Massaspektrometria ja kliiniset proteiinibiomarkkerit 1 Leena Valmu FT, Dosentti, R&D Manager The world leader in serving science
MS ja kliiniset proteiinibiomarkkerit Biomarkkereiden massaspektrometria Proteomiikan sovelluksia Kliinisiä sovelluksia 2 L e e n a V a l m u
1999-2003 2006-2012 Helsingin yliopisto Biotekniikan instituutti Proteiinikemian tutkimus- ja palveluyksikkö 2004-2006 SPR Veripalvelu Tutkimus- ja tuotekehitysyksikkö Pinta-analytiikkalaboratorio Helsingin yliopisto Lääketieteellinen tiedekunta Kliinisteoreettinen laitos Kliinisen kemian yksikkö 3 2013-
MS ja kliiniset proteiinibiomarkkerit Biomarkkereiden massaspektrometria Proteomiikan sovelluksia Kliinisiä sovelluksia 4 L e e n a V a l m u
Biomarkkeri Indikaattori, useimmiten (bio)molekyyli, joka kuvaa tietyn tautitilan riskiä, olemassaoloa, tasoa tai hoitovastetta 5
Biomolekyylien massaspektrometria MALDI-TOF ESI-MS/MS Nobel 2002 PROTEIINIT HIILIHYDRAATIT LIPIDIT NUKLEIINIHAPOT 6
Proteiinien massaspektrometria Kvalitatiivinen proteiinitunnistus Ekspressiotason muutos On/off-analytiikka 7
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
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
Proteiinit biomarkkereina Yli 1000 julkaisua vuodessa potentiaalisista biomarkkereista 10000 Biomarker publications 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 vuosi 2011 3034 2012 3727 2013 2596 Biomarkkeri julkaisu 1000 0 1986-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010 2011-109 FDA:n hyväksymää proteiinibiomarkkeria kliinisessä käytössä 80% näistä hyväksytty ennen 1993 1.5 proteiinibiomarkkeria hyväksytään käyttöön vuodessa 10
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 Lemoine et al (2012) Expert Rev Mol Diagn 12:333
MS ja kliiniset proteiinibiomarkkerit Biomarkkereiden massaspektrometria Proteomiikan sovelluksia Kliinisiä sovelluksia 13 L e e n a V a l m u
Bottom-up ja top-down proteomiikka Bottom-up Top-down 14
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
Proteiinin tunnistus LC-MS/MS K R K K K K R R Alkylaatio ja trypsiini digestio N S S C 16
Proteiinin tunnistus LC-MS/MS LTQ C-trap Octapole Collision Cell ESI Source Orbitrap 17
Relatiivinen kvantitaatio Kontrolli Kontrolli 18 RCC RCC
Proteiinimodifikaatio 19
Muuntuneen glykoproteiinin tunnistaminen 20
Muuntuneen glykoproteiinin tunnistaminen 21
Muuntuneen glykoproteiinin tunnistaminen 92 aa α β 145 aa N N N N 22 CTP S S S S
MS ja kliiniset biomarkkerit Biomarkkereiden massaspektrometria Proteomiikan sovelluksia Kliinisiä sovelluksia 23 L e e n a V a l m u
Kliinisen biomarkkerin MS tunnistus N S 100 1243.654 [M+5H] 5+ 100 6214.600 1249.231 6241.200 % % [M+6H] 6+ [M+4H] 4+ 1036.708 1041.177 1180.593 1554.557 1561.026 5899.100 5925.800 983.816 1475.502 0 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 M/z 0 5800 6000 6200 6400 mass 24
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
Proteomiikka kliinisessä mikrobiologiassa >900 placed instruments >600 placed instruments FDA clearance 26
TULEVAISUUDESSA Yhä useampia proteiineja validoidaan analysoitavaksi massaspektrometrilla kliinisissä laboratorioissa Näytteiden esikäsittely tehostuu ja rutinoituu Massaspektrometriset laitteistot ja tekniikat kehittyvät Automaatio lisääntyy 27
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