简化蛋白质组学:第 1 部分


Claire S 发布于 2015 年 11 月 23 日 03:00:00

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完成人基因组的测序后,是时候卷起袖子着手解决另一项艰巨任务了,即解密复杂的蛋白质组。蛋白质组学的时代、所有经表达的蛋白的功能研究也就应运而生了。这一任务特别复杂,因为不像在每个细胞中都基本保持稳态的人基因组,蛋白质组在肝细胞和脑细胞、健康细胞和癌细胞,甚至在不同发育阶段的个体细胞中都各不相同。为应对这一挑战,建立了人蛋白质组项目。其使命旨在根据人体的分子结构来生成蛋白谱,进而检测所有人基因。这样的话,该项目将成为一种资源,以帮助阐明基因的生物学和分子功能,并促成先进的疾病诊断和治疗方法。

约 20,000 种检测的基因已被翻译为多达上百万种蛋白形式,或蛋白变体。那么,为什么基因数量和蛋白变体的数量之间有如此巨大的差异呢?启动子和基因选择性剪切会在一定程度上增大蛋白质组学的复杂性,但其在很大程度上是由蛋白翻译后修饰 (PTM) 所导致的。PTM 是共价修饰,包括向特定氨基酸以及溶蛋白性裂解物加入磷酰基、乙酰基、甲基、泛素基或其他基团。这些修饰是蛋白活性、亚细胞定位、降解和蛋白间相互作用所必需的。了解 PTM 在疾病状态中的作用,对检测生物标记物和开发疗法都至关重要。

质谱法 (MS) 是一种高敏感技术,大规模地用来研究某种样品中的蛋白及其 PTM。质谱法技术的进展对蛋白质组学起到了推动作用。最成熟且应用最广的策略称为“自下而上”的蛋白质组学方法,其中,采用蛋白酶(通常为胰蛋白酶)将细胞/组织样品消化为短肽,然后再进行 MS 检测。随后,根据肽信息推断蛋白变体的特征。“自下而上”的蛋白质组学方法是在进行质谱分析前不消化样品,这种策略的使用并不是非常广泛,但在临床研究中有潜在应用,因为可以从天然蛋白(降解产物、序列变异和 PTM 组合)的分析中获取其他信息。

MS 有很多不同的类型。用于蛋白质组学方法的一种常见类型是液相色谱串联质谱 (MS) 或 LC-MS/MS。在 LC-MS 中,消化的肽在加入质谱仪前用高效液相色谱法进行分离。这个仪器可以用来收集完整肽 (MS1) 及其肽片段(MS2 或 MS/MS) 极为准确的质荷比测量值。这些质荷比测量值与一个包含所有蛋白的数据库相匹配,可用来检测这种肽。

基于质谱法的蛋白质组学方法是一种强大工具,可用于检测磷酸化、泛素化和乙酰化等的新底物,检测和验证药物靶标,发现生物标记物,阐明药物脱靶效应,并探讨药物/化学调节剂的作用机制。

下次,我们将介绍两种自下而上、检测和定量复杂生物样品中的 PTM 的方法。你可能还想观看“简化蛋白质组学”网络研讨会,你可以点击前述链接观看。 

 

需要一种参考工具来显示每种氨基酸被哪种 PTM 修饰?下载我们的“氨基酸翻译后修饰”海报。 

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