生物质谱与蛋白质组学

蛋白质组学是后基因组学时代最受关注的研究领域之一,其核心的鉴定技术———生物质谱近年来在仪器设计以及鉴定通量、分辨率和灵敏度等各方面均有质的飞跃,促进了蛋白质表达谱作图、定量蛋白质组分析、亚细胞器蛋白质组作图、蛋白质翻译后修饰以及蛋白质相互作用等蛋白质组研究各个领域的飞速发展。本文综述了生物质谱技术的最新进展,及其在蛋白质组学研究中的应用。

食管鳞状上皮癌中表达失调蛋白的研究

背景与目的:食管鳞状上皮癌(esophagealsquamouscellcarcinoma,ESCC)是一种具有高发性和高死亡率疾病,本研究应用蛋白质组学方法分析ESCC中异常表达的蛋白。方法:对ESCC/癌旁组织标本的冰冻切片进行显微切割,分别分离肿瘤细胞和癌旁上皮细胞,提取细胞总蛋白,通过双相电泳得到ESCC及癌旁上皮的蛋白表达谱,采用质谱技术鉴定肿瘤表达异常的蛋白。结果:比较7对食管癌/癌旁组织的蛋白表达谱,并对差异的蛋白进行质谱分析发现:11个蛋白在食管癌中表达明显异常,其中热休克蛋白27(HSP27)在3例ESCC中表达上调,钙依赖磷脂结合蛋白ANNEXINI在正常食管粘膜存在分子量基本相同、等电点彼此相差约为1的3种变体(isoforms),3种ANNEXINI变体均在5例食管癌中表达下调。结论:双相电泳连接质谱的蛋白质组学方法是快速筛选肿瘤异常表达蛋白的有效手段,HSP27和ANNEXINI的表达失调是食管癌发生过程中的频发事件。

肺癌转移相关蛋白的比较蛋白质组分析与鉴定

采用比较蛋白质组技术对肺巨细胞癌高、低转移株的蛋白质表达谱进行双向电泳分离和MALDI TOF分析 ,并在蛋白质和mRNA水平进行进一步验证 ,成功鉴定了 11个肺癌转移相关蛋白 .其中 ,候选蛋白膜联蛋白1(ANX1)、细胞骨架蛋白 (CK18)、Rho GDP解离抑制剂 1(GDIR)、原肌球蛋白 3(TPMF)、蛋白谷氨酰胺γ 谷氨酰转移酶 (TGLC)和白介素 18(IL 18)在肺巨细胞癌高转移株显著高表达 ,而候选蛋白核氯离子通道蛋白 1(CLI1)、蛋白质二硫键异构酶 (ER6 0 )、肌酸激酶、硫氧还蛋白过氧化物酶 1(PDX1)和热休克蛋白 6 0(CH6 0 )在肺巨细胞癌高转移株显著低表达 .大多数的候选蛋白可通过调控肿瘤细胞的生长、迁移、粘附、凋亡和肿瘤免疫等环节来影响肿瘤细胞的侵袭和转移能力 .迄今为止 ,还未见候选蛋白CLI1和IL 18与肺癌转移相关的报道 。

蛋白质组研究中的二维电泳分离技术

对目前生命科学研究中的热点领域蛋白质组研究中应用的主要分离技术二维聚丙烯酰胺凝胶电泳的基本原理、应用和最新进展进行了综述。同时,针对二维凝胶电泳的缺陷,介绍了目前正在发展的几种替代技术。

基质辅助激光解吸附电离-飞行时间串联质谱研究重组人促红细胞生成素一级结构

建立了生物质谱研究rhEPO一级结构的系列方法,包括分子量、唾液酸含量以及N-糖含量等糖基化性质的测定方法,并用于4种国产rhEPO样品的分析;在此基础上优化酶切条件,使测定的肽质量指纹谱(PMF)的覆盖率均达到98%,成功鉴定了4个样品中的全部N-糖基化位点以及对分子中两对二硫键进行了结构确证,测定4个样品分子量分别为27754.1±27.4Da、27941.4±23.2Da、27682.5±22.0Da和27914.7±22.5Da;唾液酸含量分别为5.0%、4.8%、5.6%和5.4%;糖含量分别为34.3%、34.7%、34.1%和34·6%。此外还对4种产品在O-连接糖型及N-连接糖型上的区别做了初步探讨。

亲和层析结合生物质谱技术分析鉴定猕猴血清中的重组人内皮抑制素

建立了将固相亲和层析与生物质谱技术相结合 ,分离提取鉴定给药猕猴血清中含有 6×His序列的重组人内皮抑制素的方法。用固相免疫亲和层析和金属螯合层析两种方法分别提取并富集血清中的重组药物 ,采用基质辅助激光解吸 电离飞行时间质谱的直接分析和肽质量指纹谱分析与数据库检索 ,分别对两种亲和提取方法得到的药物蛋白前体collagenXVIII[Homosapiens](IDofSWISS -PROT TrEMBL :Q8WXI5 )

应激心肌细胞蛋白质组双向凝胶电泳分析

采用双向凝胶电泳技术和计算机辅助的图像分析方法 ,对去甲肾上腺素诱导的应激心肌细胞与正常心肌细胞蛋白质进行分离和比较分析 .正常心肌细胞可分离 12 32± 5 6个蛋白点 ,蛋白点匹配率为 83 3%± 1 0 %.有 11种蛋白质在NE应激后发生了明显和稳定的质和量的改变 (P <0 0 5 ) ,其中 6种 (Mr pI :4 9 7kD 7 8,38 3kD 5 9,37 1kD 6 6 ,2 9 3kD 7 4 ,18 7kD 6 1,18 5kD 7 7)在应激后表达降低 ,4种 (Mr pI:4 7 6kD 5 5 ,31 9kD 4 4 ,2 6 6kD 4 6 ,33 2kD 8 1)在应激后表达增高 ,1种 (Mr pI:19 4kD 6 9)只在应激后发生表达 .这些差异表达的蛋白质可能参与了心血管应激反应乃至应激损伤发生的过程 .

蛋白质组学技术识别Maspin在支气管上皮永生化细胞和恶性转化细胞中的差异表达

背景与目的:Maspin蛋白是一种抑制肿瘤的丝氨酸蛋白酶抑制剂,它在抑制肿瘤生长和转移中发挥一定作用。本研究是利用蛋白质学技术鉴定Maspin在支气管上皮细胞恶性转化过程中的差异表达。方法:利用固相pH梯度等电聚焦双向电泳、肽质量指纹谱技术以及生物信息学技术,对Maspin在永生化细胞系及恶性转化细胞系的表达进行功能蛋白组学分析。结果:在分子量14.4～94kDa、等电点PI3～10范围内,2-D电泳分离出1500多个蛋白质点。凝胶图像分析显示Maspin蛋白在永生化细胞中的表达比恶性转化细胞表达高。Northernblot证实永生化细胞的MaspinmRNA丰度高于恶性转化细胞。结论:肺癌组织中Maspin在细胞转录和翻译水平的表达异常,这可能是肺癌发生的原因之一。

^(18)O稳定同位素标记定量蛋白质组研究技术的建立与优化

建立了18O稳定同位素标记方法,用于复杂体系蛋白质相对定量分析。对影响蛋白质标记稳定性的实验条件进行了比较和优化。结果表明,采用酶切后标记的方法,酶切肽段在胰酶催化下,在pH 5.0的K2HPO4/KH2PO4缓冲体系中,37℃18O标记反应16 h,绝大部分肽段即可达到100%的标记效率。对多个16O/18O成对肽段峰强度的动态范围及定量准确度进行了考察。结果表明,18O标记方法是一种简便、稳定、可靠的相对定量方法,10倍动态范围内,标记率相对标准偏差在18.4%以内,16O/18O峰强度呈很好的线性关系。本实验考察了标记后的肽段在不同溶液体系中的稳定性,为复杂样品的预处理和预分离的溶液条件提供了依据。

用反相液相色谱分离多肽时峰容量与色谱柱长度关系的研究

在蛋白质组学研究中,多肽混合物的有效分离对蛋白质鉴定和蛋白质之间相互作用的研究起着决定性的影响。基于此,用反相液相色谱研究了在两个不同长度的色谱柱上分离多肽混合物时色谱柱长度与峰容量的关系,同时考察了梯度洗脱时间对峰容量和峰宽的影响。实验结果表明,色谱柱长度对峰容量有显著的影响,而延长梯度洗脱时间不仅可以增加峰容量,而且可以增加峰宽。这说明用毛细管液相色谱 串联质谱联用方法对多肽混合物进行分离鉴定时,采用较长的色谱柱和较长的梯度洗脱时间有利于对更多的多肽进行分析鉴定。

液相色谱-质谱联用方法用于严重急性呼吸系统综合症冠状病毒结构蛋白质的研究

通过高效液相反相色谱、毛细管反相色谱 -串联质谱联用方法对SARS病毒攻击细胞的研究 ,鉴定出了N、S和M 3种SARS结构蛋白质 ,并准确测定了N蛋白质的分子量。由分子量结果和生物信息学推断的N蛋白质的理论分子量比较 ,可以确定N蛋白质不存在常见的磷酸化修饰和糖基化修饰或含量很低。进一步的研究表明 :N蛋白质可能存在降解现象 ,其降解机理尚需探索。另外 ,通过对样品直接酶切后进行两维毛细管分离和串联质谱鉴定与对样品先进行分离 ,然后再进行毛细管反相分离 串联质谱鉴定方法比较 ,表明两种方法在蛋白质组学研究中各具优缺点 。

酶切过程中肽段过烷基化对蛋白质定性和定量分析的影响

蛋白质的还原-烷基化是蛋白质酶切中的重要步骤,常用的烷基化试剂是碘乙酰胺(IAA),但是IAA除了和半胱氨酸发生反应,也可能和其他多种氨基酸发生副反应。我们模拟常规的酶切条件,系统地研究了蛋白质真实酶切时所有酶切肽段发生烷基化的情况。结果表明,多种氨基酸可以发生烷基化,其趋势为:半胱氨酸>肽段N端氨基酸>天冬氨酸>谷氨酸>组氨酸>天冬酰胺>赖氨酸>酪氨酸,同时也发现同一肽段上的氨基酸烷基化具有排他性和聚集性。根据定性结果,采用质谱多反应监测(MRM)技术对多个肽段进行了定量分析,评估了过烷基化对蛋白质定量分析的影响。该研究结果表明,过量的烷基化修饰对蛋白质的定性与定量分析都可能产生较大影响。在蛋白质组学研究的样本处理流程中,应避免样本的过烷基化。

完整糖肽质谱解析的研究进展

糖基化是一种普遍存在并且具有重要生物学功能的蛋白质翻译后修饰,与疾病发生、诊断、预后和治疗有密切的关系。基于生物质谱的糖蛋白质结构解析技术迅速发展,其中,将糖链与蛋白质分解开,分别进行糖基化位点的确认、肽段序列分析及糖链结构分析的技术已经趋于成熟。但对于涉及蛋白质与糖链之间连接方式的质谱解析却面临很多困难和挑战。本研究着重于位点特异性完整糖肽的质谱解析技术,确定了该领域的主要研究方向,从质谱技术的离子源、质量分析器、碎裂方式,以及质谱数据解析等方面对近年来完整糖肽的质谱分析技术的发展进行综述。

亚细胞蛋白质组学技术分析MG132诱导HL-60细胞G_2/M期阻滞的分子机制

背景与目的:蛋白酶体抑制剂能够诱导多种肿瘤细胞凋亡,是一种有应用前景的抗肿瘤制剂。本研究通过对蛋白酶体抑制剂——MG132诱导G2/M期阻滞的HL-60细胞核蛋白进行蛋白质组学分析,探索参与HL-60细胞G2/M期阻滞调控的相关蛋白。方法:流式细胞术分析MG132处理的HL-60细胞周期,选取合适的时间点,提取细胞核,光镜和Westernblot检测细胞核纯度,裂解制样,通过二维电泳和MALDI-TOF-TOF串联质谱分析,鉴定表达显著差异的细胞核蛋白。结果:HL-60细胞在被2.5μmol/LMG132诱导凋亡之前8h,有明显的G2/M期阻滞发生;提取阻滞发生时和阻滞发生前的HL-60细胞核蛋白,二维电泳分析获得23个差异表达的蛋白点,质谱鉴定了8个核蛋白。结论:质谱鉴定的eIF5A、mRNA前体剪接因子等蛋白可能参与HL-60细胞的G2/M周期阻滞调控,为研究蛋白酶体抑制剂诱导白血病细胞周期阻滞及凋亡的分子机制提供了一些线索。

亲水相互作用色谱结合串联质谱多重碎裂模式在完整糖肽研究中的应用

蛋白质的糖基化修饰在生理及病理过程中发挥着重要作用。由于技术条件的限制,传统的糖蛋白分析方法中,通常分别鉴定蛋白质和糖链两者的结构,而忽略了蛋白质与糖链的连接关系。本研究旨在以完整糖肽作为检测对象,对糖肽中肽段序列和糖链结构的同步解析。采用亲水相互作用色谱对完整糖肽进行分离纯化,联合生物质谱中碰撞诱导解离(CID)、高能诱导解离(HCD)、电子转移解离(ETD)等裂解模式,对完整糖肽的糖基化位点、糖链结构、肽段序列等进行全方面的解析。结果表明,亲水相互作用色谱中样品与填料比1∶50可有效富集糖肽,采用30%CID能量,主要产生糖苷键断裂的碎片,为糖链的结构组成分析提供了线索;采用25%HCD能量,在低分子量区域提供了糖链的特征离子信息,并产生明确的糖肽Y1特征离子;ETD保留了完整的修饰基团而产生肽段骨架的断裂,可以提供有效的肽段序列信息。本研究结合亲水相互作用色谱与质谱仪中的多种碎裂方式,为完整糖肽的结构解析提供了一种快速、有效的研究方案。

利用亲水富集策略分析人血浆中N-糖基化蛋白及N-糖类型

蛋白质的N-糖基化是最重要的翻译后修饰之一,许多已知的血浆肿瘤诊断标志物及治疗靶标都是N-糖基化蛋白。针对血浆的糖蛋白质组研究有利于发现新的蛋白标志物。然而,血浆蛋白质浓度分布的动态范围非常宽,且同一位点上的糖链存在微观不均一性,影响了血浆中糖蛋白的鉴定效率。本文利用亲水材料ZIC-HILIC制备亲水富集柱分别对人血浆中的N-糖链和N-糖肽进行富集,并结合碱性反相色谱进行肽段的预分离和高准确度质谱分析,最终在健康人的血浆中鉴定到了299个糖基化蛋白、637个糖基化位点,并识别出31种不同的糖型。在这些鉴定到的糖基化位点中,新发现有107个N-糖基化位点(占总位点数的16.8%)。本方法操作简单,可以有效富集N-糖肽和N-糖,为在血浆中寻找糖蛋白和糖链生物标志物提供了可靠的手段。

运用蛋白质组学技术研究EB病毒诱导鼻咽癌细胞CNE2表达变化的蛋白质

【目的】寻找并鉴定CNE2细胞在EB病毒感染后表达发生变化的功能蛋白质,为阐明该病毒诱导鼻咽上皮细胞发生生物学变化的作用机制提供线索。【方法】分别从EB病毒感染后的CNE2细胞和未经感染的CNE2细胞中抽提总蛋白质,通过双向电泳分离。运用软件比较分析上述两组的蛋白质表达图谱,寻找表达有差异的蛋白质点。从凝胶上切下差异蛋白质点,通过基质辅助激光解吸/离子化飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)鉴定。【结果】图像分析显示,EB病毒感染后的CNE2细胞和未经感染的CNE2细胞之间存在一些明显差异的蛋白质点。通过MALDI-TOF-MS成功地鉴定了其中4个蛋白质点,EB病毒感染CNE2细胞后蛋白质GRP78和硫氧还蛋白过氧化物酶1表达上调,蛋白质肌动蛋白胞浆组分2和蛋白酶体ι链表达下调。【结论】EB病毒感染鼻咽上皮细胞后引起生物学变化的分子机制可能包括:①诱导细胞大量合成蛋白质以促进增生,同时上调蛋白质GRP78的表达而抗凋亡;②提高细胞内氧化状态而诱导蛋白质硫氧还蛋白过氧化物酶1的表达,并可能通过该蛋白质调控NF-κB和AP-1来影响细胞生长。

蛋白质组技术的研究进展

基因组学的研究已从结构基因组学转移到功能基因组学上来.以大规模分析蛋白质作为其主要内容的蛋白质组是功能基因组学研究的一个主要内容.综述了蛋白质组研究所使用的主要技术,包括:二维凝胶电泳技术、质谱技术、蛋白质芯片技术、蛋白质复合物纯化技术、酵母双杂交技术、嗜菌体显示技术.

双向电泳和肽质量指纹谱技术鉴定支气管上皮细胞恶性转化相关蛋白质ANX1-human

采用 2 - D PAGE及质谱技术对α粒子照射诱发人支气管上皮恶性转化细胞的不同阶段进行了比较蛋白组分析与鉴定 .2 - D电泳后在分子量 1 4.4～ 94k D,等电点 3～ 1 0范围内分离出约 1 1 0 0个不同蛋白质斑点 .对等电点约 7,分子量约 40 k D的蛋白质点进行了质谱分析 .鉴定出分子量为38.58k D、等电点 6.64的蛋白质 ANX1 - human(脂皮质蛋白 ,lipocortin ) ,并且发现该蛋白质在BEP2 D细胞恶性转化过程的不同时期存在差异表达 .提示蛋白质 ANX1 - human参与了支气管上皮细胞恶性转化过程 ,与细胞恶性转化相关 .

Smad3基因剔除致骨关节炎小鼠血清蛋白质组双向凝胶电泳分析

Smad3基因剔除导致小鼠骨关节炎。为了进一步深入研究Smad3基因缺失导致骨关节炎形成的分子机制 ,寻找骨关节炎发生早期的分子变化。用双向电泳技术结合肽质量指纹谱技术对Smad3基因剔除小鼠和野生型小鼠血清蛋白质组进行了初步分析。对其中 7个表达差异蛋白质进行了鉴定 ,并探讨了所鉴定蛋白质与骨关节炎发生的关系。为揭示SMAD3介导的TGF β信号在骨骼发育中的重要作用提供了线索。