细胞质膜蛋白质组学研究技术进展

质膜蛋白在细胞中执行着非常重要的功能。随着蛋白质组学的发展,细胞质膜蛋白质组学成为蛋白质组学研究的重要组成部分,它为质膜蛋白的生物功能研究及药物靶标的发现提供了新的途径。然而,质膜蛋白丰度低、疏水性强,对现有蛋白质组学研究技术提出了挑战。简要综述了近年来质膜蛋白质组研究的相关技术进展,包括富集、提取分离鉴定方法及定量和生物信息学研究方法等。     

膜转运蛋白的功能性超表达和纯化

膜转运蛋白结构和功能的研究是功能膜蛋白质组研究中的一个重要内容,而大量蛋白质的分离纯化是进行蛋白质的结构和功能研究的基础.目前,结构和功能膜蛋白质组学相关研究的瓶颈,在于不能有效地超量表达和纯化具有生物活性的膜转运蛋白.影响膜转运蛋白超量表达和纯化的关键因素,包括目标蛋白的拓扑学结构分析和去垢剂的选择.进行膜转运蛋白拓扑学结构的分析,对于构建用于活体表达的重组膜转运蛋白具有指导意义.去垢剂能够稳定去膜状态的膜蛋白,在膜转运蛋白的离体表达和亲和纯化以及包涵体的处理过程中具有重要的作用.本文就目前功能膜蛋白质组学研究中所涉及的有关膜转运蛋白功能性超表达和分离纯化策略及关键技术作一简述.     

蛋白质水解酶和样品预处理优化技术在蛋白质组学研究中的应用

蛋白质组学是全景式鉴定、定量蛋白质,并研究蛋白质功能的学科。基于高分辨质谱的鸟枪法蛋白组学研究技术首先利用不同的位点特异性蛋白酶对复杂蛋白质样品进行酶解,进而利用质谱获得蛋白质相关的定性和定量信息。为了获得高质量的质谱信息,前期的样品处理和质谱数据采集同样重要。本文对蛋白组学中常用的Trypsin、Lys-C、Glu-C等位点特异性蛋白酶的酶切特点进行了总结,并综述了目前常用的几种酶切组合策略和样本预处理技术在提高蛋白质组学研究效率中的作用。     

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。     

蛋白质组研究中细胞质膜的纯化和纯度鉴定研究进展

细胞质膜是构成细胞对外界环境的屏障和细胞内外环境交流的界面,镶嵌或连接于其中的蛋白质参与细胞/细胞以及细胞/细胞外基质的识别、信号的接受和跨膜传导、细胞内外物质的转运;此外,质膜蛋白质在药物研发中也起着非常重要的作用,在现有的药靶中质膜蛋白质占70%.因此质膜蛋白质组学研究成为亚细胞蛋白质组学研究的热点.然而在质膜蛋白质组学的研究中,由于很难获得高纯度的质膜样品,因此这一领域的研究具有很大的挑战性.现主要对质膜及其微区结构的纯化方法和质膜纯度的评价标准作扼要的介绍.     

蛋白质组学样品消化条件的优化

随着质谱的飞速发展,基于质谱的"鸟枪法"技术广泛的应用于大规模的蛋白质组学分析。化学反应保护效率过低或者酶切效率过低则会降低鉴定效率,并且在现有的计算方式下会丢失很多肽段信息。因此,蛋白质样品的前处理在现有的蛋白质组学研究中发挥重要作用。本研究对蛋白质的烷基化试剂的反应条件进行优化以提高烷基化效率,同时优化酶解Buffer提高酶切效率以及增加酶量和引入多种酶以提高酶切效率等,最终确定了蛋白质前处理的最优条件,最终使用1μg样品在一次质谱分析鉴定到(2 425±7)个蛋白质,较未优化的方法提高了31%。优化后的蛋白质前处理方法可有效提高现有蛋白质组学的研究效率,可进一步应用于蛋白质的定量及动态分析研究。     

大规模膜蛋白质组鉴定技术进展

生物膜是一类重要的亚细胞结构,含有大量的跨膜蛋白和非跨膜蛋白,负责细胞与外界的物质和信息交换以及行使细胞内的多种功能。鉴定并分析膜蛋白在生物膜上的表达是研究其功能必不可少的步骤。蛋白质组学技术可以在单次实验中一次性从全细胞裂解物中鉴定多达上万个蛋白质,从而为分析这些蛋白的表达提供了直接的证据。但由于膜蛋白具有较强的疏水性,从而导致对膜蛋白的蛋白质组学鉴定相对困难,这也使得对膜蛋白的结构与功能的研究进展相对比较缓慢。随着鸟枪法蛋白质组学(shot-gun proteomics)及滤膜辅助的样品制备(filter aided sample preparation)等为代表的现代蛋白质组学技术的快速发展,膜蛋白的鉴定水平及覆盖率也随之大幅提高。本文主要综述了过去20余年在膜蛋白质组学技术上的重要进展,并以光合作用模式蓝藻集胞藻(Synechocystis sp.PCC6803)的膜蛋白质组学研究为例,阐述了技术的进步如何提高膜蛋白鉴定的覆盖度,以期为其他物种膜蛋白质组全覆盖度的鉴定提供相应理论借鉴。     

蛋白质组学在信号转导研究中的应用

新近发展起来的蛋白质组学高通量技术引入到信号转导通路研究中,产生了一个新的研究领域：信号转导蛋白质组学。其作为功能蛋白质组学的一个重要组成部分,以研究信号转导通路以及其中的信号分子改变的蛋白质组学。克服了传统地针对单条信号转导通路以及其中的单个信号分子研究策略的局限性,能够在一次实验中系统地研究多条信号转导通路中的蛋白质一蛋白质间的相互作用、蛋白质磷酸化等翻译后修饰和下游靶蛋白的改变,有助于全面阐述信号转导通路,已成为一个新的研究热点。     

鼠肝质膜蛋白质组研究的方法评估

细胞质膜是细胞中重要的细胞器, 在肝功能的发挥中具有非常重要的作用. 使用蔗糖密度梯度离心纯化细胞质膜, 通过电子显微镜观察和免疫印迹法检验膜的纯度. 结果显示, 与组织匀浆成分相比, 质膜富集了20倍, 线粒体的污染减少了约50%. 提取的蛋白质用二/一维凝胶电泳(2DE/1DE)分离、胰酶酶解、电喷雾四极杆飞行时间质谱(ESI-Q-TOF)和基质辅助激光解吸飞行时间串联质谱(MALDI-TOF-TOF)鉴定, 或者提取的蛋白质直接进行溶液内酶解、液相色谱串联电喷雾离子阱质谱(LC-LTQ)(鸟枪法)鉴定. 一共鉴定了547个非冗余蛋白质, 其中34%为质膜或质膜相关蛋白质. 优化和评估了质膜蛋白质组研究的方法, 且对鼠肝质膜蛋白质组进行了系统的分析.     

鼠肝质膜蛋白质组研究的方法评估

细胞质膜是细胞中重要的细胞器, 在肝功能的发挥中具有非常重要的作用. 使用蔗糖密度梯度离心纯化细胞质膜, 通过电子显微镜观察和免疫印迹法检验膜的纯度. 结果显示, 与组织匀浆成分相比, 质膜富集了20倍, 线粒体的污染减少了约50%. 提取的蛋白质用二/一维凝胶电泳(2DE/1DE)分离、胰酶酶解、电喷雾四极杆飞行时间质谱(ESI-Q-TOF)和基质辅助激光解吸飞行时间串联质谱(MALDI-TOF-TOF)鉴定, 或者提取的蛋白质直接进行溶液内酶解、液相色谱串联电喷雾离子阱质谱(LC-LTQ)(鸟枪法)鉴定. 一共鉴定了547个非冗余蛋白质, 其中34%为质膜或质膜相关蛋白质. 优化和评估了质膜蛋白质组研究的方法, 且对鼠肝质膜蛋白质组进行了系统的分析.     

iTRAQ compatibility of peptide immobilized pH gradient isoelectric focusing

Immobilized pH gradient isoelectric focusing (IPG-IEF) has emerged as a highly promising alternative to strong-cation exchange fractionation as the first dimension in shot-gun proteomics. Herein is shown the compatibility of this method with iTRAQ isotope labeling for relative quantitation and validation of sequence matches from database searching.     

植物膜蛋白质组学研究技术现状

植物膜蛋白质组学是当前植物科学研究的热点领域。本文概论了蛋白质组学在植物膜蛋白研究中的应用,包括双向电泳前膜蛋白样品的制备以及植物质膜、液泡膜和其他膜蛋白组分的蛋白质组学研究进展,并介绍了植物膜蛋白质组学相关的数据库,最后对其发展作了展望。     

Advances in shotgun proteomics and the analysis of membrane proteomes

The emergence of shotgun proteomics has facilitated the numerous biological discoveries made by proteomic studies. However, comprehensive proteomic analysis remains challenging and shotgun proteomics is a continually changing field. This review details the recent developments in shotgun proteomics and describes emerging technologies that will influence shotgun proteomics going forward. In addition, proteomic studies of integral membrane proteins remain challenging due to the hydrophobic nature in integral membrane proteins and their general low abundance levels. However, there have been many strategies developed for enriching, isolating and separating membrane proteins for proteomic analysis that have moved this field forward. In summary, while shotgun proteomics is a widely used and mature technology, the continued pace of improvements in mass spectrometry and proteomic technology and methods indicate that future studies will have an even greater impact on biological discovery.     

Current advances in tumor proteomics and candidate biomarkers for hepatic cancer

Tumor proteomics apply proteomics techniques to tumor biological research, mainly by screening candidate biomarkers for early tumor diagnosis, prognosis and treatment. Hepatocellular carcinoma (HCC) is a type of malignant tumor with one of the highest death rates in the world. With the advent of the post-genomic age, tumor biological research developing the technology of proteomics has become a major focus of researchers. The discovery of novel candidate biomarkers is one of crucial problems for the early diagnosis of HCC. In general, there are three distinct types of candidate biomarkers for HCC based on different areas: biochemical biomarkers, antigenic biomarkers and epigenetic biomarkers. This review mainly discusses current advances in the problems and prospects of candidate biomarker for the early diagnosis of HCC, discovered by technologies of tumor proteomics.     

Proteomics approach and techniques in identification of reliable biomarkers for diseases

Biomarkers, also called biological markers, are indicators to identify a biological case or situation as well as detecting any presence of biological activities and processes. Proteins are considered as a type of biomarkers based on their characteristics. Therefore, proteomics approach is one of the most promising approaches in this field. The purpose of this review is to summarize the use of proteomics approach and techniques to identify proteins as biomarkers for different diseases. This review was obtained by searching in a computerized database. So, different researches and studies that used proteomics approach to identify different biomarkers for different diseases were reviewed. Also, techniques of proteomics that are used to identify proteins as biomarkers were collected. Techniques and methods of proteomics approach are used for the identification of proteins' activities and presence as biomarkers for different types of diseases from different types of samples. There are three essential steps of this approach including: extraction and separation of proteins, identification of proteins, and verification of proteins. Finally, clinical trials for new discovered biomarker or undefined biomarker would be on.     

Label-free shotgun proteomics and metabolite analysis reveal a significant metabolic shift during citrus fruit development

Label-free LC-MS/MS-based shot-gun proteomics was used to quantify the differential protein synthesis and metabolite profiling in order to assess metabolic changes during the development of citrus fruits. Our results suggested the occurrence of a metabolic change during citrus fruit maturation, where the organic acid and amino acid accumulation seen during the early stages of development shifted into sugar synthesis during the later stage of citrus fruit development. The expression of invertases remained unchanged, while an invertase inhibitor was up-regulated towards maturation. The increased expression of sucrose-phosphate synthase and sucrose-6-phosphate phosphatase and the rapid sugar accumulation suggest that sucrose is also being synthesized in citrus juice sac cells during the later stage of fruit development.