在蛋白質藥物產品的質控要求中,需要對 蛋白氨基酸序列進行確證,對相關修飾進行 鑒定以及定量——即肽圖分析。肽圖的液質實 驗流程主要包括:蛋白的變性、二硫鍵的還 原與烷基化、以及蛋白酶酶解(通常使用胰 蛋白酶 Trypsin)、液質聯用數據采集、數據 處理幾個步驟(圖1)。在這個流程中, Orbitrap 型質譜以其超高分辨、高質量精度、 高靈敏、高穩定性成為業內推崇的質譜分析 平臺。除此之外,考慮到生物制藥應用的特 殊需求 , 根據蛋白藥物質譜分析特點 , Thermo Fisher與世界制藥企業Amgen聯 合開發了 PepFinderTM 軟 件 。 實際上 , PepFinder來源于Amgen內部的自制的肽圖分 析軟件,因此其功能設計從一開始就聽從了 一線分析人員的切實需求 [1,2] , 而 Thermo Fisher的加入,則使軟件底層對質譜數據處理 的性能大大提高。因此,PepFinder一經公開 發布,就受到了業內的極大關注與好評。
除基本的肽段序列確認、覆蓋率分析、 修飾位點鑒定與定量、錯配二硫鍵發現、圖 譜對比、CID/HCD/ETD碎片解析等功能外, PepFinder還*未知修飾發現、氨基酸突變 查找功能[1-5] 。這兩項功能可以幫助大家快速 發現序列變異,避免可能出現的巨大的質量 風險。不僅如此,PepFinder還有更多貼心的 功能設計,如內置了CHO細胞系糖型,并可一 鍵選擇進入糖肽分析流程;再如,除具有肽 段鑒定可信度評價功能外,還可智能顯示多 肽的理論質譜碎片,并用于與實驗圖譜直觀 對比,以輔助分析,并可快速提高分析員質 譜解析水平。這些功能不但減少工作強度, 也降低了對分析員理解質譜數據深度的要求[6- 11] 。更具情懷的是,對于氨基酸固定修飾設置, 不同于其它類似軟件(固定修飾只可至 某一類氨基酸),在PepFinder中,可以 到特定的某個氨基酸位點。此功能對于蛋白 藥的某些特殊分析需求提供了極大的便利。
圖2為PepFinder的氨基酸序列鑒定覆蓋率 結果顯示圖 。 相較于其它類似軟件 , PepFinder的覆蓋率顯示方法更適用于蛋白藥 物肽圖分析,其中不僅包括了結果總結與具 體的鑒定情況,還含有鑒定序列的色譜保留 時間與強度信息。這些便捷的信息顯示為某 些情況下的肽圖方法開發,指出了優化方向。修飾的鑒定與定量也是肽圖分析中的必須 項目。Orbitrap具有的靈敏度與準確性, 配合PepFinder軟件,使此項分析工作不再繁 重。圖3中,為一蛋白藥物某肽段中色氨酸殘 基(W)的正常形式與雙氧化形式的二級鑒定圖 譜。其中雙氧化形式肽段豐度僅為總量的 0.13%,但仍得到了高質量的碎片與定量信息。
圖4為另一常見的多肽修飾——脫氨基 (deamidation)。在此例中,同一個肽段內含有 兩個天冬酰胺(N),通過液質分析,不但實現 了對脫酰胺化肽段的鑒定與定量,而且對于 不同位置的脫酰胺化,Orbitrap都采集到了高 質量的二級碎片信息,使之得以分辨。
圖5顯示了針對蛋白質藥物分析的一些特 殊參數設置,如二硫鍵檢索、CHO細胞系糖肽 檢索、未知修飾發現、氨基酸突變鑒定等功 能。這些功能有助于提高分析人員的工作效 率,降低數據分析難度,更可以幫助及時發 現可能導致蛋白藥物質量問題的潛在風險。
質控部門的工作要求其成員能熟練進行 多種不同的分析實驗操作。相對于其它技術 而言,質譜分析更為復雜,難度相對較大。 為了提升工作效率、降低質譜使用進入門檻, Orbitrap系列質譜采用了盡可能簡化的操作界 面設計,即使沒有質譜操作經驗的人員,也 可以在一個工作日內掌握儀器的日常維護、 校正、采集方法設置等操作。但是對于質譜 數據分析工作來說,不可能一蹴而就,而是 需要經驗積累的。為了幫助使用者能更快地 具備豐富的質譜分析經驗,PepFinder特意設 置了理論圖譜功能(圖6)。此功能可根據肽 段的氨基酸序列,通過Kinetic Model計算出肽 段的理論碎片圖譜[6-11] ,并與實驗圖譜對比顯 示。這樣就為實驗人員提供了為直觀的質譜圖譜觀察途徑,可輔助判斷圖譜質量,并 可幫助分析者快速積累質譜分析經驗。
肽圖分析是蛋白質藥物研發及質控為常 用的分析手段之一。其可以提供為精細的 序列結構及修飾信息,因此參與到了細胞株 篩選、細胞培養、純化、制劑工藝優化等各 個階段。在每次分析中,都需要從肽圖數據 中挖掘出大量重要的信息,使其成為質控與 研發分析中較為繁重的一項工作。PepFinder 直接基于Amgen的一線分析需求進行設計開發, 并經過了多年的內部使用,因此成為蛋白藥 物質譜數據分析中的軟件。 PepFinder與Orbitrap系列質譜的聯合運用已成 為業內*的實驗分析平臺。
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