NHRI Communications
院務紀事
蛋白質體學的新穎技術簡介（一）：高階四極柱飛行時間式串聯質譜檢測系統
Introduction to liquid chromatography tandem mass spectrometry
基因體學研究主要是探討個別基因（gene）在細胞及組織中的分布、有無遺傳變異及其在不同生理與病理狀況下的表現情形，而蛋白質（protein）則為真正執行功能的物質。基因體技術雖能看到基因轉錄為mRNA的表現量，然而mRNA的表現量卻不等於真正具有功能的蛋白質表現量，亦不能顯示蛋白質上的各種後轉譯修飾（post-translational modifications）。蛋白質體學正彌補了基因體學研究上之不足。蛋白質體學是對蛋白質結構和功能的大規模系統性之研究。此研究可說是繼基因體學後，生物醫學研究必然要走的道路。國際生物醫學界有越來越多的研究人員利用蛋白質體學技術探討基礎及臨床醫學的特定課題。質譜儀（mass spectrometry, MS）是研究蛋白質體學的一項利器，可應用於蛋白質身分鑑定（protein identification）、蛋白質後轉譯修飾鑑定（post-translational modifications）和蛋白質生物標誌的發現及鑑定（protein biomarker discovery）。質譜儀可搭配多功能影像分析系統（typhoon imager-gel image system plus software）及二維電泳、螢光對比二維凝膠蛋白質電泳（differential fluorescence gel electrophoresis, DIGE）技術分析軟體組合，以供研究人員進行蛋白質體學暨代謝質體學的研究。高通量西方墨點分析系統（high-throughput western blotting）為目前系統生物另一最具效力的研究方式，可檢視大規模系統或是大數量的樣品。視使用之特定抗體，此技術可用來研究各種信息傳導之網絡及蛋白質後轉譯修飾，例如phosphorylation、acetylation、nitrosylation、ubiquitination、tyrosine nitration等。此技術為本院核心儀器設施中心指導P.I.褚志斌助研究員（細胞及系統醫學研究所）於美國芝加哥大學時參與發展出來的。
在進入後基因體時代—蛋白質體的時代，為提供院內研究人員從事蛋白質體學相關研究，本院於2010年購置多功能影像分析系統、高階四極柱飛行時間式串聯質譜檢測系統（liquid chromatography tandem mass spectrometry）及高通量西方墨點分析系統（high-throughput western blotting）[包含微量細胞液微陣列分注平台（nano-plotter system）及近紅外光螢光影像掃描分析系統（odyssey infrared imaging system、odyssey紅外線影像分析儀）]。核心儀器設施中心之蛋白質化學核心設施實驗室設有專門技術人員，提供這兩項蛋白質體學技術的服務。
高階四極柱飛行時間式串聯質譜檢測系統介紹
質譜儀是以熱電子撞擊氣體分子，產生碎片及離子，再經磁場分離，依據測得之質荷比來決定分子質量的技術。而質量是分子的一種特質，因此可以用於分子的鑑定或確認（圖一）。
決定天然或合成之生物分子結構是生命科學研究中，極重要且致力最多的部分，而質譜儀是達成此目的不可或缺的工具之一。傳統的蛋白質研究中決定完整蛋白質分子的質量及定序，多是使用蛋白質電泳分離（SDS-PAGE）技術得到的約略分子量，加上N端定序來判定蛋白質的特性，使用上有諸多限制。早期蛋白質體研究主要是應用在蛋白質身分鑑定，儀器主要是利用以基質輔助雷射脫附游離質譜儀，搭配二維膠體電泳進行分析。
質譜儀技術近來逐漸成為蛋白質結構分析的核心工具之一。由於科學研究技術的進步與儀器分析功能的演進，「高階四極柱飛行時間式串聯質譜檢測系統」可提供更快的分析速度與更高的敏感度及解析度，使蛋白質體學（圖二）研究更有效率。此高階四極柱飛行時間式串聯質譜儀（圖三及圖四）對於複雜樣品中的小分子鑑定以及結構解釋，例如代謝研究、不純物鑑別以及生物分子的特性描述及鑑定（例如蛋白質體研究、尋找生物指標物），可以提供更敏銳的結果。其功能如下：
High Resolution Mass Spectrometry
Accurate Mass Determinations
Drug Discovery with Accurate Mass
Bioanalytical Applications with Accurate Mass
Metabolite ID with Accurate Mass
Peptide and Protein Research with Accurate Mass
蛋白質體研究及生物指標物定量分析是很重要的，因此本中心採用Waters Xevo串聯四極桿質譜儀（XEVO TQ，圖五）搭配超極致效能液相層析儀（UPLC），可應用於定量和定性分析，包括：生物分析、ADME篩選、食品安全、環境監測、法醫學以及其他許多領域。
本中心同時採用XEVO QTof與TQ系統（圖六）以提供定性與定量服務，進而提升蛋白質體及代謝質體相關研究。
《文/圖：核心儀器設施中心》