如何应用蛋白质组学原理与方法开展生物学基础与应用研究

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  蛋白质组学在基础和应用生物学中的应用
  
  Current Opinion in Biotechnology 2000,11:408-412
  
  在过去的一年里，随着双向电泳和质谱以及不同研究程序的核心技术的改进，蛋白质组学保持持续快速进步。注释充分的蛋白质组学库现在在一些领域出现了，为系统研究了一个平台，在临床应用诸如心血管和学中尤其有发展前途。大规模定量研究，在功能和敏感性上与基因表达所达到的相媲美，因而在蛋白质水平正变为现实。
  
  简介
  
  如果90年代是基因组的十年，新世纪的头十年正成为蛋白质组学的十年。蛋白质组学技术生成的定量表达第一次可以在规模和敏感性上与基因水平相媲美。这个进展对于我们理解健康和疾病的细胞组成结构以及对、农业生物技术有重要意义。确实蛋白质组学业已在大范围应用中产生了重要发现。这篇文章综述了蛋白质组研究中的新概念、革新技术以及生物应用。
  
  概念：结构对量化调节蛋白质组学
  
  蛋白质组学的最终目标不仅仅是将健康和疾病状态下细胞表达的蛋白质分类。最终目标是阐明细胞生命赖以进行的代谢、信号传导和调控网络的组织和动力学。另外，蛋白质组学寻求理解这些网络如何在疾病中失去功能以及如何通过干预诸如和基因作纵它们的功能。
  
  这些是模糊不清的目标，在它们能够充分实现之前需要敏感性增强的技术和新的概念，但是对调节网络作图和细胞状态诊断的任务在不断进展。在微生物中， VanBogelen等[1]已经识别了特殊细胞状态的蛋白质组信号，诸如分泌功能障碍和特殊磷来源的使用，并且目前正在结合基因组和蛋白质组方法试图作出完全的调节网络[2]。
  
  然而，大多数蛋白质组研究都指向具体生理状态下蛋白质表达和功能的更近期的目标。这里，两个对立但是互补的策略已经出现了。一个是"表达"或者"定量调节"蛋白质组学监控一个细胞或组织里大数量蛋白质的表达以及定量观察在不同环境下，诸如的存在或者在疾病组织里表达方式是如何改变的[3]。这使得它可能识别疾病特异性蛋白质、靶标和毒性与效力的标记物，以及通过识别表达进行协调改变的蛋白质。这是目前最广泛应用和有效的蛋白质组学模型，现在还主要依赖于双向电泳(2DE)。
  
  第二个策略被称为"细胞图谱"或者"结构"蛋白质组学[4]。这里，近期目标是识别蛋白质的结构，尤其是识别与其它蛋白质相互作用并形成复合体的蛋白质的结构。通过记录蛋白质的物理相互作用，尽管没有定量调节蛋白质组学的所集中的幅度，这个策略可能对特别通路的具体研究证明高度有效。尽管双杂交以及相关的分析[5]对特异蛋白质－蛋白质相互作用的识别是重要的，结构蛋白质组学的最重要的技术是质谱(MS)。
  
  技术：2DE和MS的改进
  
  定量调节和结构蛋白质组学的区分是有用的，然而必须强调大多蛋白质组项目结合两种方法并同时依赖2DE和MS。在过去的几年里这些核心技术已经看到了显著的进展。通过建立在zwitterionic去污剂[6]和有机溶剂[7]基础上的样品的持续进展，令人烦恼的用2DE分离高度憎水的膜蛋白质的问题有了逐渐的进展，但是仍然是一个重要和未解决的问题。从一个组织获得单一细胞类型样品的挑战通过使用一个激光捕获显微切割系统有所解决，一个组织样品附着在一个胶片上然后同样的兴趣细胞用一个激光束脱离下来[8]。
  
  蛋白质组学中MS的使用在功能和多样性方面已经有了一些显著改进而继续演进。一些研究组已经引入了新的蛋白质标记方法学改进MS的功能和敏感性[9,10]。Aebersold和合作者[10]已经发展了一个用同位素编的亲和标签(ICAT)标记肽的方法，它不仅支持复杂肽混合物的增强的分析也允许在蛋白质表达水平对差异的精确定量，这是MS为基础的蛋白质组学以前所没有的功能。MS与一个软件工具FindMod的配对增强了该方法识别转录后修饰的能力[11]。定性蛋白质复合体的技术也被引进，包括基于液相色谱/串联MS[12]的系统以及发展一个新的串联亲和纯化(TAP)标签从细胞样品快速纯化复合物[13]。其它样品处理方法的进展近来允许对分泌囊中的肽用MS直接进行分析，可望用同样的技术对其它细胞器进行分析[14]。
  
  当然通过结合2DE和MS为基础的方法蛋白质组学获得最低点的功能。一个代表性的结合例子是Hochstrasser研究组[15]所发展的系统，整个2DE凝胶进行原位消化，电转移到膜上并直接用MS扫描，生成注释的2D图谱。这样的发展在一些专业蛋白质组学公司已经开创，现在可以使得蛋白质组学在与项目本身复杂性相对应的规模上开展起来。

  浏览 373赞 155时间 2021-12-26