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[分子生物]

蛋白研究系列专题1-蛋白解析

梦见宾 发表于 2017-2-24 14:25 |查看: 56406|回复: 0|显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 梦见宾 于 2017-3-29 11:31 编辑

  “读”,在字典里的意思是识取、读取,放在蛋白研究中可以理解为对生物样本中未知单一蛋白或复杂蛋白的筛选、鉴定或者定量检测。

  自2003年4月14日人类基因组计划(HGP)宣告完成以来,基因组研究取得了举世瞩目的成就。基因组学虽然在基因活性和疾病的相关性方面为人类提供了有力证据,但实际上绝大多数疾病并不是因为基因序列改变所造成。并且,基因的表达方式错综复杂,同样的基因在不同条件下、不同生理期可能发挥着完全不同的功能,许多生物学问题仅从基因组水平来研究远远不够,需要对生命活动的直接执行者——蛋白质进行更深入的研究。

  蛋白质组(proteome)一词是澳大利亚科学家Williams和Wilkins于1994年首先提出的,它是指基因组表达的所有相应蛋白质的集合,即细胞、组织或机体全部蛋白质的存在及其活动方式。相比较基因组,蛋白质组是一个动态的概念,其更容易受到环境因素的影响而发生动态变化。因此,通过监测蛋白质组的变化更容易找到与疾病状态和细胞生理病理过程相关的分子机理或可诊断疾病的分子标志物。

  蛋白质组学是指利用各种技术手段来研究蛋白质组的一门新学科,本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征,包括蛋白质的表达水平、翻译后的修饰、蛋白与蛋白相互作用等,由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代谢等过程的整体且全面的认识。

  随着LC-MS-MS技术的迅猛发展,一篇2014年发表在nature上的文章展示了人类第一个蛋白质组草图,拥有17,294个蛋白,这也代表蛋白质组学在人体高通量的研究一个里程碑式的进展。但是,目前仅仅是初步鉴定了这些蛋白,至于其功能等细致性工作仅仅是冰山一角,要“读懂”蛋白质,我们还有很长的路要走。

目前,利用蛋白质组学技术,我们可以解决如下问题:

1、单一蛋白鉴定
  单个蛋白质身份鉴定是生物化学领域常见的问题,目前有两大方法论:Edman降解法和质谱法。质谱法又细分为两类:MALDI-TOF和LC-MS/MS,主流文献中的方法都是LC-MS/MS,LC-MS/MS具有更高的灵敏度和几乎100%的可靠性,且具有MALDI-TOF不可比拟的从单一蛋白质胶带中准确鉴定出多个蛋白质组分的能力,也是目前使用最广泛的蛋白质组学手段。

2、蛋白质组全谱鉴定
  蛋白质组学的核心内容之一就是蛋白质鉴定,如2014年Nature发表的人类蛋白质组草图。传统的方法如蛋白质微量测序、氨基酸组成分析(如Edman降解法)费时费力、通量低,存在不容易实现规模化和自动化,结果灵敏度差等问题。当前主流的基于软电离技术的液相色谱-质谱系统(LC-MS/MS)是实现高通量蛋白鉴定的主要方法。

3、蛋白质定量
  从生命活动的直接执行者——蛋白质的角度研究生命现象和规律(特别是疾病防治和病理研究)已成为研究生命科学的主要手段。而这些研究往往离不开对细胞、组织或器官中含有蛋白质种类和表达量的研究。对处不同时期、不同条件下蛋白质表达水平变化的研究,寻找生物标志物,这些研究都需要对蛋白质进行鉴定和定量。生物质谱技术的出现和不断成熟为蛋白质差异表达分析提供了更可靠、动态范围更广的研究手段。当前,基于质谱技术的定量技术主要有iTRAQ、SWATH、SILAC和Label-free。

4、蛋白质相互作用
  蛋白质很少单独发挥作用,在所有生物功能中,蛋白质复合物的功能占主导地位。在所有细胞中,蛋白质是最重要的组成部分,并且在大多数细胞功能中蛋白质间的相互作用是最基本的活动。如基因转录、细胞周期调控、信号转导和调控等一些基本过程都依赖于正常功能的蛋白质复合物。干扰蛋白质的合成或者扰乱蛋白复合物的组装经常会导致细胞功能的紊乱,并且最终引发疾病。因此,在疾病病理生理学研究方面,蛋白质之间相互作用的透彻研究已变得非常重要,由此也可以找到新的药物作用靶细胞。通过液质联用技术(LC-MS/MS)对IP、Co-IP、Pull-down等纯化样本中的蛋白混合物进行鉴定,可同时鉴定目的蛋白及其相互作用蛋白,从而构建与目的蛋白的蛋白质相互作用谱。

5、蛋白质翻译后修饰
  越来越多的研究发现,许多重要的生命活动、疾病发生不仅与蛋白质的丰度相关,更重要的是被各类蛋白质翻译后修饰(PTMs)所调控。因此深入研究蛋白质翻译后修饰对揭示生命活动的机理、筛选疾病的临床标志物、鉴定药物靶点等方面都具有重要意义。如今,蛋白修饰已经成为国际上蛋白质研究的一个极其重要的领域,目前研究比较成熟的有磷酸化、乙酰化、糖基化、泛素化等。利用高质量的蛋白质修饰类抗体和富集材料,将修饰肽段富集,然后通过LC-MS/MS系统和高级生物信息学分析,即可实现修饰底物的高通量鉴定和修饰的动态定量。

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