The detection of HPV infection and microbial colonization in cervical lesions is currently done through PCR-based viral or bacterial DNA amplification. Our objective was to develop a methodology to expand the metaproteomic landscape of cervical disease and determine if protein biomarkers from both human and microbes could be detected in distinct cervical samples. This would lead to the development of multi-species proteomics, which includes protein-based lateral flow diagnostics that can define patterns of microbes and/or human proteins relevant to disease status. In this study, we collected both non-frozen tissue biopsy and exfoliative non-fixed cytology samples to assess the consistency of detecting human proteomic signatures between the cytology and biopsy samples. Our results show that proteomics using biopsies or cytologies can detect both human and microbial organisms. Across patients, Lumican and Galectin-1 were most highly expressed human proteins in the tissue biopsy, whilst IL-36 and IL-1RA were most highly expressed human proteins in the cytology. We also used mass spectrometry to assess microbial proteomes known to reside based on prior 16S rRNA gene signatures. Lactobacillus spp. was the most highly expressed proteome in patient samples and specific abundant Lactobacillus proteins were identified. These methodological approaches can be used in future metaproteomic clinical studies to interrogate the vaginal human and microbiome structure and metabolic diversity in cytologies or biopsies from the same patients who have pre-invasive cervical intraepithelial neoplasia, invasive cervical cancer, as well as in healthy controls to assess how human and pathogenic proteins may correlate with disease presence and severity.
- MeSH
- biologické markery * analýza metabolismus MeSH
- biopsie MeSH
- cervix uteri * mikrobiologie patologie MeSH
- dospělí MeSH
- galektin 1 metabolismus analýza genetika MeSH
- Lactobacillus MeSH
- lidé MeSH
- lumican MeSH
- mikrobiota MeSH
- nádory děložního čípku patologie mikrobiologie MeSH
- proteomika * metody MeSH
- Check Tag
- dospělí MeSH
- lidé MeSH
- ženské pohlaví MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
BACKGROUND: The identification of mutated proteins in human cancer cells-termed proteogenomics, requires several technologically independent research methodologies including DNA variant identification, RNA sequencing, and mass spectrometry. Any one of these methodologies are not optimized for identifying potential mutated proteins and any one output fails to cover completely a specific landscape. METHODS: An isogenic melanoma cell with a p53-null genotype was created by CRISPR/CAS9 system to determine how p53 gene inactivation affects mutant proteome expression. A mutant peptide reference database was developed by comparing two distinct DNA and RNA variant detection platforms using these isogenic cells. Chemically fractionated tryptic peptides from lysates were processed using a TripleTOF 5600+ mass spectrometer and their spectra were identified against this mutant reference database. RESULTS: Approximately 190 mutated peptides were enriched in wt-p53 cells, 187 mutant peptides were enriched in p53-null cells, with an overlap of 147 mutated peptides. STRING analysis highlighted that the wt-p53 cell line was enriched for mutant protein pathways such as CDC5L and POLR1B, whilst the p53-null cell line was enriched for mutated proteins comprising EGF/YES, Ubiquitination, and RPL26/5 nodes. CONCLUSION: Our study produces a well annotated p53-dependent and p53-independent mutant proteome of a common melanoma cell line model. Coupled to the application of an integrated DNA and RNA variant detection platform (CLCbio) and software for identification of proteins (ProteinPilot), this pipeline can be used to detect high confident mutant proteins in cells. GENERAL SIGNIFICANCE: This pipeline forms a blueprint for identifying mutated proteins in diseased cell systems.
- MeSH
- lidé MeSH
- melanom genetika MeSH
- mutace MeSH
- nádorové buněčné linie MeSH
- nádorový supresorový protein p53 genetika MeSH
- proteogenomika MeSH
- proteom genetika MeSH
- regulace genové exprese u nádorů MeSH
- umlčování genů * MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
Biological treatment of many cancers currently targets membrane bound receptors located on a cell surface. To identify novel membrane proteins associated with migration and metastasis of breast cancer cells, a more migrating subpopulation of MDA-MB-231 breast cancer cell line is selected and characterized. A high-resolution quantitative mass spectrometry with SILAC labeling is applied to analyze their surfaceome and it is compared with that of parental MDA-MB-231 cells. Among 824 identified proteins (FDR < 0.01), 128 differentially abundant cell surface proteins with at least one transmembrane domain are found. Of these, i) desmocollin-1 (DSC1) is validated as a protein connected with lymph node status of luminal A breast cancer, tumor grade, and Her-2 status by immunohistochemistry in the set of 96 primary breast tumors, and ii) catechol-O-methyltransferase is successfully verified as a protein associated with lymph node metastasis of triple negative breast cancer as well as with tumor grade by targeted data extraction from the SWATH-MS data of the same set of tissues. The findings indicate importance of both proteins for breast cancer development and metastasis and highlight the potential of biomarker validation strategy via targeted data extraction from SWATH-MS datasets.
- MeSH
- analýza přežití MeSH
- buněčná membrána metabolismus MeSH
- desmokoliny genetika metabolismus MeSH
- fenotyp MeSH
- invazivní růst nádoru MeSH
- katechol-O-methyltransferasa genetika metabolismus MeSH
- lidé MeSH
- lymfatické metastázy patologie MeSH
- nádorové buněčné linie MeSH
- nádory prsu genetika metabolismus patologie MeSH
- pohyb buněk * genetika MeSH
- proteomika * MeSH
- receptor erbB-2 MeSH
- regulace genové exprese u nádorů MeSH
- triple-negativní karcinom prsu genetika metabolismus patologie MeSH
- upregulace genetika MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- ženské pohlaví MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
Východiská: Ubikvitinácia je dôležitá posttranslačná modifikácia proteínov, ktorá reguluje mnoho signalizačných dráh u eukaryot. Aberantná ubikvitinácia je molekulárnou príčinou niektorých onkologických, neurodegeneratívnych, imunitných a kardiovaskulárnych ochorení. Rozvoj hmotnostne spektrometrických metód ponúka možnosť kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy ubikvitinácie proteínov v biologickom materiáli onkologických pacientov. Výskum ubikvitinácie môže objasniť molekulárnu príčinu zmeny hladiny niektorých proteínov, ktoré vystupujú ako onkogény alebo tumor supresory. Cieľ: Cieľom článku je priblížiť čitateľovi zmysel a dôležitosť ubikvitinácie v niektorých molekulárnych procesoch prebiehajúcich v ľudskom tele. Predovšetkým je dôraz kladený na popis zapojenia ubikvitinácie do malígnych procesov. Na literárnu rešerš nadväzujeme priblížením procesu hmotnostne spektrometrickej identifikácie ubikvitinácií prostredníctvom diglycylových zbytkov v sekvencii proteínu CHIP. Predstavujeme identifikáciu ubikvitinácie proteínov metódami tandemovej hmotnostnej spektrometrie, proces validácie tandemových hmotnostných spektier a popis časovej závislosti ubikvitinácie proteínu CHIP. Záver: Literárna rešerš oboznamuje čitateľa so známymi aberantnými mechanizmami ubikvitinácie u malígnych ochorení. Úspešne vytvorená hmotnostne spektrometrická metóda môže slúžiť na identifikáciu pozícií ubikvitinácie v sekvenciách proteínov obsiahnutých v lyzátoch nádorového tkaniva.
Background: Ubiquitination is a vital posttranslational protein modifi cation involved in the regulation of many eukaryotic signalling pathways. Aberrant ubiquitin signalling is known to be a molecular causality of certain cancer, neurodegenerative, immune system or cardiovascular diseases. The recent development of mass spectrometry methods enables qualitative and quantitative ubiquitination analysis in biological material from cancer patients. Research of ubiquitination may clarify the molecular cause of aberrant changes in the protein level of tumour suppressors or oncogenes. Purpose: We aim to explain the meaning and importance of ubiquitination in certain molecular processes taking place in the human body. We hereby emphasise the connection between ubiquitination and malignant processes. A literature search is followed by introducing our mass spectrometry platform intended for ubiquitin identification via diglycyl remnants in the CHIP protein sequence. The aim is to introduce tandem mass spectrometry identification of ubiquitin modification, ubiquitination tandem mass spectra validation and the time-dependent manner of CHIP ubiquitination to the reader. Conclusion: A literature search familiarises the reader with known mechanisms of aberrant ubiquitination in malignant diseases. A successfully optimised mass spectrometry platform could serve as a potent tool for determining ubiquitin position in proteins that are a part of real tumour samples.
- MeSH
- hmotnostní spektrometrie metody MeSH
- karcinogeneze * MeSH
- lidé MeSH
- nádory MeSH
- proteiny MeSH
- proteomika MeSH
- ubikvitin * analýza MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
- přehledy MeSH
Východiská: Potenciál neoantigénov v indukcii protinádorovej imunitnej odpovede je už desaťročia známy, avšak prvé neoantigénové vakcíny boli vyvinuté len nedávno. Rozvoj genomických a proteomických metód umožnil popis somatických mutácií v nádore a imunogénnosť korešpondujúcich neoantigénov môže byť predpovedaná in silico prípadne in vitro. Kombinácia neoantigénovej vakcinácie so správnym imunologickým postupom umožňuje docieliť regresiu nádoru. Štúdie neoantigénových vakcín na modelových organizmoch dokazujú vysokú účinnosť postupu a dokonca prvé klinické štúdie zaznamenávajú úspech. Cieľ: Cieľom je priblížiť význam neoantigénových vakcín v personalizovanej protinádorovej liečbe a objasniť mechanizmus ich prípravy. Článok popisuje typy mutácií s potenciálom expresie imunogénnych neoantigénov nutných pre tvorbu efektívnej vakcíny a približuje aj ostatné procesy nutné k aktivácii T bunkovej protinádorovej odpovede pacienta. Predovšetkým je zameraný na identifikáciu vysokopravdepodobných neoantigénových sekvencií aplikáciou metód sekvenovania novej generácie a hmotnostnej spektrometrie (mass spectrometry - MS), čo je pre tvorbu vakcíny kľúčové. V článku je popísaný princíp proteogenomickej platformy, ktorá vznikla na našom pracovisku za účelom konfidentnej identifikácie mutantných peptidov v biologickom materiáli. Zmieňuje sa aj o možnosti kvantifikácie neoantigénov MS metódami monitorovania vybraných reakcií (selected reaction monitoring - SRM) a SWATH (sequential windowed acquisition of all theoretical fragment ion spectra). Potenciál neoantigénovej vakcinácie v protinádorovej terapii dokazujú úspešné klinické štúdie zhrnuté v závere článku.
Background: Although immune responses to "cancer neoantigens" have been known for decades, the first neoantigen vaccines emerged only very recently. Current developments in genomics and proteomics have enabled descriptions of tumor mutational landscapes, and the immunogenicity of corresponding neoantigens can now be predicted either in silico or in vitro. Cancer regression could be achieved via a combination of neoantigen vaccination and an appropriate immunology approach. Research in model organisms and the results of initial clinical trials of neoantigen vaccines have shown them to be effective. Purpose: We aim to emphasize the importance of neoantigen vaccines in personalized cancer treatment and describe their preparation. We summarize mutations leading to expression of an immunogenic antigen necessary for vaccine development. The processes leading to activation of T-cell anticancer immunity in a patient are briefly introduced. We especially focus on the identification of high confidence neoantigens by next-generation sequencing (NGS) and mass spectrometry (MS), which is key element in the process of designing neoantigen vaccines. Briefly, we describe a proteogenomic platform for confident identification of mutant peptides in biological material. We mention the possibility of neoantigen quantification in biological material using mass spectrometry such as SRM (selected reaction monitoring) and SWATH (sequential windowed acquisition of all theoretical fragment ion spectra). Successful clinical studies demonstrating the potential of neoantigen vaccination in personalized cancer treatment are summarized at the end of the paper.
- MeSH
- antigeny nádorové terapeutické užití MeSH
- lidé MeSH
- nádory * imunologie terapie MeSH
- protinádorové vakcíny * MeSH
- vakcinace metody MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- přehledy MeSH
Targeted mass spectrometry-based proteomics approaches enable the simultaneous and reproducible quantification of multiple protein analytes across numerous conditions in biology and clinical studies. These approaches involve e.g. selected reaction monitoring (SRM) typically conducted on a triple quadrupole mass spectrometer, its high-resolution variant named pseudo-SRM (p-SRM), carried out in a quadrupole coupled with an TOF analyzer (qTOF), and "sequential window acquisition of all theoretical spectra" (SWATH). Here we compared these methods in terms of signal-to-noise ratio (S/N), coefficient of variance (CV), fold change (FC), limit of detection and quantitation (LOD, LOQ). We have shown the highest S/N for p-SRM mode, followed by SRM and SWATH, demonstrating a trade-off between sensitivity and level of multiplexing for SRM, p-SRM, and SWATH. SRM was more sensitive than p-SRM based on determining their LOD and LOQ. Although SWATH has the worst S/N, it enables peptide multiplexing with post-acquisition definition of the targets, leading to better proteome coverage. FC between breast tumors of different clinical-pathological characteristics were highly correlated (R2 >0.97) across three methods and consistent with the previous study on 96 tumor tissues. Our technical note presented here, therefore, confirmed that outputs of all the three methods were biologically relevant and highly applicable to cancer research.
- MeSH
- hmotnostní spektrometrie přístrojové vybavení metody MeSH
- lidé MeSH
- limita detekce MeSH
- nádory chemie metabolismus MeSH
- poměr signál - šum MeSH
- proteiny analýza MeSH
- proteomika metody MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- srovnávací studie MeSH
Východiská: Kvantifikácia proteínov v modelových nádorových bunečných líniách a v nádorových tkanivách je často predmetom onkologického výskumu. Metóda SWATH (sequential windowed acquisition of all theoretical fragment ion spectra), novinka v kvantitatívnej onkoproteomike, získava čoraz väčšiu popularitu, pretože umožňuje kvantifikáciu všetkých proteínov zaznamenaných v spektrálnej knižnici. Spektrálna knižnica obsahuje fragmentačné informácie o každom detekovateľnom proteíne vo vzorke. Dôkladná príprava spektrálnej knižnice výrazne vylepší kvantifikáciu obzvlášť nízkoabundantných proteínov, ktoré často zohrávajú výnamnú úlohu v nádorových ochoreniach. Cieľ: V tomto článku sa venujeme optimalizácii prípravy spektrálnej knižnice s cieľom maximalizovať počet kvantifikovateľných proteínov v modelovej bunečnej línii MCF-7 odvodenej od karcinómu prsníka. Experiment je zameraný na optimalizáciu postupu prípravy vzorky pred vstupom do hmotnostného spektrometru, kde bol skúmaný vplyv zloženia lyzačného pufru, vplyv postupu rozpúšťania peptidov a vplyv materiálu mikroskúmaviek na počet proteínov v spektrálnej knižnici. V neposlednom rade boli optimalizované aj parametre merania na hmotnostnom spektrometri pre získavanie dát do spektrálnej knižnice. Záver: Dôslednou optimalizáciou postupu sa podarilo pripraviť spektrálnu knižnicu obsahujúcu fragmentačné informácie o 1 653 proteínoch (FDR < 1%) z 1 ?g lyzátu MCF-7. Hlavným prínosom optimalizácie postupu prípravy spektrálnej knižnice je rozšírenie pokrytia proteómu vo SWATH digitálnych biobankách umožňujúcich kvantifikáciu ľubovoľného proteínu vo fyzicky už nedostupných vzorkách. Kvalitné spektrálne knižnice by mohli v budúcnosti zohrávať kľúčovú úlohu pri tvorbe digitálnych fingerprintov proteómu pacientov.
Background: Cancer research often focuses on protein quantication in model cancer cell lines and cancer tissues. SWATH (sequential windowed acquisition of all theoretical fragment ion spectra), the state of the art method, enables the quantication of all proteins included in spectral library. Spectral library contains fragmentation patterns of each detectable protein in a sample. Thorough spectr
- Klíčová slova
- digitální biobanka, SWATH,
- MeSH
- hmotnostní spektrometrie * metody využití MeSH
- lidé MeSH
- nádorové biomarkery * analýza chemie MeSH
- proteiny analýza chemie MeSH
- proteomika metody MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- práce podpořená grantem MeSH
Vývoj diagnostických a terapeutických přístupů v onkologii vyžaduje, kromě jiného, citlivé kvantitativní přístupy pro stanovení proteinů souvisejících s nádorovými procesy v klinických vzorcích. V tomto článku jsou představeny nové kvantitativní metody cílené proteomiky. Hlavní potenciál metod monitorování vybraných reakcí (SRM) a pseudo‑SRM spočívá v kvantifikaci předem vybraných proteinů ve větších souborech vzorků s vysokou citlivostí a selektivitou, čímž představují alternativu ke stávajícím imunochemickým přístupům. Potenciál HRM a SWATH spočívá naopak v získávání digitálních proteomických fingerprintů, z nichž je následně možné extrahovat kvantitativní proteomická data na podobném principu jako u SRM. Článek představuje aplikace uvedených metod v řadě studií z oblasti onkologického výzkumu, kde byly použity ke stanovení a validaci stávajících i nově navrhovaných proteinových biomarkerů a při studiu jejich úlohy v mechanizmu vzniku a vývoje nádorů.
Development of novel diagnostic and therapeutic approaches in cancer research requires sensitive and quantitative assays for determination of cancer‑associated proteins in clinical samples. Novel quantitative targeted proteomic approaches are overviewed in this communication. A major advantage of selected reaction monitoring (SRM) and pseudo-SRM lies in the selective and sensitive quantification of selected proteins in large sample sets. As such, they represent an alternative to immunochemical approaches. On the other hand, the potential of HRM and SWATH lies in recording of digital fingerprints, which enable post‑acquisition quantitative proteomic data mining on a similar basis to SRM. This article shows applications of targeted proteomics in a number of cancer research studies where they were used for quantification and validation of current or potential protein biomarkers and to study their role in cancer development and progression. Key words: proteomics – selected reaction monitoring – oncology – SWATH – biomarkers – molecular diagnostics This work was supported by the project of Czech Science Foundation No. 14-19250S, by the European Regional Development Fund and the State Budget of the Czech Republic (RECAMO, CZ.1.05/2.1.00/03.0101) and by MH CZ – DRO (MMCI, 00209805) and BBMRI_CZ (LM2010004). The authors declare they have no potential conflicts of interest concerning drugs, products, or services used in the study. The Editorial Board declares that the manuscript met the ICMJE “uniform requirements” for biomedical papers. Submitted: 3. 2. 2014 Accepted: 26. 3. 2014
