我国蛋白质组学研究现状及展望

蛋白质组学是系统研究分子机器、亚细胞器、细胞、组织、器官乃至整体等生物体系内蛋白质全组成及其活动规律的科学,已成为21世纪生命科学的焦点之一。本文简要介绍了蛋白质组学研究背景,我国蛋白质组学研究现状、存在问题和前景展望。

蛋白质组学中质谱数据标准研究进展

质谱分析是蛋白质组学的一项支撑技术。质谱数据处理过程具有多策略、多处理步骤、多种处理软件的特点,数据处理过程中数据格式不统一的问题给数据交换和整合带来了一定的困难,也给质谱分析平台和质谱数据库的建设带来了挑战。研究质谱数据分析中的质谱数据标准,不仅可以系统地梳理归纳目前分析方法中需要使用的全部数据信息,而且有利于质谱数据分析平台的建设。本文介绍了近几年制定的一些质谱数据标准,总结这些标准各自的特点、不足及应用情况,并展望质谱数据标准可能的发展方向。

蛋白质组学研究中傅立叶变换离子回旋共振质谱数据采集方法的比较

探讨了线性离子阱-傅立叶变换离子回旋共振质谱(LTQ-FT)的数据采集模式对蛋白质组鉴定结果的影响,比较和分析了针对不同复杂程度样本的最佳采集模式。对于α-乳清蛋白4种标准蛋白质酶切肽段混合物的简单体系,在傅立叶变换离子回旋共振腔中选3个最强母离子进行选择离子监测扫描后,再实施二级碎裂的方法(SIM3)得到的肽段覆盖率,分别是直接选10个最强母离子进行二级碎裂(FT10)方法得到的肽段覆盖率的1.5～1.9倍。另外,对酵母蛋白酶切肽段混合物的复杂体系鉴定时,只采集双电荷和三电荷母离子进行二级扫描的方法(FT10_23)比单电荷、双电荷和三电荷都采集的方法(FT10_123)得到的图谱鉴定成功率提高64.1%。实验还对不同数据采集模式下图谱的特点进行了考察。本研究表明,针对不同复杂程度的样本,应采取不同的质谱数据采集方法。

开管毛细管色谱柱的制备及其在蛋白质组学研究中的应用进展

近年来随着生命科学等领域的深入发展,人们对微量样本分离分析的需求越来越高,液相色谱系统的微量化受到了更多的关注。由于开管毛细管色谱柱具有较低的反向压力,可通过采用更长的色谱柱提高柱效,从而实现对复杂生物样本的高效分离,因而成为液相色谱柱新的发展方向。本文对开管毛细管色谱柱的制备方法及应用进展进行了综述。

不同转移潜能的肝癌细胞系定量磷酸化蛋白质组学研究

目的研究具有不同侵袭转移能力的肝癌细胞系的磷酸化蛋白质组的动态变化。方法首先用含有重稳定同位素标记的精氨酸和赖氨酸的培养基对MHCC97-L进行重稳定同位素标记氨基酸的细胞培养(SILAC);用含有轻稳定同位素标记的精氨酸和赖氨酸的培养基对MHCC97-H进行SILAC标记。将完成标记的两种肝癌细胞系的蛋白质按照1∶1混合,并用trypsin进行溶液消化;对消化得到的肽段进行除盐,并通过固相金属离子亲和色谱(IMAC)的方法进行磷酸化肽段的富集。磷酸化肽段通过质谱进行检测,并通过MaxQuant进行鉴定和定量。最后通过Z检验进行统计学分析,并对差异调控的磷酸化肽对应的蛋白质进行基因本体(GO)分析和STRING网络分析。结果最终鉴定了918个磷酸化肽段,其中806个磷酸化肽段的磷酸化位点可以定位和定量。通过Z检验,共得到了91个磷酸化修饰水平发生变化的肽段,对应25个磷酸化蛋白质。通过对这25个蛋白质进行GO分析发现,细胞骨架重塑过程中的蛋白质在MHCC97-L和MHCC97-H中磷酸化修饰形式严重失调。通过STRING分析发现,NES和PRKCA处于网络的重要节点位置。结论细胞骨架重塑这一生物学过程与肝癌侵袭转移能力密切相关;参与细胞骨架重塑的NES蛋白和参与MAPK信号通路和黏合斑信号通路的PRKCA蛋白磷酸化修饰水平的变化是影响低转移潜能MHCC97-L细胞向高转移潜能细胞MHCC97-H变化的重要调控机制。

蛋白质组技术在中药配伍药理学和毒理学机制研究中的应用

配伍用药是中药遣药组方、辨证施治的主要形式和应用特点。组方的宜忌多来自前人经验的总结,大多缺少相应的分子机制研究做配伍的理论支撑。作为规模化研究蛋白质的工具,蛋白质组技术可以从整体水平,较全面地呈现中药多种有效成分进入机体后发挥的多途径、多靶点调控过程,进而揭示中药配伍发挥宜忌作用的分子机制。本文对近年蛋白质组技术,包括双向电泳、荧光双向差异凝胶电泳技术和基于稳定同位素标记的相对和绝对定量技术在中药配伍宜忌和相应的药理毒理学机制研究中的应用进行综述,为进一步探讨中药配伍宜忌原理,更好地实现中药现代化和实际临床用药发展提供理论指导基础。

成熟前后水牛卵母细胞蛋白质组的初步研究

应用聚丙烯酰胺凝胶电泳联合反相液相色谱-串联质谱(RP-LC-MS/MS)蛋白质组学技术,研究GV期和MII期水牛卵母细胞蛋白质组,以期为揭示水牛卵母细胞体外成熟分子机理、筛选与卵母细胞成熟质量相关蛋白质奠定理论基础。从GV期和MII期水牛卵母细胞中分别鉴定到647和570种蛋白质(FDR<1%)。其中,鉴定相同蛋白质414种;GV期和MII期卵母细胞特有鉴定蛋白质分别为233种和156种。通过谱图计数法获得鉴定蛋白质的半定量信息,从GV期和MII期水牛卵母细胞中筛选到9种高丰度蛋白质。其中8种为相同蛋白质,包括穹窿体蛋白、谷胱苷肽S-转移酶M3、蛋白精氨酸脱亚氨酶6、过氧化物氧化还原酶2、二磷核苷酸激酶B、动力蛋白轻链1、醛糖还原酶、类甘油醛-3-三磷酸脱氢酶同源物2等。热激蛋白90α和谷胱甘肽S-转移酶P分别为GV期和MII期水牛卵母细胞特有的高丰度蛋白质,这些蛋白质可能与水牛卵母细胞成熟过程密切相关。GO(Gene Ontology)和KEGG分析显示,鉴定相同蛋白质主要集中在丙酮酸盐代谢、三羧酸循环(TCA)、糖酵解/糖原生成、磷酸戊糖途径等能量代谢通路,提示水牛卵母细胞成熟过程中可能需要维持高的能量代谢水平,以保证卵母细胞减数分裂的完成。GV期细胞特有鉴定蛋白质主要集中在氧化磷酸化、核糖体以及蛋白酶体等KEGG通路,表明GV期卵母细胞可能具有高的氧化磷酸化和蛋白合成水平,蛋白酶体在推动水牛卵母细胞成熟进程中可能发挥重要作用。MII期细胞特有鉴定蛋白质主要集中在DNA复制和氨基糖、核苷糖代谢等KEGG通路,提示水牛卵母细胞可能在为后续的受精过程和早期卵裂进行遗传物质的准备。综上表明,成熟前后水牛卵母细胞蛋白质表达模式,为进一步深入了解水牛卵母细胞成熟分子机理奠定理论基础。

目标-诱饵库搜索策略在蛋白质组质谱鉴定和质控中的应用及研究进展

基于串联质谱的蛋白质组研究会产生海量的质谱数据,这些数据通常使用数据库搜索引擎进行鉴定分析,并根据肽段谱图匹配(PSM)反推真实的样品蛋白质.对于高通量蛋白质组数据的处理,其鉴定结果的可信是后续分析应用的前提,因此对鉴定结果的质量控制尤为重要,而基于目标-诱饵库(target-decoy)搜索策略的质量控制是目前应用最为广泛的方法.本文首先介绍了基于目标-诱饵库搜索策略搜库和质量控制的实施流程,然后综述了基于目标-诱饵库搜索策略的质量控制工具,并提出了目标-诱饵库搜索策略的不足及改善方法,最后对目标-诱饵库搜索策略进行了总结与展望.

基于质谱的磷酸化蛋白质组学:富集、检测、鉴定和定量

磷酸化是一种调控生命活动的重要翻译后修饰,调控生物的生长发育、信号转导、以及疾病的发生发展.从上世纪80年代开始,质谱应用于蛋白质磷酸化的检测中,极大地推动了磷酸化蛋白质组学的发展.质谱检测拥有高灵敏度、高通量的特点,更重要的是具有位点分辨率,因此基于质谱的磷酸化蛋白质组检测方法得到不断的发展和推广.常见的磷酸化蛋白质组研究,首先对磷酸化肽段进行富集,然后进行串联质谱分析,最后通过搜索引擎对修饰位点进行鉴定和定量.本文从这个三个基本方面,对磷酸化蛋白质组研究进行综述,并对未来研究发展方向进行讨论.

藜芦人参配伍对大鼠肝功能及肝组织蛋白质表达的影响

目的利用差异蛋白质组技术,探讨藜芦人参配伍对肝功能及蛋白质表达的影响。方法大鼠雌雄各半,ig给予藜芦0.27 g·kg-1、藜芦0.09 g·kg-1+人参0.24 g·kg-1、藜芦0.27 g·kg-1+人参0.71 g·kg-1、藜芦0.81 g·kg-1+人参2.13 g·kg-1,每天1次,连续8周。收集血清及肝组织。采用全自动生化仪测定谷草转氨酶(GOT)、谷丙转氨酶(GPT)的水平,并对肝组织进行常规HE染色观察组织病理变化。通过差异凝胶电泳技术(DIGE)分离大鼠肝组织总蛋白,基质辅助激光解吸电离时间飞行串联质谱及数据库查询鉴定差异表达蛋白质。结果血生化指标检测结果表明,只有藜芦0.81 g·kg-1+人参2.13 g·kg-1检测到GOT没有升高的趋势;而GPT明显升高(P<0.05)。病理学结果显示,正常对照、藜芦0.27 g·kg-1、藜芦0.09 g·kg-1+人参0.24 g·kg-1及藜芦0.27 g·kg-1+人参0.71 g·kg-1组大鼠肝组织无明显病理变化;藜芦0.81 g·kg-1+人参2.13 g·kg-1有2例(8.7%)样本分别出现肝窦扩张淤血及淋巴细胞浸润的病理改变。藜芦人参合用前后大鼠肝组织差异蛋白质经DIGE进行分离后,成功获得了分辨率高、重复性好的双向凝胶电泳图谱;经DeCyder6.5软件分析获得差异>1.5倍的蛋白质点共30个;质谱鉴定去冗余后得到4种差异蛋白质,其中二硫键异构酶A3前体和碳酸酐酶Ⅲ明显降低;谷氨酸脱氢酶1及氨甲酰磷酸合成酶1明显升高。结论藜芦0.81 g·kg-1和人参2.13 g·kg-1合用可能影响大鼠肝内与pH自稳、蛋白折叠及氨基酸代谢相关酶的表达。

蛋白质泛素化修饰的生物信息学研究进展

泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin-proteasome system,UPS）介导了真核生物80%~85%的蛋白质降解,该蛋白质降解途径具有依赖ATP、高效、高度选择性的特点。除参与蛋白质降解之外,泛素化修饰还可以直接影响蛋白质的活性和定位。由于泛素化修饰底物蛋白在细胞中的广泛存在,泛素化修饰可以调控包括细胞周期、细胞凋亡、转录调控、DNA损伤修复以及免疫应答等在内的多种细胞活动。近年来,泛素-蛋白酶体系统相关的蛋白质组学数据不断产出,有效地管理、组织并合理分析这些数据显得尤为必要。文章综述了当前世界范围内针对蛋白质泛素化修饰展开的生物信息学研究,总结了前人的工作结果,包括UPS相关蛋白质数据的收录、泛素化修饰网络的构建和分析、泛素化修饰位点的预测及泛素化修饰motif的研究等方面内容,并对该领域未来的发展方向进行了讨论。

新型亲水聚合物修饰硅胶颗粒固定化酶的制备及在蛋白质组鉴定中的应用

采用原子转移自由基聚合法制备了亲水聚合物修饰的硅胶颗粒作为一种新型固定化酶载体,在实现胰蛋白酶高密度固定的同时,显著降低了载体材料非特异性吸附导致的样品损失。因此,该固定化酶材料兼具高酶解效率和高回收率的特性。以标准蛋白质牛血清白蛋白(BSA)为样本,使用该固定化酶1 min即可完成酶解,鉴定到肽段对BSA的氨基酸序列覆盖率可达90%以上。该固定化酶材料成功应用于酵母菌全蛋白质复杂样本的酶解,从3min酶解产物中鉴定到666个蛋白质,超过同样条件下溶液酶解12 h的鉴定结果。

一种基于iSRM策略的蛋白质组质谱数据分析工具

由于重复性好、定量精度高,基于质谱的选择反应监测(SRM)技术在蛋白质定量分析中的应用越来越广泛。智能选择反应监测(iSRM)是一种新型的SRM实验策略。针对该策略产生的质谱数据,开发了一个肽段定量信息提取工具——iSQuant。该工具使用MATLAB脚本语言编写,简便易用。利用重复实验数据和标准实验数据对iSQuant的性能评估表明,iSQuant具有优越的可重复性能,定量结果和理论丰度线性度很高。

应用8标iTRAQ技术结合2D LC-MS/MS分析大鼠再生肝的差异蛋白质组

首次应用8标iTRAQ(Isobaric tags for relative and absolute quantitation)技术结合2D LC-MS/MS(Two-dimensional liquid chromatography-tandem mass spectrometry),以部分肝切除的大鼠为模型,全面分析了再生早期(6、12 h)、中期(24、48 h)和晚期(72、120 h)肝脏蛋白质的表达差异。共鉴定357种蛋白质,6个时间点共有60种蛋白质的表达量与对照组(手术切下的正常肝组织)有显著差异。其中,ADH1(Alcohol dehy-drogenase 1)和PRDX1(Peroxiredoxin 1)等的表达变化趋势与已有报道相同,GO(Gene ontology)的蛋白质功能注释提示ADH1、CAT(Catalase)、ENO1(Enolase 1)和APOA1(Apolipoprotein A-Ⅰ)等可能通过影响细胞凋亡和能量供给等方式参与肝再生调控。聚类分析表明,术后12 h和24 h蛋白质的整体表达模式相似,6 h与此二者相近,48 h和72 h相似,而120 h与这些时间点相差最远。该研究验证了8标iTRAQ是并行处理多组样本的有效技术,适合于生理和病理过程多时间点蛋白质组的定量差异分析,可以监控关键分子的动态变化,更易发掘重要的调控靶点分子。该文为进一步探讨肝再生机理提供了有价值的线索。

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.

质谱智能选择反应监测用于蛋白质绝对定量中母子离子对确证的方法研究

质谱选择反应监测(SRM)技术在蛋白质绝对定量分析中的应用越来越广泛,其成功应用的关键是肽段母子离子对的正确选择与确证。触发采集二级图谱是目前常用的母子离子对确认方法,但分析效率有待于提高。质谱智能选择反应监测(iSRM)是新近发展的高通量分析方法。为了考察该方法用于通量化母子离子对确证时的效果,选用牛血清白蛋白(BSA)和酵母蛋白提取物作为样品进行分析。结果表明,该方法具有更高的分析灵敏度,可以对低至1 fmol BSA样品中的母子离子对进行确证,而且相对于触发采集二级图谱方法而言,具有更高的分析通量,为规模化母子离子对选择与确证提供了一种新的策略。

胍基化修饰结合稀土金属标记应用于蛋白质相对定量研究

稀土金属元素标记技术利用双功能试剂二乙三胺五乙酸双酸酐(DTPA双酸酐)将稀土金属元素和目标肽段连接起来作为质量标签,结合基质辅助激光解吸/电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)分析实现蛋白质的相对定量研究。为进一步提高标记效率,本研究对反应体系温度、pH值、反应时间和金属标签过量倍数等进行优化,并结合胍基化修饰技术封闭蛋白质酶切肽段中的侧链ε-氨基,使标记反应只发生在末端氨基,提高标记选择性。标准蛋白质实验结果表明,所有酶切肽段胍基化反应效率均大于95%,且胍基化修饰反应对金属标记效率没有影响。对于选定的7个标准蛋白质而言,每个蛋白质都至少有3个肽段可以得到良好的标记结果。对于离子抑制效应带来的干扰,可通过标准曲线进行校正,结果表明,当两种金属离子浓度比小于6时,该效应对蛋白质相对定量没有影响。胍基化修饰结合稀土金属标记方法不仅能在肽段水平实现相对定量,而且能在蛋白质水平实现相对定量。

基于高覆盖(磷酸化)蛋白质组对人胚胎干细胞干性维持调控网络的解析

目的:对人胚胎干细胞H9的(磷酸化)蛋白质组进行鉴定和深入分析,探讨维持人胚胎干细胞干性的核心调控网络。方法:利用新近发表的TAFT磷酸化肽段富集策略和高精度质谱鉴定技术,采用无标定量方法对H9细胞(磷酸化)蛋白进行定量分析;结合MOTIFX、iGPS、IPA等多种生物信息学分析软件,分析H9细胞的磷酸化基序-激酶、转录因子-靶基因调控网络。结果:获得了目前高度覆盖的H9细胞(磷酸化)蛋白质组数据集,鉴定到8674种蛋白质,其中3898种能够发生磷酸化修饰,包括13 676条磷酸化肽段,高可信度(class 1)磷酸化位点有11 870种。与已有的H9细胞磷酸化蛋白质组数据相比,其中2247种磷酸化蛋白质和10 025种磷酸化位点是本研究新鉴定到的。基于基序和激酶预测分析,推导出与干性维持相关的已知转录调节因子的新的磷酸化修饰基序以及调控其发生磷酸化的激酶。结合多能性转录因子对靶基因的调控信息,构建了多能性调控分子磷酸化修饰及其转录调控的核心网络。此外,还对特定位点的磷酸化修饰水平及其对应蛋白的总体丰度水平进行了比较及功能分析。基于各自的百分位数,比较磷酸化修饰水平与其对应蛋白的总体丰度,发现具有高丰度但低磷酸化修饰水平的蛋白倾向于参与物质转换或物质运输等生物过程,而低丰度但高磷酸化水平的蛋白质倾向于参与信息转导或调控过程。结论:提供了人胚胎干细胞H9高覆盖的(磷酸化)蛋白质组数据,这些数据有助于深入了解蛋白质磷酸化修饰在胚胎干细胞干性维持中所发挥的重要作用,为胚胎干细胞基础和应用研究提供了宝贵的数据资源。

烟草根系蛋白质双向电泳样品制备方法的比较

为探索适于烟草根系蛋白质组学研究的样品制备方法,以栽培品种K326生长期根系为材料,比较了常规裂解液法、TCA/丙酮沉淀法、Trizol抽提法和酚法等4种总蛋白质的提取方法。对制备的样品进行聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)及双向电泳(2-DE)检测。结果表明:酚法最佳,所获蛋白在单向SDS-PAGE中形成条带数目多而清晰;经双向电泳分离用银染显色,可检测约548个蛋白点,图谱分辨率较好,蛋白点清晰,主要集中在等电点pH5～8、相对分子量25.0～70.0kD,可有效解析烟草根系的蛋白质组。

全柱成像毛细管等电聚焦电泳分析蛋白质药物电荷异质性

评价了cIEF-WCID检测多肽与蛋白质药物等电点的应用效果。测定标准多肽的等电点,验证了cIEF-WCID具有高的准确度和良好的重复性(相对标准偏差<0.50%)。人血红蛋白的4种主要异构体实现了基线分离;甘赖胰岛素的重复测试均只检出单一特征峰(p I 5.95±0.01);比较重组人生长激素原液和成品,等电点特征峰比例差异明显,且成品有新特征峰出现;对比进口及国产贝伐单抗,发现厂家1、3与原研药基本一致,厂家1的主成分迁移规律与原研药高度一致,厂家2的重链C末端K缺失、N末端焦谷氨酸环化或脱酰胺修饰影响了电荷异质性;通过考察尿素浓度、电解质范围和聚焦时间,优化了检测重组人促卵泡素等电点条件:2 mol/L尿素,两性电解质pH 2.5~5.0与pH 3.0~10.0按1∶1混合,聚焦电压1 000 V(1 min)~1 800 V(4 min)~2 200 V(1 min)。cIEF-WCID可快速、准确测定具有电荷异质性的蛋白类药物等电点,分辨率和重复性好,尤其是可以跟踪聚焦过程中样本的迁移特征,特别适合蛋白类药物复杂电荷异质性的检测。