Massaspektrometria ja kliiniset proteiinibiomarkkerit

Transkriptio

1 Massaspektrometria ja kliiniset proteiinibiomarkkerit 1 Leena Valmu FT, Dosentti, R&D Manager The world leader in serving science

2 MS ja kliiniset proteiinibiomarkkerit Biomarkkereiden massaspektrometria Proteomiikan sovelluksia Kliinisiä sovelluksia 2 L e e n a V a l m u

3 Helsingin yliopisto Biotekniikan instituutti Proteiinikemian tutkimus- ja palveluyksikkö SPR Veripalvelu Tutkimus- ja tuotekehitysyksikkö Pinta-analytiikkalaboratorio Helsingin yliopisto Lääketieteellinen tiedekunta Kliinisteoreettinen laitos Kliinisen kemian yksikkö

4 MS ja kliiniset proteiinibiomarkkerit Biomarkkereiden massaspektrometria Proteomiikan sovelluksia Kliinisiä sovelluksia 4 L e e n a V a l m u

5 Biomarkkeri Indikaattori, useimmiten (bio)molekyyli, joka kuvaa tietyn tautitilan riskiä, olemassaoloa, tasoa tai hoitovastetta 5

6 Biomolekyylien massaspektrometria MALDI-TOF ESI-MS/MS Nobel 2002 PROTEIINIT HIILIHYDRAATIT LIPIDIT NUKLEIINIHAPOT 6

7 Proteiinien massaspektrometria Kvalitatiivinen proteiinitunnistus Ekspressiotason muutos On/off-analytiikka 7

8 Proteiinien massaspektrometria DNA A G C C T G G A C A T G Transkriptio RNA U C G G A C C U G U A C Translaatio Proteiini Ser Asp Leu Tyr 8

9 Proteiinien massaspektrometria Kvalitatiivinen proteiinitunnistus Ekspressiotason muutos On/off-analytiikka Discovery Proteiinimodifikaation tunnistus Modifikaation on/off-analytiikka Relatiivinen kvantitaatio Leimaa hyödyntävä tai leimaton analytiikka Validation Absoluuttinen kvantitaatio Clinical use 9

10 Proteiinit biomarkkereina Yli 1000 julkaisua vuodessa potentiaalisista biomarkkereista Biomarker publications vuosi Biomarkkeri julkaisu FDA:n hyväksymää proteiinibiomarkkeria kliinisessä käytössä 80% näistä hyväksytty ennen proteiinibiomarkkeria hyväksytään käyttöön vuodessa 10

11 Proteiinit biomarkkereina Esteet kliinisen sovellettavuuden tiellä: Kompleksiset näytematriisit Valtava dynaaminen alue Tautitilojen aiheuttamat muutokset -> Esifraktiointi -> Sensitiivisyyden ja spesifisyyden parantaminen (HRMS, SRM) Biomolekyylien monimuotoisuus Proteiinien modifikaatiot Ennen analyysia tapahtuvat biomolekyylien ja matriksin muutokset Kvantitoinnin haasteet Relatiivinen vs absoluuttinen kvantitaatio Validoinnin haasteet Suuret näytemäärät ja resurssit Runsaudenpula Millä markkerilla on riittävä lääketieteellinen arvolupaus? 11

12 12 Lemoine et al (2012) Expert Rev Mol Diagn 12:333

13 MS ja kliiniset proteiinibiomarkkerit Biomarkkereiden massaspektrometria Proteomiikan sovelluksia Kliinisiä sovelluksia 13 L e e n a V a l m u

14 Bottom-up ja top-down proteomiikka Bottom-up Top-down 14

15 Proteiinin tunnistus MALDI:lla sormenjälki N Proteiini S S C Alkylaatio N C Trypsiini K R K K K K R R Tietokanta haku MALDI-TOF 15

16 Proteiinin tunnistus LC-MS/MS K R K K K K R R Alkylaatio ja trypsiini digestio N S S C 16

17 Proteiinin tunnistus LC-MS/MS LTQ C-trap Octapole Collision Cell ESI Source Orbitrap 17

18 Relatiivinen kvantitaatio Kontrolli Kontrolli 18 RCC RCC

19 Proteiinimodifikaatio 19

20 Muuntuneen glykoproteiinin tunnistaminen 20

21 Muuntuneen glykoproteiinin tunnistaminen 21

22 Muuntuneen glykoproteiinin tunnistaminen 92 aa α β 145 aa N N N N 22 CTP S S S S

23 MS ja kliiniset biomarkkerit Biomarkkereiden massaspektrometria Proteomiikan sovelluksia Kliinisiä sovelluksia 23 L e e n a V a l m u

24 Kliinisen biomarkkerin MS tunnistus N S [M+5H] % % [M+6H] 6+ [M+4H] M/z mass 24

25 Kliinisen biomarkkerin MS validaatio A B C D E wt z=6 IS IS N34S IS wt z=5 P55S wt z=6 IS wt z=6 N34S wt z=5 wt z=6 wt z=5 wt z=5 IS 25

26 Proteomiikka kliinisessä mikrobiologiassa >900 placed instruments >600 placed instruments FDA clearance 26

27 TULEVAISUUDESSA Yhä useampia proteiineja validoidaan analysoitavaksi massaspektrometrilla kliinisissä laboratorioissa Näytteiden esikäsittely tehostuu ja rutinoituu Massaspektrometriset laitteistot ja tekniikat kehittyvät Automaatio lisääntyy 27

28 Kiitokset Ulf-Håkan Stenman Suvi Ravela Hannu Koistinen Johanna Mattson Maarit Leinimaa Outi Itkonen R&D department Nisse Kalkkinen Gunilla Rönnholm Pirjo Laakkonen Piia-Riitta Karhemo Mauno Vihinen Johanna Salonen Phil D. Rye Ilja Ritamo Suvi Ravela Johan Finell Annika Kotovuori Anssi Rantakari Herdis Friedrich Maarit Kivilompolo Teija Kupari Eeva Lahtinen Marjaana Viirtola Henna Huhtala 28