蛋白质质谱分析的无标记定量算法研究进展

作为发现疾病相关生物标志物的重要途径,定量研究已成为蛋白质组学的热点问题.随着实验方法的发展和改进,定量数据处理算法也在不断更新和完善.将现有的无标记定量方法归纳为需要/不需要鉴定结果两类方法,分析比较了两类方法的异同及优缺点,详细讨论了所涉及的主要算法,总结了一些常用的无标记定量软件及对应的网络资源.展望了无标记定量数据分析的未来研究方向.

用EM算法改进鸟枪法蛋白质鉴定中的无标记定量方法

蛋白质定量是探索疾病发生发展状况和寻找新药靶标的重要手段。在shotgun蛋白组学中,目前常用定量方法包括综合同位素标记后的质谱峰强度方法和无标记定量方法。根据数据类型无标记定量方法可以分为两类:基于鉴定蛋白的质谱数的方法和基于质谱峰强度的方法。本研究主要用EM算法改进基于鉴定蛋白质谱数的定量方法,并用免疫印迹实验获得的酵母全蛋白的丰度来验证EM算法改进后定量的有效性结果表明,改进后的质谱数和蛋白丰度的相关性比改进前有一定的提高。同时,利用这些数据对主要的几种基于鉴定蛋白的质谱数的模型进行了比较,发现PAI模型最好,SpS模型次之,emPAI模型最不适合于蛋白质定量。

无标记定量方法在小鼠精子发生相关蛋白质组学研究中的应用

目的:利用无标记定量蛋白质组学技术筛选在3周龄及成年小鼠睾丸中差异表达的蛋白质。方法:分别抽提3周龄及成年小鼠睾丸蛋白,酶解后所得肽段经纳升液相色谱分离,并经LTQ Obitrap质谱鉴定,在获得蛋白鉴定信息的同时根据相应肽段离子质谱峰强度对蛋白进行相对定量。结果:在3周龄及成年小鼠睾丸中共鉴定到非冗余蛋白319种,其中30种蛋白在两者之间存在显著的表达差异,这些蛋白主要参与形态发生、收缩、胞吞、受精等细胞事件,与精子变形过程及精子功能相关。结论:无标记定量蛋白质组学技术,具有方法简便、通量大、成本低廉等优点,利用其寻找睾丸发育,精子发生/功能相关蛋白具有广阔的前景。

定量蛋白质组学无标记定量方法的研究进展

依靠质谱技术的蛋白质组学快速发展,寻求速度快、重复性好以及准确度高的定量方法是该领域的一项艰巨任务,定量蛋白质组学分支领域应运而生.其中,无标记定量方法以其样品制备简单、耗材费用低廉以及结果数据分析便捷等优点渐露锋芒.无标记定量方法通常分为信号强度法和谱图计数法两大类.本文在这两种无标记定量方法计算原理的基础上,针对各种常用的无标记定量方法及最新进展做一个较为全面的介绍,并将详细讨论两类方法的异同点,以及目前蛋白质组学中无标记定量方法所面临的主要挑战,希望能为这一领域的研究人员在选择无标记定量方法时提供一个合理的参考.

蛋白质组学研究中的无标记定量方法

蛋白质定量是探索疾病发生发展状况和寻找新药靶标的重要手段.该领域最常用的技术是比较染色后的二维凝胶上蛋白点的光密度值或综合同位素标记后的质谱峰强度方法.但此二者的样品处理方法都比较麻烦,不利于进行大规模蛋白质组的定量研究.最近几年出现了利用质谱数据进行无标记定量的方法,根据数据类型这些方法可以分为2类基于鉴定蛋白的肽段数的方法和基于质谱峰强度的方法,在高通量大规模蛋白组定量研究中有很大优势.本综述主要介绍了这2类无标记定量方法的模型及优缺点,并比较了2类方法的灵敏度和准确度.肽段计数方法在检测蛋白丰度变化时更灵敏,而峰面积强度在评估蛋白比率时更准确.

人血清内源性多肽无标记定量分析新策略

多肽组学(Pepti domics)以其在疾病标志物发现中所起的重要作用正受到越来越多的关注.然而,目前尚缺少针对多肽组学的高效定量方法.本文建立了一种基于纳升液相色谱与四极杆飞行时间质谱联用(μLC-Q-TOF-MS/MS)系统的色谱峰面积无标记多肽定量方法.该方法首先对两组样品中的多肽进行相对定量,然后选取相对量大于2或小于0.5的多肽,用纳升液相色谱与串联二级质谱(μLC-MS/MS)的选择性数据依赖模式(DDA)进行序列鉴定.将不同量标准样品牛血清白蛋白(BSA)酶解液加入到相同量的正常人血清样品中,然后用该方法进行定量分析,得到的定量结果平均相对偏差为6.42%.该方法分别被用于健康人血清与肝细胞癌(HCC)以及乳腺癌病人血清中内源性多肽的定量比较分析,并成功鉴定了血清中一些与HCC和乳腺癌相关的内源性多肽.由于Q-TOF-MS/MS的高分辨率和宽质量检测范围,价态高达+5和分子量超过4000的多肽也可被可靠地进行定性和定量分析.实验结果进一步表明在多肽组学分析中μLC-Q-TOF-MS/MS比传统的MALDI-TOF-MS具有更高的检测灵敏度.

无标记定量蛋白质组学分析AMACR过表达对肝癌细胞生物学行为的影响

研究α-甲酰基辅酶A消旋酶(AMACR)过表达对肝癌细胞生物学行为的影响及其分子机制.首先建立AMACR稳定过表达细胞株,然后提取AMACR过表达细胞株的全蛋白,进行无标记定量蛋白质组学研究,最后对鉴定结果进行生物信息学分析和结果验证,共筛选出138种差异表达蛋白.这些差异表达蛋白主要参与代谢加工、细胞加工等,证明AMACR的过表达对于肝癌细胞的生物学行为影响巨大.IPA分析发现,这些差异表达蛋白主要参与了ERK1/2信号通路和NF-κB信号通路.以上结果说明,AMACR的过表达通过调节ERK1/2和NF-κB信号通路等手段改变肝癌细胞的生物学行为.

高分辨飞行时间质谱在蛋白质组学相对定量分析中的应用

利用Triple TOF 5600高分辨质谱仪分析牛血清白蛋白等3种蛋白质标准品,研究了质谱离子强度与蛋白质样品相对含量的相关性。蛋白质标准品用胰酶酶切后,稀释成1~1024 fmol/7μL的系列溶液,考察在1~1024 fmol上样量情况下,肽段的前体离子计数（cps）、蛋白质全部肽段的离子计数之和以及被检出肽段数目与上样量的相关性,以及相同样品在3次平行实验之间这些数值的变化幅度。结果表明。被检出肽段数目与上样量正相关,当cps超过1000时,所有肽段离子强度之和与上样量呈线性关系,但是用最灵敏肽段的离子强度表示更为准确。3次测量同一肽段的最高离子强度通常不会超过最低强度的1.5倍,提示当不同样品中同一蛋白的离子强度相差3倍以上是判断不同样品中相同蛋白质的含量具有差异的可靠阈值。本研究提供了一种利用高分辨率和高扫描速度蛋白质组组学定性数据进行半定量分析的方法,简便、快速,可为相关生物学和医学研究提供参考。

毛细管反相液相色谱-串联质谱用于肽的鉴定和相对定量分析

建立了一种基于毛细管反相液相色谱-串联质谱联用技术和质谱峰强度数据处理的肽段鉴定和相对定量分析方法。该方法无需对样品中的肽进行化学标记,在对样品进行反相色谱分离和串联质谱分析后,将二级质谱扫描数据进行蛋白质数据库搜索,获得所鉴定肽段的序列、保留时间、质荷比、带电荷数等定性信息;再以此为定位依据,在全扫描质谱数据中提取该肽段对应的离子峰并以该离子峰的峰强度作为定量信息,从而实现对不同样品中的共有肽段进行差异比较分析。以标准蛋白酶解混合肽段为实验对象,以肽段相对强度的相对标准偏差为指标,考察了该方法用于肽段相对定量分析的重现性、检测动态范围以及浓度标准曲线等,为将该方法用于生物样品中内源性肽的差异分析奠定了基础。

基于SPR技术定量检测肾透明细胞癌组织中NHERF3蛋白水平

目的建立基于表面等离子共振(SPR)技术定量检测肾透明细胞癌组织中钠氢交换调控因子NHERF3蛋白水平的方法。方法将抗NHERF3抗体固定在CM5芯片,将重组NHERF3蛋白(0.78-50 nmol/L)和牛血清白蛋白BSA(3.125-100μmol/L)依次注入芯片表面,通过Biacore分析软件计算NHERF3与其抗体的亲和力。将NHERF3蛋白(0.0625-8μg/ml)依次注入高水平固定抗NHERF3抗体的芯片表面,用结合反应值通过非线性回归法建立NHERF3的标准曲线。将NHERF3蛋白稀释至8μg/ml,重复进样50次,检测方法的可重复性。将20对肾癌和癌旁组织蛋白提取液作为分析物,根据反应值计算NHERF3的浓度并比较肾癌和癌旁组织之间的差异。结果抗NHERF3抗体与NHERF3之间可以发生特异性强相互作用(K D=19.7 nmol/L)。该NHERF3定量检测方法的检测限(LOD)和定量限(LOQ)分别为8.12 ng/ml和27.07 ng/ml;50次重复检测的变异系数(CV)为4.25%。肾透明细胞癌组织中NHERF3蛋白的表达水平明显低于癌旁组织[(36.4±54.38)ng/μl vs(155.1±60.47)ng/μl,P<0.001]。结论基于SPR的定量检测方法适用于高通量检测肾透明细胞癌组织中NHERF3的蛋白表达水平。

中国境内4种常见蛇毒的蛋白质组学研究

目的研究中华眼镜蛇毒、尖吻蝮蛇毒、银环蛇毒和金环蛇毒的蛋白构成。方法采用鸟枪蛋白质组学策略结合无标记定量方法检测4种蛇毒的蛋白种类及丰度。结果金属蛋白酶Aculysin-2、金属蛋白酶前体H4、心脏毒素1e、磷脂酶B81b、Thaicobrin、乙酰胆碱酯酶在多种毒液中均被检出,可能成为影响免疫鉴定方法准确度的因素。结论揭示不同蛇毒的蛋白构成的异同可以为蛇伤鉴定方法的开发与蛇伤救治提供基础。

基于质谱检测转基因生物外源蛋白质的消化稳定性

基于无标记定量质谱检测技术建立了一种新的转基因生物外源蛋白质消化稳定性评价方法。以牛β-乳球蛋白、牛血清白蛋白和大豆胰蛋白酶抑制剂为标准蛋白质,经模拟人体胃/肠消化液消化后进行凝胶电泳分离,切取目标蛋白质条带进行酶切,提取肽段进行纳升液相色谱-电喷雾串联质谱分析。基于Mascot数据库检索鉴定目标蛋白质。计算各消化时间点蛋白质匹配肽段数与消化前蛋白质匹配肽段数的比值,当比值≤0.50时判断为目标蛋白质在该时间段内已消化。将此方法应用于转基因抗虫水稻"华恢1号"外源蛋白Cry1Ab/1Ac的消化稳定性分析,结果显示在模拟胃液中消化2 min时,比值下降到0.50以下,在模拟肠液中消化15 s后比值下降到0.50以下,表明该蛋白在胃/肠消化液中具有消化不稳定性。

应用于无标记质谱定量分析的生物信息学软件研究进展

在过去的10年间,伴随着蛋白质组学定量质谱实验技术的发展,产生了大量相应的数据处理手段。本文阐述了定量质谱的主要实验手段及其原理,介绍了不同无标记质谱数据分析软件的特点及其用途,并列举已有的常用定量质谱数据分析软件类型。本综述对研究人员更好地寻找适合实验目的的计算机软件以及编写新型数据分析软件具有一定的参考价值。

金属硫蛋白-1G对肝癌细胞增殖的影响

目的探讨金属硫蛋白-1G(MT1G)在肝细胞癌(HCC)恶化过程中发挥的调节作用及调节机制。方法利用无标记定量蛋白质组学技术比较MT1G过表达与参照细胞株之间蛋白质组差异;利用细胞计数试剂盒(CCK-8)、胸腺嘧啶核苷类似物染色试剂盒(EDU法)观察细胞表型变化;利用蛋白质印迹法(Western blot)检测相关信号通路关键因子表达量变化。样本间的比较采用t检验进行统计分析。结果首先成功构建出MT1G过表达细胞株。经质谱(MS)鉴定结果表明与参照细胞比共有182种蛋白在MT1G过表达细胞中出现表达量差异有统计学意义(阈值≥5.0倍或≤0.2倍,且P<0.05)。GO分析显示这些差异表达蛋白(DEPs)可能参与细胞周期调控和磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B(PI3K-Akt)信号通路。定量聚合酶链反应(PCR)验证表明与参照细胞比,MT1G在MT1G过表达细胞中上调表达,差异均有统计学意义(294.9±33.3)倍(t=8.837,P<0.01);吡多醛激酶(PDXK)上调表达(34.02±2.59)倍(t=13.148,P<0.01);UBX结构域蛋白7(UBXN)上调表达(19.08±0.47)倍(t=40.652,P<0.01);跨膜蛋白9家族成员4(TM9S4)上调(8.91±0.43)倍(t=20.485,P<0.01),这些结果与MS鉴定结果趋势一致,差异均有统计学意义。CCK-8和EDU染色结果揭示MT1G过表达可以显著抑制HCC细胞的增殖,而这种抑制作用是通过抑制Akt和雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的磷酸化实现的。结论MT1G通过调节PI3K-Akt信号通路活性抑制肝细胞癌细胞的增殖。