細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)分析新方法
生物細(xì)胞絕不僅僅簡單地是由一堆蛋白質(zhì)組成的，雖然這種想法有時(shí)候看起來會(huì)便于理解。每一個(gè)細(xì)胞由幾十種功能各異的結(jié)構(gòu)單元組成，而且廣為人知的是，高爾基體、線粒體和其它種類的細(xì)胞器官，每一種都具有*的蛋白質(zhì)組構(gòu)成特征。但是，直到近來，人們?cè)噲D完整地將各單個(gè)細(xì)胞器官類型分離開來并對(duì)它們的蛋白質(zhì)組成進(jìn)行分析的嘗試，并沒有獲得*的成功。
為了提高對(duì)細(xì)胞器官的分析效果，德國馬普研究所的研究人員Matthias Mann及其同事開發(fā)出了一種稱為蛋白相互關(guān)系分析法（PCP）的新技術(shù)。利用這種技術(shù)，研究者把根據(jù)成份分離細(xì)胞提取物獲得的質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)與那些已知的定位于特定細(xì)胞器官的蛋白質(zhì)相對(duì)比，從而使得研究者能有把握地把細(xì)胞器官與特定的片段對(duì)號(hào)入座。Mann及其同事對(duì)小鼠肝臟提取物進(jìn)行PCP實(shí)驗(yàn)，所獲得的數(shù)據(jù)足以使將近500個(gè)蛋白質(zhì)與0個(gè)細(xì)胞器官起來。Mann領(lǐng)導(dǎo)的小組利用這些數(shù)據(jù)不僅僅推進(jìn)了有關(guān)繪制更為完善的細(xì)胞蛋白質(zhì)組圖的工作，而且，對(duì)于特定細(xì)胞器官順式元件的初步鑒定和協(xié)同基因網(wǎng)絡(luò)的臨時(shí)組裝這些目標(biāo)，也被證明是有用的。

有時(shí)候，將細(xì)胞蛋白質(zhì)組分割成不同的單元進(jìn)行研究，也應(yīng)該是一種講究實(shí)效的策略。“我們將其碎片化以便豐富我們的細(xì)胞器官供應(yīng)，從某種程度上講，就是突破質(zhì)譜技術(shù)中的技術(shù)局限，”加拿大多倫多大學(xué)的Andrew Emili解釋說：“利用這些天然提取物，我們將很可能只需鑒定數(shù)量更少的蛋白質(zhì)。”Emili和他的同事利用梯度分析法，分離出了四種不同的細(xì)胞單元，包括細(xì)胞溶質(zhì)、質(zhì)膜、細(xì)胞核和線粒體；接著，他們對(duì)小鼠不同組織中這些細(xì)胞器官的差異性進(jìn)行了對(duì)比研究。這項(xiàng)研究獲得了特定組織和細(xì)胞器官中的將近5000種不同蛋白的數(shù)據(jù)，將蛋白質(zhì)組學(xué)特征和微陣列芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，在mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平之間存在著一種令人驚奇的密切關(guān)系。

英國劍橋大學(xué)的Kathryn Lilley在她的有關(guān)擬南芥蛋白質(zhì)組學(xué)的zui初研究中，也面臨著和Emili類似的問題。“我們一次又一次地碰到這些同樣的蛋白質(zhì)，因?yàn)槲覀儍H僅是從這些豐富的胞質(zhì)蛋白質(zhì)中取樣的，” Lilley解釋說。她及其同事利用一種稱為LOPIT的同位素標(biāo)記技術(shù)，將細(xì)胞器官中的蛋白質(zhì)進(jìn)行定位化，目的是實(shí)施他們自己的細(xì)胞器官豐富度研究，而且重點(diǎn)放在膜蛋白的鑒定方面。他們?cè)诙啻螌?shí)驗(yàn)中始終如一地測定大約700種的蛋白質(zhì)，其中的60%是*的膜蛋白，多于75%的蛋白質(zhì)經(jīng)過對(duì)在各種細(xì)胞組分中的蛋白質(zhì)組成進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算分析后，可以肯定地和一種特定的細(xì)胞器官起來。

過去，技術(shù)局限已經(jīng)給這類研究放置了一個(gè)嚴(yán)重障礙。Mann根據(jù)自己的研究，認(rèn)為在很大程度上決定數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵在于所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。“我們使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是非常新的，”他說，“因此，我們能夠得到更為的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。” Emili表示贊同，“如果按照我自己的方式，質(zhì)譜儀就應(yīng)該像PCR一樣流行，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室將擁有一臺(tái)。我們現(xiàn)在顯得有些豪華、、、、、、因?yàn)閾碛羞@樣的一臺(tái)儀器。”這三個(gè)研究者都認(rèn)為，這是一個(gè)當(dāng)今快速發(fā)展的領(lǐng)域。“我認(rèn)為，目前是一個(gè)研究細(xì)胞器官蛋白質(zhì)組學(xué)的激動(dòng)時(shí)刻，” Lilley說。“有很多很多不同的生物學(xué)問題，需要像蛋白質(zhì)在哪里、它們流通到哪里等這類知識(shí)來回答。這些迷亂在過去是被忽略的，因?yàn)槲覀兡菚r(shí)候并沒有這些工具。”

編排性的細(xì)胞器官蛋白質(zhì)組索引要求付出更多的努力，包括強(qiáng)有力的計(jì)算工具用來zui大化地開發(fā)這些數(shù)據(jù)的價(jià)值。Mann把這種工作看作是一個(gè)起點(diǎn)，以便回答有關(guān)細(xì)胞動(dòng)力學(xué)的更多的有趣問題。“比如說，如果你知道了胰島素信號(hào)，那如何將信號(hào)導(dǎo)入到線粒體中呢？” 他推論說：“我認(rèn)為，在這些功能方向中，將有更多的事情可做，而不僅僅是企圖建立一個(gè)目錄索引的問題。” Emili也將這種簡化論式的蛋白質(zhì)組學(xué)的興旺發(fā)展，看作是在理解蛋白質(zhì)組織和行為的過程中的一個(gè)重要步驟。“我認(rèn)為，我們正要把它推進(jìn)到下一個(gè)水平，”他說。“至于這一領(lǐng)域的未來走向，我認(rèn)為，在5年中，我們不僅要檢測在各種器官、細(xì)胞類型和組織中蛋白質(zhì)的水平，而且，我們也將知道，它們和誰有關(guān)系，我們將會(huì)有一些關(guān)于翻譯階段之后進(jìn)行修飾的整體感覺。”