质谱非标记定量分析小麦抗条锈病近等基因系蛋白质变化

利用基于液相色谱串联Orbitrap质谱(Q Exactive)的非标定量(Label-free)技术,对小麦抗病单基因近等基因系Taichung29*6/Yr10和背景品种Taichung29叶片的蛋白质表达进行了比较分析。经MASCOT软件搜库,在两个样品中共同鉴定到2 257个蛋白,其中有准确定量信息的蛋白共1 549个,含量变化大于2倍的差异蛋白有102个。对102个差异表达蛋白进行了Gene Ontology(GO)功能注释和分析,发现他们多数定位于细胞基质和核糖体等细胞器,具备结合、催化等功能,主要参与代谢、细胞过程、应激等生物学进程,其中超氧化物歧化酶、甲硫氨酰氨肽酶、溶酶体-β-葡萄糖苷酶和铁蛋白等可能与小麦抗病单基因近等基因系Taichung 29*6/Yr10的抗病性有一定相关性。     

稳定同位素化学标记结合质谱技术在定量蛋白质组学中的应用

传统的蛋白质组定量策略主要是通过双向凝胶电泳来进行相对定量。由于该方法不能对相对分子质量极高或极低、等电点极酸或极碱和含量低的蛋白质以及膜蛋白质等进行有效分离和检测,所以已不能适应目前蛋白质组研究深入发展的需要。近年来,定量蛋白质组学的发展主要是以同位素亲和标签试剂为代表的、以质谱检测为核心的稳定同位素化学标记方法。稳定同位素化学标记结合质谱技术,使定量蛋白质组的分析更趋简单、准确和快速,具有良好的发展前景。本文对稳定同位素化学标记结合质谱技术在定量蛋白质组学中的研究进展进行了评述。     

基于数据非依赖采集的蛋白质组质谱数据解析方法研究进展

数据非依赖采集（DIA）是蛋白质组学领域近年来快速发展的质谱采集技术,其通过无偏碎裂隔离窗口内的所有母离子采集二级谱图,理论上可实现蛋白质样品的深度覆盖,同时具有高通量、高重现性和高灵敏度的优点。现有的DIA数据采集方法可以分为全窗口碎裂方法、隔离窗口序列碎裂方法和四维DIA数据采集方法（4D-DIA）3大类。针对DIA数据的不同特点,主要数据解析方法包括谱库搜索方法、蛋白质序列库直接搜索方法、伪二级谱图鉴定方法和从头测序方法4大类。解析得到的肽段鉴定结果需要进行可信度评估,包括使用机器学习方法的重排序和对报告结果集合的假发现率估计两个步骤,实现对数据解析结果的质控。本文对DIA数据的采集方法、数据解析方法及软件和鉴定结果可信度评估方法进行了整理和综述,并展望了未来的发展方向。     

基于质谱技术的蛋白质组定量方法

对不同状态下的蛋白质在表达和修饰水平上进行精确定量,对于探索蛋白质的生物功能、发现疾病的生物标志物都具有重要意义,也是当前蛋白质组学的一个重要研究前沿。近年来,各种蛋白质组定量的新技术和新方法不断涌现,但仍面临着巨大挑战。本文就基于质谱技术的多种蛋白质组定量方法的基本原理、近几年的研究进展和应用进行评述。     

基于液相色谱质谱联用的蛋白质组非标记定量研究策略的建立及应用

定量蛋白质组研究是蛋白质组研究的热点和难点,而液相色谱质谱技术已经被广泛地应用于蛋白质的定性和定量研究.该研究建立和优化了一种基于液相色谱质谱联用技术的蛋白质组非标记定量方法,并对两种肽段质谱检测计数的归一化算法进行了比较,结果发现ASC法要优于Rsc法.最后,将建立的方法应用于肝癌细胞模型HepG2和HepG2-HBx细胞系的差异蛋白质组表达研究.质谱鉴定结果用聚类分析软件cluster3.0进行分析,最后鉴定出107个重叠蛋白,其中9个蛋白质表达上调(Ratio>1.75),6个蛋白质表达下调(Ratio<0.5),这些蛋白质均与肝癌发生和恶化密切相关.结果表明,该技术操作简单、方便,具有较高的灵敏度和动态范围,利用该方法进行差异蛋白质组研究和发现生物标志物在理论和临床上具有十分重要的意义.     

血浆蛋白质组——人类蛋白质组计划的“探路者”

概述了血浆蛋白的研究现状、难点和策略.血浆是血液中无形的液体成分,是一种十分复杂和多样化的基质,包含数百万种蛋白质和小分子多肽、盐、类脂、氨基酸和糖等.血浆蛋白参与机体免疫、凝血-抗凝血、物质运输、营养和对生长信号调节等多种重要的生理功能.人体器官的病理变化可导致血浆蛋白在结构和数量上的改变,这种特征性的变化对疾病诊断和疗效监测具有十分重要的意义.然而,迄今为止人类对血浆蛋白的了解还十分有限,只有很少一部分血浆蛋白被用于常规的临床诊断.全面而系统地认识健康和疾病状态下血液循环中血浆蛋白的性质,会极大地加速对具有疾病诊断和治疗监测作用的血浆标志蛋白的研发.国际人类蛋白质组组织于2002年首先选择了血浆蛋白质组作为人类蛋白质组首期执行计划之一,其初期目标是：a.比较各种蛋白质组分析技术平台的优点和局限性;b.用这些技术平台分析人类血浆和血清的参考样本;c.建立人类血浆蛋白质组知识库.     

羧肽酶Y标记蛋白质羧基端方法的优化及应用

蛋白质水解是一种重要的翻译后修饰,它在许多生化过程 (如细胞凋亡和肿瘤细胞转移等) 中起着极其重要的作用。鉴定蛋白质水解位点可以进一步加深我们对这些生化过程的认识。尽管蛋白质氨基端标记方法和蛋白质组学在复杂生物体系中鉴定获得了许多蛋白质的水解位点,但这种方法存在固有的缺陷。羧基端标记方法是另一种可行的鉴定蛋白质水解位点的方法。本文优化了蛋白质羧基端生物酶标记方法,提高了亲和标记效率,从而可以更好地利用正向分离方法对蛋白质羧基端多肽进行分离并用质谱鉴定。我们用优化后的羧基端标记方法来标记大肠杆菌Escherichia coli复杂蛋白样品后鉴定到了120多个蛋白质羧基端多肽和内切多肽。在其所鉴定的蛋白质水解位点中,我们发现了许多已知和未知的位点,这些新的水解位点有可能在正常生化过程的调控发挥着重要的作用。该研究提供了一个可以与蛋白质氨基端组学互为补充、可在复杂体系中鉴定蛋白质水解的方法。     

生物大分子的非放射性标记

无论是克隆植物基因还是研究基因表达都离不开探针的标记和检测。历来所用的放射性同位素标记方法存在一些缺点。一是要预防核辐射对人体的损伤,操作不方便;二是为防止污染环境,必须谨慎地处置放射性废弃物;三是放射性标记的探针使用时间短,例如最常用的~(32)P半衰期仅14.3天,标记的探针要随时标记随时使用,放置不用则放射性随时间指数下降。为     

小鼠饲养过程中蛋白质组的整体重稳定性同位素标记

文中探讨了稳定同位素代谢标记(SILAC)定量技术在哺乳动物模型上的应用,建立了可用于疾病模型比较蛋白质组学研究的定量内标。用含1%13C6-Lysine的SILAC鼠粮饲养C57BL/6J雌性小鼠,记为F0代,通过与雄性小鼠交配繁殖出F1代,相同方法繁殖出F2代标记小鼠。分离F2代小鼠的大脑、肺脏、心脏、胃、小肠、肝脏、脾脏、肾脏和肌肉组织,提取各组织的全蛋白,进行蛋白酶Lys-C酶切,利用高效液相色谱串联质谱联用技术(LC-MS/MS)进行鉴定和定量分析。对蛋白质定量结果进行高斯拟合确定均值及标准差,得出不同脏器和小鼠整体的标记效率,肝脏的标记效率最高,为96.34%±0.90%;大脑标记效率最低,为92.62%±1.98%,小鼠整体标记效率为95.80%±0.64%,符合SILAC标记效率不低于95%的国际标准。成功地将SILAC方法从微生物和细胞系水平拓展到哺乳动物模型,这为基于动物模型研究疾病发生、发展机制提供了有力工具。     

蛋白质质谱数据缺失值填补方法的比较与评估

基于质谱数据的蛋白质定量分析一直是目前高通量蛋白质组学的重要研究手段.但是基于现有质谱技术的限制,大规模蛋白质定量过程中往往会产生大量的缺失值,这在一定程度上影响了下游分析的准确性.尽管很多缺失值填补方法被不断提出,但是蛋白质组学领域对于不同情况下缺失值填补方法效力的综合评估仍然缺乏.本研究基于真实数据的分布特征,构建...     

蛋白质质谱分析的无标记定量算法研究进展

作为发现疾病相关生物标志物的重要途径,定量研究已成为蛋白质组学的热点问题.随着实验方法的发展和改进,定量数据处理算法也在不断更新和完善.将现有的无标记定量方法归纳为需要/不需要鉴定结果两类方法,分析比较了两类方法的异同及优缺点,详细讨论了所涉及的主要算法,总结了一些常用的无标记定量软件及对应的网络资源.展望了无标记定量数据分析的未来研究方向.     

Deciphering preferential interactions within supramolecular protein complexes: the proteasome case

In eukaryotic cells, intracellular protein breakdown is mainly performed by the ubiquitin–proteasome system. Proteasomes are supramolecular protein complexes formed by the association of multiple sub-complexes and interacting proteins. Therefore, they exhibit a very high heterogeneity whose function is still not well understood. Here, using a newly developed method based on the combination of affinity purification and protein correlation profiling associated with high-resolution mass spectrometry, we comprehensively characterized proteasome heterogeneity and identified previously unknown preferential associations within proteasome sub-complexes. In particular, we showed for the first time that the two main proteasome subtypes, standard proteasome and immunoproteasome, interact with a different subset of important regulators. This trend was observed in very diverse human cell types and was confirmed by changing the relative proportions of both 20S proteasome forms using interferon-γ. The new method developed here constitutes an innovative and powerful strategy that could be broadly applied for unraveling the dynamic and heterogeneous nature of other biologically relevant supramolecular protein complexes.     

基于质谱的定量蛋白质组学策略和方法研究进展

定量蛋白质组学已经成为组学领域研究的热点之一.相关实验技术和计算方法的不断创新极大地促进了定量蛋白质组学的飞速发展.常用的定量蛋白质组学策略按照是否需要稳定同位素标记可以分为无标定量和有标定量两大类.每类策略又产生了众多定量方法和工具,它们一方面推动了定量蛋白质组学的深入发展;另一方面,也在实验策略与技术的发展过程中不断更新.因此对这些定量实验策略和方法进行系统总结和归纳将有助于定量蛋白质组学的研究.本文主要从方法学角度全面归纳了目前定量蛋白质组学研究的相关策略和算法,详述了无标定量和有标定量的具体算法流程并比较了各自特点,还对以研究蛋白质绝对丰度为目标的绝对定量算法进行了总结,列举了常用的定量软件和工具,最后概述了定量结果的质量控制方法,对定量蛋白质组学方法发展的前景进行了展望.     

蛋白质组学技术在网络药理学中的应用

蛋白质组学发展至今已日趋成熟,在生物医药相关领域研究中的应用显著增加,与之相关的样品制备技术、蛋白定量方法及先进的质谱仪器也得到了快速发展。网络药理学是近年来提出的新药发现新策略,是药理学的新兴分支学科,它从整体的角度探索药物与疾病的关联性,发现药物靶标,指导新药研发。将蛋白质组学技术应用于网络药理学研究,能使研究人员系统地预测和解释药物的作用,加速药物靶点的确认,从而设计多靶点药物或药物组合。综述了蛋白质组学技术的新近研究进展,并简单概述了其在网络药理学中的应用。     

定量蛋白质组同位素标记技术及应用

定量蛋白质组学是对蛋白质组进行精确的定量和鉴定的学科,突破了传统蛋白质组研究集中于对蛋白质的分离和鉴定,着重于定性定量解析细胞蛋白质的动态变化信息,更真实地反映了细胞功能、过程机制等综合信息。以同位素为内标的质谱分析新技术的提出,显示出可同时自动鉴定和精确定量的能力,代表了目前定量蛋白质组研究的主要发展方向。对近年来定量蛋白质组学同位素标记技术和应用研究所取得的重要进展以及最新的发展动态进行了综述。     

Orbitrap Exploris 480质谱在定量蛋白质组学应用中的优化和评测

基于数据依赖的扫描模式(data-dependent acquisition, DDA)和数据非依赖的扫描模式(data-independent acquisition,DIA)的非标记定量(label-free quantitative,LFQ)和同位素标记TMT (tandem mass tag)定量是蛋白质组学定量中较常见的技术.本文利用最新的Orbitrap Exploris 480质谱,优化了DDA、FAIMS DDA、FAIMS DIA的非标记定量方法以及TMT定量策略的关键质谱参数,并将其应用在人细胞蛋白质组、单细胞蛋白质组、血浆蛋白质组和酵母蛋白质组分析.结果表明,在DDA实验中,设置碰撞能量为27、二级谱图的分辨率为15 K、最大离子注入时间为22 ms是最佳的参数组合.针对极微量样品200 pg～5 ng,可以根据样品量相应设置最佳的质谱参数.使用200 pg和500 pg的HeLa细胞样品,分别鉴定到1 259和1 725个蛋白质,从而实现了单细胞蛋白质组学的深度覆盖.在FAIMS DDA实验中,60 min或90 min梯度时选择CV-45V的补偿电压,120 ...     

The methods of quantitative proteomics

In modern science proteomic analysis is inseparable from other fields of systemic biology. Possessing huge resources quantitative proteomics operates colossal information on molecular mechanisms of life. Advances in proteomics help researchers to solve complex problems of cell signaling, posttranslational modification, structure and funciotnal homology of proteins, molecular diagnostics etc. More than 40 various methods have been developed in proteomics for quantitative analysis of proteins. Although each method is unique and has certain advantages and disadvantages all these use various isotope labels (tags). In this review we will consider the most popular and effective methods employing both chemical modifications of proteins and also metabolic and enzymatic methods of isotope labeling.