細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)分析新方法

【資料簡介】

                                                           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，雖然這種想法有時候看起來會便于理解。每一個細(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，人們試圖完整地將各單個細(xì)胞器官類型分離開來并對它們的蛋白質(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號入座。Mann及其同事對小鼠肝臟提取物進(jìn)行PCP實驗，所獲得的數(shù)據(jù)足以使將近500個蛋白質(zhì)與0個細(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)的臨時組裝這些目標(biāo)，也被證明是有用的。

有時候，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，他們對小鼠不同組織中這些細(xì)胞器官的差異性進(jìn)行了對比研究。這項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)，因為我們僅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，目的是實施他們自己的細(xì)胞器官豐富度研究，而且重點放在膜蛋白的鑒定方面。他們在多次實驗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)過對在各種細(xì)胞組分中的蛋白質(zhì)組成進(jìn)行仔細(xì)的計算分析后，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)鍵在于所使用的實驗設(shè)備。“我們使用的實驗設(shè)備是非常新的，”他說，“因此，我們能夠得到更為的實驗數(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，每個實驗室將擁有一臺。我們現(xiàn)在顯得有些豪華、、、、、、因為擁有這樣的一臺儀器。”這三個研究者都認(rèn)為，這是一個當(dāng)今快速發(fā)展的領(lǐng)域。“我認(rèn)為，目前是一個研究細(xì)胞器官蛋白質(zhì)組學(xué)的激動時刻，” 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來回答。這些迷亂在過去是被忽略的，因為我們那時候并沒有這些工具。”

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，包括強有力的計算工具用來zui大化地開發(fā)這些數(shù)據(jù)的價值。Mann把這種工作看作是一個起點，以便回答有關(guān)細(xì)胞動力學(xué)的更多的有趣問題。“比如說，如果你知道了胰島素信號，那如何將信號導(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重要步驟。“我認(rèn)為，我們正要把它推進(jìn)到下一個水平，”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，我們將會有一些關(guān)于翻譯階段之后進(jìn)行修飾的整體感覺。”