蛋白质组学中的分离检测技术

10多年来,随着基因组学研究取得的巨大成就,蛋白质组学的研究也得到了突飞猛进的发展,并产生了许多先进的分离检测技术,包括与电泳相关的和非电泳的技术。本就蛋白质组学中的分离检测技术,如双向电泳、差异凝胶电泳、毛细管电泳、液相色谱质谱联用、蛋白质芯片等作一综述。     

蛋白质组学在结核分枝杆菌研究中的应用

蛋白质组学是在基因组学基础上发展起来的新兴学科, 其基本技术包括样品制备、蛋白质分离和蛋白质鉴定分析, 其中的核心技术是双向凝胶电泳技术(2-Dimensional Electrophoresis, 2-DE)和质谱技术(Mass Spectrometry, MS)。近年来, 蛋白质组学技术已应用于结核分枝杆菌的研究领域。应用蛋白质组学技术分离、鉴定、检测结核分枝杆菌致病株的全菌蛋白及分泌蛋白, 分析其蛋白组成, 可深入解析结核分枝杆菌的致病机理和耐药机制。通过对结核分枝杆菌致病株抗原的分析, 为研制预防结核病的新型疫苗拓展了空间。通过对结核分枝杆菌临床分离株的蛋白组成分析还发现了一些有意义的结核病早期诊断标志物。蛋白质组学技术还应用于寻找新的药物靶标, 在研制和筛选新的抗结核药物等方面展示了一些有价值的研究成果, 为更好地开展结核病的预防、早期诊断及治疗打下了基础。     

亚细胞蛋白质组研究进展

运用蛋白质组学方法对亚细胞组分进行研究是目前的研究热点。传统的亚细胞分离技术结合质谱鉴定技术为亚细胞蛋白质组学的研究提供了技术平台。本文对快速发展的亚细胞蛋白质组研究进展及其所揭示的生物学意义进行了综述。     

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。     

蛋白质组学技术及其在药物成瘾研究中的应用

概述了蛋白质组学技术中分离、鉴定和定量方法及其在致瘾性药物(如酒精、烟碱、吗啡、可卡因和安非他命)研究中的应用。蛋白质组学技术是继后基因组学技术的一大重要突破。随着蛋白质分离、鉴定及定量技术的进步,尤其是覆盖范围广、分离效率高的液相色谱技术和高灵敏度质谱技术的发展,使得蛋白质组学越来越广泛地应用于药物成瘾研究,将有助于了解药物依赖过程中蛋白质的变化及其参与的生物过程和相关通路,理解药物成瘾的分子机制。     

胰蛋白酶镜像酶LysargiNase的开发及其在蛋白质组学研究中的应用

蛋白质组学是系统鉴定、定量蛋白质及其翻译后修饰形式,并研究这些蛋白质生物学功能的学科。目前,基于质谱的鸟枪法蛋白质组学技术是蛋白质组学研究的主要手段之一,其技术流程是先将蛋白质组样品经位点特异性蛋白酶消化形成肽组,再进行高效液相色谱分离和质谱检测。而位点特异性蛋白酶对蛋白质样品的消化是质谱检测的前提和基础。随着蛋白质组学研究的深入,多种位点特异性蛋白酶被先后开发利用;而切割发生在相应氨基酸的N端,与传统的C端蛋白酶互为镜像的蛋白酶的鉴定、开发、特性研究和广泛使用更是为蛋白质组学研究提供了新的工具。文中对最近发现的胰蛋白酶的镜像酶——赖氨酸精氨酸N端蛋白酶(LysargiNase)的特点及其应用进行综述,为国内外学者更加广泛的使用创造条件。     

蛋白质组学研究中的对角线电泳

经典的蛋白质组学研究方法包括IEF/SDS-PAGE双向电泳和质谱技术的联用,但由于IEF的一些不足,限制了其应用范围。对角线电泳是蛋白质组学研究中的一项特殊分离技术,由于其原理与IEF/SDS-PAGE不同,正逐渐成为蛋白质组学中电泳分离技术的重要补充,特别是在膜蛋白和蛋白质相互关系的研究中将起到重要作用。本文综述了对角线双向电泳技术的特点、发展和在蛋白质组学研究中的最新进展,比较了双向电泳和对角线电泳的优缺点,展望了对角线电泳在蛋白质组学研究中的应用前景。     

细胞质膜蛋白质组学

随着基于质谱的大规模蛋白质鉴定技术的建立,蛋白质组学得到迅速发展。同时由于质膜在细胞生命活动中的重要作用,质膜蛋白质组学逐渐兴起,并发展成为蛋白质组学研究中的重要组成部分。但由于膜蛋白尤其是内在膜蛋白的强疏水性、低丰度,造成蛋白质提取、分离和鉴定相对困难,使质膜蛋白质组成为蛋白质组研究中的一个技术难点。     

试论蛋白质组学的专利保护

蛋白质组学是后基因组时代的新兴学科,是当今生命科学领域新的增长点.蛋白质组学的研究为药物筛选、新药开发、临床诊断及新陈代谢途径研究等提供理论依据和研究基础.对蛋白质组学领域中涉及的蛋白质药物、数据库及检测分离设备等的专利保护现状和策略进行了初步探讨,并强调了加强我国蛋白质组学知识产权保护特别是专利保护的重要性.     

Phos-tag技术在磷酸化蛋白质组学中的应用

Phos-tag是新研制出的一种对磷酸基团具有特殊亲和力的化合物。由于其对磷酸化蛋白质具有高特异性、高亲和力等特点使其迅速在磷酸化蛋白质的检测、分离和纯化等方面得到广泛的应用。本文综述了Phos-tag的化学性质、原理及其近年来在磷酸化蛋白质组学中的应用,并与传统的磷酸化蛋白质组学研究技术做了比较,对未来磷酸化蛋白质组学的研究技术作了展望。     

HPLC techniques for proteomics analysis--a short overview of latest developments.

Due to the complex nature of the proteome, instrumentation and methods development for sample cleanup, fractionation, preconcentration, chromatographic separation and detection becomes urgent for the identification of peptides and proteins. Newly developed techniques and equipment for separation and detection, such as nano-HPLC and multidimensional HPLC for protein and peptide separation, enabled proteomics to experience dynamic growth during the past few years. In any proteomic analysis the most important and sometimes most difficult task is the separation of the complex mixture of proteins or peptides. This review describes some aspects and limitations of HPLC, both multidimensional and one-dimensional, in proteomics research without attempting to discuss all available HPLC methods, which would need far more space than available here.     

癌症差异蛋白质组学研究中样品分离和鉴定分析技术

随着人类基因组测序的完成,癌症研究的重点从基因组学转移到蛋白质组学研究中。癌症研究中的差异蛋白质组学技术也飞速发展,包括癌症样品制备、分离,蛋白质鉴定分析、蛋白质组定量研究和翻译后修饰研究等。这些技术极大地推动了与癌症相关的差异蛋白质组学研究,使蛋白质组学在癌症早期诊断、治疗,监测以及发现新药物治疗靶标方面发挥更大的作用。本文主要综述了近年来癌症差异蛋白质组学研究中样品分离和鉴定分析技术。     

蛋白质组学研究中的分离分析技术及其研究进展

在后基因组时代,蛋白质组学成为新的研究热点。蛋白质组学的研究目标是为复杂蛋白质样品建立一个高通量、大规模、自动化的分离分析技术平台,从而实现准确、快速地筛选功能蛋白质。蛋白质的分离分析在蛋白组学研究中起着非常重要的作用。本文主要综述在蛋白质组学研究中二维凝胶电泳、毛细管电泳及其与质谱联用、多维液相分离技术及其与质谱联用和蛋白质芯片等高效分离分析技术的应用研究进展。     

固相萃取材料在蛋白质组学研究中的应用进展

随着蛋白质组学的发展,蛋白质的分离将发挥越来越重要的作用。固相萃取是近年发展起来的一种样品预处理技术,在对某些目标蛋白质的分离纯化中作用明显。与传统的液液萃取法相比,固相萃取可以提高分析物的回收率,操作简便、省时省力。萃取材料的选择对固相萃取效果有着极为重要的影响,硅胶和磁性纳米材料是常用的萃取材料。石墨烯的出现为萃取技术的发展提供了新思路。我们简要综述了近年来固相萃取材料在蛋白质组学研究中的应用进展。     

病毒蛋白质组学及其应用

病毒蛋白质组学是蛋白质组学研究技术在病毒学领域的应用,其研究方法主要是基于质谱鉴定的电泳分离或色谱分离技术。病毒蛋白质组学的研究可以补充基因组注释、纯化单一的病毒成分、研究病毒与其宿主细胞蛋白的相互作用、识别病毒作用的靶位点、鉴定病毒感染的致病因子及病毒的进化关系、识别病毒的免疫源性蛋白。病毒蛋白质组的研究有助于对病毒致病性的了解,加速新的诊断方法及治疗药物的研制,增强对病毒的生物防御。由于一些技术及主观因素的影响,病毒蛋白质组的研究是很有限的,这是一个亟待重视并增强的领域。     

Challenges in mass spectrometry-based proteomics

During the last decade, protein analysis and proteomics have been established as new tools for understanding various biological problems. As the identification of proteins after classical separation techniques, such as two-dimensional gel electrophoresis, have become standard methods, new challenges arise in the field of proteomics. The development of "functional proteomics" combines functional characterization, like regulation, localization and modification, with the identification of proteins for deeper insight into cellular functions. Therefore, different mass spectrometric techniques for the analysis of post-translational modifications, such as phosphorylation and glycosylation, have been established as well as isolation and separation methods for the analysis of highly complex samples, e.g. protein complexes or cell organelles. Furthermore, quantification of protein levels within cells is becoming a focus of interest as mass spectrometric methods for relative or even absolute quantification have currently not been available. Protein or genome databases have been an essential part of protein identification up to now. Thus, de novo sequencing offers new possibilities in protein analytical studies of organisms not yet completely sequenced. The intention of this review is to provide a short overview about the current capabilities of protein analysis when addressing various biological problems.     

Introducing AAA-MS, a rapid and sensitive method for amino acid analysis using isotope dilution and high-resolution mass spectrometry

Accurate quantification of pure peptides and proteins is essential for biotechnology, clinical chemistry, proteomics, and systems biology. The reference method to quantify peptides and proteins is amino acid analysis (AAA). This consists of an acidic hydrolysis followed by chromatographic separation and spectrophotometric detection of amino acids. Although widely used, this method displays some limitations, in particular the need for large amounts of starting material. Driven by the need to quantify isotope-dilution standards used for absolute quantitative proteomics, particularly stable isotope-labeled (SIL) peptides and PSAQ proteins, we developed a new AAA assay (AAA-MS). This method requires neither derivatization nor chromatographic separation of amino acids. It is based on rapid microwave-assisted acidic hydrolysis followed by high-resolution mass spectrometry analysis of amino acids. Quantification is performed by comparing MS signals from labeled amino acids (SIL peptide- and PSAQ-derived) with those of unlabeled amino acids originating from co-hydrolyzed NIST standard reference materials. For both SIL peptides and PSAQ standards, AAA-MS quantification results were consistent with classical AAA measurements. Compared to AAA assay, AAA-MS was much faster and was 100-fold more sensitive for peptide and protein quantification. Finally, thanks to the development of a labeled protein standard, we also extended AAA-MS analysis to the quantification of unlabeled proteins.     

The utility of proteases in proteomics,from sequence profiling to structure and function analysis

In mass spectrometry (MS)-based bottom-up proteomics, protease digestion plays an essential role in profiling both proteome sequences and post-translational modifications (PTMs). Trypsin is the gold standard in digesting intact proteins into small-size peptides, which are more suitable for high-performance liquid chromatography (HPLC) separation and tandem MS (MS/MS) characterization. However, protein sequences lacking Lys and Arg cannot be cleaved by trypsin and may be missed in conventional proteomic analysis. Proteases with cleavage sites complementary to trypsin are widely applied in proteomic analysis to greatly improve the coverage of proteome sequences and PTM sites. In this review, we survey the common and newly emerging proteases used in proteomics analysis mainly in the last 5 years, focusing on their unique cleavage features and specific proteomics applications such as missing protein characterization, new PTM discovery, and de novo sequencing. In addition, we summarize the applications of proteases in structural proteomics and protein function analysis in recent years. Finally, we discuss the future development directions of new proteases and applications in proteomics.