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センチネル生物Gammarus fossarumのタンパク質バイオマーカーを標的型スカウトMRM法で高多重モニタリングすることで、エコトキシコプロテオミクスの新たなビジョンを提示した
High-multiplexed monitoring of protein biomarkers in the sentinel Gammarus fossarum by targeted scout-MRM assay, a new vision for ecotoxicoproteomics.
PMID: 32668291 DOI: 10.1016/j.jprot.2020.103901.
抄録
生態毒性プロテオミクスは、例えば淡水における化学物質の毒性を評価するために、センチネル生物のタンパク質を中心とした質量分析ベースのアプローチを採用している。本研究では、プロテオゲノミクス実験と、Scout-RMMと呼ばれる保持時間スケジューリングを必要としない新しい標的型プロテオミクス手法を組み合わせた。この方法論により、主要な生理学的プロセスに関与し、淡水センチネルのガマズメダイの汚染物質の影響を受ける可能性のある複数のタンパク質の相対的な存在量の変化を同時に測定することができるようになるだろう。このアッセイの開発と検証は、この非モデル生物の157種類のタンパク質バイオマーカーを標的として行われた。従来のパラメータ（直線性、再現性、LOD、LOQ）を用いてモニターする遷移を慎重に選択し、検証した。最後に、この方法論の可能性は、農薬汚染に曝される可能性のある異なる農業現場に自然界で曝露されたセンチネル動物で277のペプチドプレックスアッセイ（831の遷移）を測定することによって示されています。多変量データ解析の結果、摂食と脱皮に関与するいくつかの重要なタンパク質の変調が明らかになった。このマルチプレックス標的プロテオミクスアッセイは、将来的には環境モニタリングのための新たな生態毒性モデルにおける新規タンパク質バイオマーカーの発見と利用への道を開くものである。生物学的意義：本研究は、Gammarus fossarumfreshwater sentinelの大規模なタンパク質のハイスループット定量のためのScout-MRMの開発に貢献した。淡水生物における汚染物質の影響を評価するためには、生態毒性プロテオミクスにおけるマーカーの数を増やすことが最も重要である。本試験法の開発と検証により、暴露されたガンマール類のレポーターペプチドの大規模なパネルをモニタリングすることが可能となった。この方法の適用性を説明するために、さまざまな農業現場からの動物を分析した。このアッセイの応用により、脱皮、摂食、一般的なストレス応答などの重要な生理学的経路に関与するいくつかのバイオマーカータンパク質の変調が明らかになった。多重化能力の向上と実地試験の実施により、将来の環境バイオモニタリングプログラムにおける新たな生態毒性モデルのための診断用タンパク質バイオマーカーの開発が可能になると考えられる。
Ecotoxicoproteomics employs mass spectrometry-based approaches centered on proteins of sentinel organisms to assess for instance, chemical toxicity in fresh water. In this study, we combined proteogenomics experiments and a novel targeted proteomics approach free from retention time scheduling called Scout-MRM. This methodology will enable the measurement of simultaneously changes in the relative abundance of multiple proteins involved in key physiological processes and potentially impacted by contaminants in the freshwater sentinel Gammarus fossarum. The development and validation of the assay were performed to target 157 protein biomarkers of this non-model organism. We carefully chose and validated the transitions to monitor using conventional parameters (linearity, repeatability, LOD, LOQ). Finally, the potential of the methodology is illustrated by measuring 277-peptide-plex assay (831 transitions) in sentinel animals exposed in natura to different agricultural sites potentially exposed to pesticide contamination. Multivariate data analyses highlighted the modulation of several key proteins involved in feeding and molting. This multiplex-targeted proteomics assay paves the way for the discovery and the use of a large panel of novel protein biomarkers in emergent ecotoxicological models for environmental monitoring in the future. BIOLOGICAL SIGNIFICANCE: The study contributed to the development of Scout-MRM for the high-throughput quantitation of a large panel of proteins in the Gammarus fossarumfreshwater sentinel. Increasing the number of markers in ecotoxicoproteomics is of utmost interest to assess the impact of pollutants in freshwater organisms. The development and validation of the assay enabled the monitoring of a large panel of reporter peptides of exposed gammarids. To illustrate the applicability of the methodology, animals from different agricultural sites were analysed. The application of the assay highlighted the modulation of some biomarker proteins involved in key physiological pathways, such as molting, feeding and general stress response. Increasing multiplexing capabilities and field test will provide the development of diagnostic protein biomarkers for emergent ecotoxicological models in future environmental biomonitoring programs.
Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.