)、検出され、TIMS MSヒートマップが生成されます。PASEF®(Parallel Accumulation Serial Fragmentation)法では、同じようにTIMS分離を行います。四重極は、溶出中に特定のイオン種を分離し、すぐに次のプレカーサーにシフトします。親イオンとフラグメントのスペクトルは、移動度の値によって整列されます。

PASEF ®テクノロジーは、100Hz以上のシーケンス速度を実現し、低濃度のペプチドを複数回選択することで、MS/MSスペクトルの品質を高めることができます。

PASEF®:ショットガンプロテオミクスに最適な機能
PASEF® を搭載したtimsTOF Proは、感度や分解能を損なうことなく、100Hz以上のシーケンシングスピードを実現しています。これは、四重極の分離質量窓をTIMSファンネルからの特定のペプチドパッケージの溶出時間と同期させることによって達成されます。

利点

極めて高い堅牢性とスループット

クリーニング不要
プロテオミクスアプリケーションに使用されている多くのMS装置は、大規模なサンプルコホートで24時間稼働させる場合、毎月のクリーニングが必要です。

短時間であっても性能低下は顕著です。timsTOF Pro 2 の優れた堅牢性は、24時間365日、何週間にもわたって稼働させても、感度やその他の性能指標が目立って低下しないことを意味します。

「26ヶ月前の2019年2月にtimsTOF Proを使い始めてから、約5000のdepletion処理無しの血漿消化物を含む25000以上のLCMSサンプルを実行し、これまでダウンタイムはほぼゼロでした。」

Roman Fisher, Ph.D.
Associate Professor in Clinical Proteomcs, Target Discovery Institute, University of Oxford, United Kingdom

PaSER Run & Done - 4DプロテオミクスのためのID取得の加速化

PaSER (Parallel Search Engine in Real-time)は、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせたソリューションで、サンプルキュー管理に基づいて、完全に統合されたリアルタイムのデータベース検索と結果を提供します。

PaSERは、翻訳後修飾(PTM)検索を含めて、完璧なスピードで結果を提供します。GPUベースの検索を利用することで、簡略化されたアルゴリズムや中間を利用することなく、リアルタイムまたはオフラインモードで同じ結果を提供します。PaSERの完璧な検索速度により、データ取得終了の数秒後には結果が手元に届き、Run & Done!を実現します。 PaSERは、大規模なサンプルコホートやスループットの向上によって生じるデータ解析のボトルネックを効果的に解消します。

PaSERは、翻訳後修飾(PTM)検索を含めて、完璧なスピードで結果を提供します。GPUベースの検索を利用することで、簡略化されたアルゴリズムや中間を利用することなく、リアルタイムまたはオフラインモードで同じ結果を提供します。PaSERの完璧な検索速度により、データ取得終了の数秒後には結果が手元に届き、Run & Done!を実現します。 PaSERは、大規模なサンプルコホートやスループットの向上によって生じるデータ解析のボトルネックを効果的に解消します。

識別の信頼性を高めるdia-PASEF

dia-PASEFは、PASEFの原理をデータ独立収集に適用することで、DIAの利点とPASEF固有のイオン効率を組み合わせ、従来のDIAアプローチよりも高感度かつ高選択性を実現しています。

TIMS分離は、選択性を高め、一重に帯電した前駆体をフラグメンテーションから除外し、ノイズからシグナルを濃縮することでサンプルをクリーンアップします。

dia-PASEFは、デュアルTIMSファネルから得られる分子量とCCSコード化された情報の相関関係を利用して、最も確実な化合物の同定を可能にします。LC-MS/MS dia-PASEFの実行全体で、m/z、イオンモビリティ(CCS)、リテンションタイム(RT)、強度を含む完璧なデータキューボイドが作成されます。

アプリケーション

これまでにないプロテオミクスの深さ

堅牢なSRIG構成と新たに最適化された標準的なdda-PASEFメソッドによりtimsTOF Pro 2 は、シングルショットプロテオミクスにおいて、これまでにない深さのプロテオームをカバーします。200 ngのHEKトリプシン消化物から、Aurora-25 cmカラムを用いた60分のグラジエントで、7000以上のタンパク質グループと60,000以上のペプチドが同定されました。

timsTOF Pro 2 は、スペクトルライブラリを必要とせず、データベース検索とMBR(Match Between Run)解析により、日常的な細胞株系のプロテオーム定量実験において、詳細なプロテオームカバレッジを提供します。データベースの検索方法を変えても、非常に同等の結果が得られました。リアルタイムのタンパク質同定を可能にするPaSERとMaxQuantは、タンパク質とペプチドの両方のレベルで同様のID番号を得ました。

前例のない感度でのハイスループットなターゲットプロテオミクス

Prm-PASEFは、標準的な選択反応モニタリングやパラレルリアクションモニタリング(SRMやPRM)と比較して、選択性や感度を損なうことなく、1回の取り込みで対象となるペプチドの数を増やすことができます。

ターゲット質量分析(MS)は、プロテオミクス実験において、大規模なサンプルコホートにおけるバイオマーカー候補の検証などに使用される強力な手法です。この技術は、データ依存性解析法(DDA)やデータ非依存性解析法(DIA)に比べて感度が向上します。この技術は、1回の測定で測定できるターゲットの数、液体クロマトグラフィーの分離ステージの時間、全体的な感度などによって制限されます。多数のターゲットペプチドの完全なデータを得るためには、クロマトグラフィーの分離時間を長くするか、MSの感度と選択性を調節するかのどちらかしかありません。

prm-PASEFは、ブルカーのtimsTOF Proによる4次元分離の恩恵を受けて選択性と感度を向上させ、PASEFのスピードを加えてプリカーサーターゲットの数を増やすことで、1回の取り込みでターゲットにできるペプチドの数を増やします。

難易度の高い分析課題を解決する高感度

特殊な細胞、希少な細胞集団、微細針吸引腫瘍生検など、ますます多くの生物学的アプリケーションにおいて、少量のサンプルを用いたプロテオームの定量化が重要になっています。このような少量のサンプルでも、高感度の質量分析計を用いてプロテオームを定量することは非常に重要です。20 ngのHeLa (Pierce)のペプチドをAurora-25 cmカラムで30分のグラデーションで測定すると、リアルタイム検索エンジンであるPaSERは4200以上のタンパク質グループと30,000近くのペプチドを同定します。

dia-PASEF - ハイスループットの定量的プロテオミクスのための
比類のないデータ完全性と分析の深さ

標準的なdia-PASEFメソッドを用いたデータ独立収集により、複数回のランで再現性のある同定が可能。3種類の異なるdia-PASEFウィンドウスキームにより、Aurora-25cmカラムを用いた60分グラジェントで、8000近いタンパク質グループと7万以上のペプチド配列の定量が可能であり、定量的な正確さを示します。

高感度リン酸化プロテオミクスと異性体分離

CCSによる近位リン酸化部位の定量化
従来のプロテオミクス手法では、クロマトグラフィー共溶出の時点で、同重性とシグナルオーバーレイのため、CCS情報がないとp-ペプチドアイソマーの定量ができませんでした。標準的なTiO2ベースのエンリッチメントワークフローによるPASEF分析では、MOMA(Mobility Offset Mass Aligned)によるイオンモビリティ分離の利点が明らかになりました。同定された約2000種類の共溶出アイソマーのうち、20%がTIMSで完全に分離され、タンパク質のリン酸化部位の理解が深まりました。

サンプル量が限られている細胞シグナリングの解析
timsTOF Pro 2 に搭載されたdia-PASEFは、高感度、高速、再現性に優れており、限られたサンプル量でも定量的なホスホプロテオーム解析が可能です。また、30SPD Evosepメソッドを用いて濃縮したリン酸化ペプチドをdia-PASEFで解析した結果、3回の濃縮を繰り返して最大4473個のユニークなリン酸化ペプチドを同定することができました。これらの結果は、がんのプロテオゲノミクスデータをシグナル伝達に関する情報で補完するために、針生検への応用がさらに期待される。

「高感度に加えて、timsTOF Proの独自な点は、気相中の位置的なリン酸化アイソマーを分解できることで、シグナル伝達経路をより詳細に知ることができます。」

Prof. Dr. Stefan Tenzer,
Institute for Immunology, University Medical Center of the Johannes-Gutenberg University, Mainz, Germany

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