生物质谱与蛋白质组学

蛋白质组学是后基因组学时代最受关注的研究领域之一,其核心的鉴定技术——生物质谱近年来在仪器设计以及鉴定通量、分辨率和灵敏度等各方面均有质的飞跃,促进了蛋白质表达谱作图、定量蛋白质组分析、亚细胞器蛋白质组作图、蛋白质翻译后修饰以及蛋白质相互作用等蛋白质组研究各个领域的飞速发展。本综述了生物质谱技术的最新进展,及其在蛋白质组学研究中的应用。     

生物质谱及其在蛋白质组学研究中的应用

生物质谱是蛋白质组学研究必不可少的关键技术。近年来,生物质谱在鉴定通量、分辨率和灵敏度等方面均有质的飞跃,从而促进了蛋白质组研究各个领域的飞速发展。本文就生物质谱技术的原理、技术和仪器发展现状,及其在蛋白质组学研究中的应用进展作一简要的综述。     

生物质谱技术在蛋白质组学研究中的应用

随着技术的进步,蛋白质组学的研究重心由最初旨在鉴定细胞或组织内基因组所表达的全部蛋白质转移到从整个蛋白质组水平上阐述包括蛋白翻译后修饰、生物大分子相互作用等反映蛋白质功能的层次。多种质谱离子化技术的突破使质谱技术成为蛋白质组学研究必不可少的手段。质谱技术联合蛋白质组学多角度、深层次探索生命系统分子本质成为现阶段生命科学研究领域的主旋律之一。本文简要综述了肽和蛋白质等生物大分子质谱分析的原理、方式和应用,并对其发展前景做出展望。     

化学蛋白质组学技术在药物靶标鉴定中的应用

药物开发过程面临多重挑战,而靶标确证是其中的重要一环。如何运用多种研究方法发现和确认小分子药物的靶标是目前研究人员的主要工作内容之一。化学蛋白质组学整合了细胞生物学、合成化学和生物质谱等多门学科,为药物的靶标筛选提供了新平台。本文对近年来发展的基于生物质谱的化学蛋白质组学药物靶标鉴定技术进行了总结,结合具体应用分析其优缺点,并对该类技术的发展和应用进行总结和展望。     

质谱图聚类网络法在鉴定多肽翻译后修饰中的应用及研究进展

蛋白质组学多肽鉴定方法一直以基于质谱分析和数据库搜索的方法为主,随着质谱仪技术的发展,海量的质谱数据被获取,这为大规模蛋白质的鉴定提供了一个强大的数据仓库,使得以质谱数据为基础的蛋白质组学研究成为主流。传统的串联质谱图搜库方法鉴定多肽翻译后修饰时具有诸多局限,质谱网络方法可以在一定程度上弥补局限。文中系统综述了基于质谱聚类的质谱网络和质谱图库搜索方法的发展历程、理论研究和应用研究,讨论了质谱网络库方法在鉴定多肽翻译后修饰的优势,并进行了分析和展望。     

蛋白质组中蛋白质鉴定技术的研究近况

蛋白质组学的核心内容之一就是蛋白质的鉴定,基于双向凝胶电泳的图象分析技术可以对组织细胞蛋白质表达的量、表观分子量和等电点等特性进行初步的鉴定,但是对于蛋白质的结构和功能必须借助其它技术手段。目前逐渐形成了以生物质谱为核心的鉴定技术,蛋白质微测和氨基酸组成分析在表达模型分析中也有应用。关于蛋白质组功能模式研究目前可用的方法有酵母双杂交、噬菌体展示、生物传感芯片质谱、蛋白质工程中的定点突变技术等。这些技术对推动蛋白质组学的发展起了一定作用,但是单一技术通常不能确切的鉴定某一蛋白质,常需联合应用几种技术才能准确的鉴定蛋白质。     

乳腺癌蛋白质组学研究

乳腺癌是妇女中最常见的一种癌症,鉴定出与乳腺癌癌变相关的蛋白质以及病情发展过程中蛋白质的变化对揭示乳腺癌变机理及早期诊断是非常重要的。早在蛋白质组学这一概念提出以前,人们已应用2－维凝胶电泳技术（2DE）研究乳腺癌的癌变机理,且随着人类基因序列测序的完成,质谱的应用,以及生物信息学的引入,蛋白质组的研究获得了飞速发展,高通量的蛋白质组研究以及新的技术如激光捕获显微切割（LCM）,表面加强激光解吸／电离飞行时间质谱（SELDI－TOF）,蛋白质阵列,组织阵列等蛋白质组学技术已被用于乳腺癌研究并获得了很快速的发展。乳腺癌蛋白质组学研究已经鉴定了一些具有诊断潜能的生物分子靶标和信号传导因子。介绍了乳腺癌蛋白质组学研究中所使用的最新研究方法和研究进展。     

深度学习方法在生物质谱及蛋白质组学中的应用

深度学习是近年来机器学习领域最热门的研究方向,尤其是在图像及语音识别、自然语言处理、自动驾驶等方面取得了突破性进展．生物质谱是当今生命科学领域重要的研究工具,尤其在蛋白质组学、代谢组学、生物制药等领域发挥着关键作用．近年来,基于深度学习方法的发展,以生物质谱为核心的蛋白质组学大数据分析将迎来发展新契机．本文综述了深度学习方法在生物质谱数据解析及蛋白质组学研究方面的最新应用．     

MALDI-TOF质谱在细菌检测及鉴定中的研究进展

近年来,随着质谱技术的快速发展,软电离方式的出现,基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱能够对蛋白质、核酸及脂类等生物大分子进行快速、准确的分析,进而使得其被应用于细菌的检测及鉴定成为可能。本文综述了当前基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱在细菌检测及鉴定方面的研究进展。     

生物质谱技术与蛋白质组学

生物质谱技术是蛋白质组学的支撑技术.详细论述了质谱技术的分类与基本分析原理,重点论述了质谱技术的发展变化,包括基质辅助激光解吸飞行时间质谱技术,电喷雾质谱技术,MALDI-Q-TOF和MAL-DI-TOF-TOF等质谱技术,以及质谱技术在蛋白质组学研究中的应用与未来的发展和挑战.     

“自顶向下(top-down)”的蛋白质组学——蛋白质变体的规模化鉴定

高分辨率质谱技术的快速发展使得"自顶向下"的蛋白质组学(top-down proteomics)研究逐渐成熟起来.在完整蛋白质水平上研究蛋白质组可以提供更精准、更丰富的生物学信息,特别是对于蛋白质上发生了多种关联性的翻译后修饰的情况.另外,由于基因突变、RNA可变剪接和大量蛋白质翻译后修饰的存在,同一个基因往往最终会产生多个"蛋白质变体"(proteoform),而要准确地鉴定这些蛋白质变体,也离不开"自顶向下"的蛋白质组学.在蛋白质水平上的分离技术、质谱技术与生物信息学技术是完整蛋白质鉴定最关键的三项技术.高效的分离技术是实现规模化蛋白质变体鉴定的前提,有效的质谱碎裂是提供可靠鉴定的核心,而快速准确的质谱鉴定算法则是数据分析效率的保障.本文对这三项技术进行了详细总结,重点集中在生物信息学相关技术上,包括对完整蛋白质的质谱数据预处理、数据库搜索鉴定以及翻译后修饰定位等几个计算问题的讨论.     

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。     

现代质谱技术在蛋白质组学中的应用及其最新进展

简述了蛋白质组学的概念、内容和意义,重点综述了现代质谱技术在蛋白质组学中的应用,主要包括蛋白质和肽段的鉴定和定量、蛋白质翻译后修饰的鉴定和蛋白质间相互作用的检测等。随着新的高质量精确度、分辨率、灵敏度和通量质谱仪的出现,现代质谱技术在蛋白质组学中的应用将越来越广泛,并给蛋白质组学研究带来新的机遇。     

蛋白质糖基化分析方法及其在蛋白质组学中的应用

作为一种普遍存在的翻译后修饰,糖基化对蛋白质的结构和功能有着重要影响。弄清糖基化发生发展的规律是理解蛋白质复杂多样的生物功能的一个重要前提。糖基化发生的特点决定了糖基化相关研究是对分析技术的一大挑战。作为蛋白质组学研究的重要组成部分,目前蛋白质糖基化研究的重点和难点主要集中于糖蛋白／糖肽的分离富集和糖蛋白的鉴定／糖基化位点的确定2个方面,相关技术已用于蛋白质组学水平的糖基化研究,但都还不够成熟。以生物质谱为核心、多学科交叉的蛋白质组学技术始终处于不断发展之中。基于糖基化发生规律的富集检测技术的发展、移动质子理论的提出及电子捕获裂解技术的应用必将极大地促进包括糖基化在内的翻译后修饰研究。蛋白质糖基化的研究有助于从基因组-蛋白组-糖组这样一个宏观的综合的水平观察分析生命现象,从而达到对生命现象更本质的认识。     

基于电子捕获裂解/电子转运裂解串联质谱技术的蛋白质组学研究

蛋白质组学的兴起带动了质谱技术的快速发展,而质谱技术的进步则拓宽了蛋白质组学研究问题的广度.最近10年内,肽段或完整蛋白质在质谱仪中的裂解技术——电子捕获裂解(electron capture dissociation,ECD)与电子转运裂解(electron transfer dissociation,ETD)逐渐发展起来.ECD和ETD在蛋白质组学中的应用,特别是在蛋白质的翻译后修饰鉴定和自顶而下(Top-down)的完整蛋白质裂解研究中已经展示出了诱人的前景.对ECD和ETD的基本原理、质谱特点、仪器实现、数据解析算法与软件开发,以及在蛋白质组学中的应用进展等方面进行了比较系统全面的阐述,并对当前的研究问题、面临的技术挑战与未来的发展趋势等方面作了深入剖析.     

生物质谱在细胞信号转导研究中的应用

近几年快速发展起来的生物质谱技术 ,依靠 (酶解后肽段 )精确质量数测定和随机肽序列标签分析 ,实现了对蛋白质高通量的鉴定 ,并被成功地用于蛋白质相互作用和蛋白质磷酸化等翻译后修饰研究。与传统的研究手段相比 ,上述技术能够在一次实验中对多信号通路中所有磷酸化的蛋白质分子及其磷酸化位点进行鉴定 ,已成为蛋白质组学最新发展中令人关注的一个热点。简要综述质谱技术应用于上述工作中的 3种策略     

蛋白质组学中新蛋白质鉴定的研究方法和策略

当前,基于生物质谱进行蛋白质鉴定的技术已经成为蛋白质组学研究的支撑技术之一.产生的数据主要使用数据库搜索的方法进行处理,这种方法的一大缺陷是不能鉴定数据库中未包含的蛋白质,因此如何充分利用质谱数据对蛋白质组研究的意义很大,而新蛋白质鉴定更是其中一个重要的内容.新蛋白质鉴定是蛋白质鉴定的一个方面,新蛋白质的定义按照序列和功能的已知程度分为3个层次;以蛋白质鉴定的方法为基础,目前新蛋白质鉴定的方法可分为denovo测序和相似序列搜索结合的方法以及搜索EST、基因组等核酸数据库的方法2大类;两者各有利弊.存在各自的问题和相应处理的策略.不同的研究者可以根据具体目的应用和发展不同的鉴定方法,同时新蛋白质的鉴定也将随着蛋白质组学研究的发展而更加完善.     

植物蛋白质组学研究若干重要进展

植物蛋白质组学近年来正从定性向精确定量蛋白质组学的方向发展。国际上近两年发表的约160篇研究论文报道了利用不断改进的双向电泳结合生物质谱技术、多维蛋白质鉴定技术,以及包括双向荧光差异凝胶电泳、幅N体内代谢标记、同位素标记的亲和标签、同位素标记相对和绝对定量等在内的第2代蛋白质组学技术,对植物组织（器官）与细胞器、植物发育过程和植物响应环境胁迫的蛋白质组特征,以及植物蛋白质翻译后修饰和蛋白质相互作用等方面的研究成果。该文对上述报道进行总结,综述了2007年以来植物蛋白质组学若干重要问题研究的新进展。     

质谱技术及其在后基因组时代中的应用

蛋白质组学的建立开辟了功能基因组学研究的新领域,为研究蛋白质水平的生命活动展现了更为崭新的思路和广阔的前景.质谱技术能准确测量肽和蛋白质的相对分子质量、氨基酸序列及翻译后修饰,成为连接蛋白质与基因的重要技术.质谱技术联合蛋白质组学多角度、深层次探索生命系统分子本质成为现阶段生命科学研究领域.简要综述了肽和蛋白质等生物大分子质谱分析的原理、方式和应用,并对其发展前景做出展望.     

植物蛋白质组学研究若干重要进展

植物蛋白质组学近年来正从定性向精确定量蛋白质组学的方向发展。国际上近两年发表的约160篇研究论文报道了利用不断改进的双向电泳结合生物质谱技术、多维蛋白质鉴定技术, 以及包括双向荧光差异凝胶电泳、15N体内代谢标记、同位素标记的亲和标签、同位素标记相对和绝对定量等在内的第2代蛋白质组学技术, 对植物组织(器官)与细胞器、植物发育过程和植物响应环境胁迫的蛋白质组特征, 以及植物蛋白质翻译后修饰和蛋白质相互作用等方面的研究成果。该文对上述报道进行总结, 综述了2007年以来植物蛋白质组学若干重要问题研究的新进展。