西北大學(xué)開發(fā)新繪制大規(guī)模完整蛋白圖譜

隨著人類基因序列的完成，蛋白質(zhì)組學(xué)熱浪掀起了后基因組時代的序幕。蛋白質(zhì)組學(xué)是以蛋白質(zhì)組為研究對象的新研究領(lǐng)域，主要研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的組成及其活動規(guī)律，建立完整的蛋白質(zhì)文庫。蛋白質(zhì)組學(xué)與基因組學(xué)同等重要，甚至更為重要，因為基因的重要作用終是由蛋白質(zhì)來體現(xiàn)。后基因時代科學(xué)家們志在盤點(diǎn)人類蛋白質(zhì)組內(nèi)所有的蛋白質(zhì)，研究其生理功能。然而由于人體存在的20300個基因，編碼著數(shù)百萬種不同的蛋白質(zhì)分子，其復(fù)雜性使得目前全面繪制人類蛋白質(zhì)組圖譜成為了一項非常艱巨的任務(wù)。

　　近日由美國伊利諾大學(xué)和西北大學(xué)化學(xué)生物學(xué)家NeilKelleher領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組開發(fā)了一項新技術(shù)，利用這一技術(shù)研究人員快速分離和鑒別了數(shù)千個完整的蛋白質(zhì)分子。這一研究發(fā)現(xiàn)對推動科學(xué)家們解析疾病機(jī)制，實現(xiàn)早期診斷疾病及靶向性治療具有重要的意義。這一研究成果于10月30日在線發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上。

　　蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)是氨基酸序列，通過鑒定氨基酸序列來匹配它的蛋白質(zhì)，這是定性研究，是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在蛋白質(zhì)組學(xué)研究已達(dá)到的基本研究手段是：以生物質(zhì)譜技術(shù)為核心，對蛋白質(zhì)進(jìn)行大規(guī)模、高通量分離、鑒定和分析。以生物質(zhì)譜為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法主要有Bottom-up和Top-down兩種方法。

　　Bottom-up(自下而上)是一種傳統(tǒng)的手段，它將蛋白質(zhì)的大片段混合物消化/酶解成小片段的肽后再進(jìn)行分析，是在蛋白質(zhì)組學(xué)的研究中較為廣泛使用的一種質(zhì)譜技術(shù)。然而由于選擇性剪接、各種蛋白質(zhì)修飾(例如乙?；图谆?以及內(nèi)源性蛋白質(zhì)裂解等復(fù)雜機(jī)制的存在，使得細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生了復(fù)雜的蛋白異構(gòu)體及種類。Bottom-up無法完整準(zhǔn)確地鑒定這些蛋白的特征。

　　Top-down(自上而下)技術(shù)雖可以直接對完整的蛋白——包括翻譯后修飾蛋白以及其它一些大片段蛋白測序，然而由于不能將完整蛋白質(zhì)片段分離技術(shù)與串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)相整合而無法開展大規(guī)模的蛋白質(zhì)組研究。

　　在這篇文章中，研究人員開發(fā)出了一個新型的四維分離系統(tǒng)(four-dimensionalseparationsystem)，利用它鑒別了人類細(xì)胞中1043個基因編碼，在經(jīng)過翻譯后修飾(PTEM)、RNA剪接和蛋白質(zhì)水解作用后生成的3000多種蛋白質(zhì)。這一系統(tǒng)將蛋白質(zhì)的分離效率及蛋白質(zhì)組的覆蓋率提高了20倍，從而鑒別出了105kDa大小，包含11個跨膜螺旋的蛋白。此外，還檢測出了許多從前難以發(fā)現(xiàn)的內(nèi)源性人類蛋白異構(gòu)體。結(jié)合新的Swiss-Prot數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，研究人員揭示出了個別基因和全部蛋白質(zhì)分子之間的相互關(guān)系。

　　“分析細(xì)胞中表達(dá)的全部蛋白質(zhì)對于蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域來說是一個重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，”美國國立衛(wèi)生研究所下屬國家常規(guī)醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所蛋白質(zhì)組研究基金負(fù)責(zé)人CharlesEdmonds說：“Kelleher博士及同事利用多重分離與質(zhì)譜分析法相結(jié)合的新技術(shù)將蛋白質(zhì)組的覆蓋率提高了超過一個數(shù)量級，這標(biāo)志蛋白質(zhì)組學(xué)研究一個新的開端。”