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Science发布大规模蛋白质组研究重大成果

作者:   上传日期:2016-06-12  阅读次数:

通过在小鼠身上开展大规模的蛋白质组研究,科学家们获得了有关脂肪和能量代谢紊乱分子背景的新知识。蛋白质组意指一种基因组所表达的全套蛋白质——在这项研究中,则指的是来自小鼠肝脏的蛋白质。


由苏黎世联邦理工学院Ruedi Aebersold教授领导的一个专攻蛋白质组学的研究小组,与瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)Johan Auwerx教授领导的专门研究线粒体生理学和肝脏疾病的课题组共同合作完成了这一开创性的研究项目。他们的研究论文发布在6月9日的《科学》(Science)杂志上。
论文的主要作者之一Evan Williams说:“和人类一样,小鼠也存在个体差异;例如,在胆固醇代谢或对脂肪肝一类代谢紊乱的易感性方面。其中的一些差异可以从遗传上进行解释,但并非所有。”

最新的技术

科学家们收集了来自一大群小鼠的广泛蛋白质数据,帮助他们解释其他的代谢差异。他们采用了Aebersold研究小组近年开发的一种叫做SWATH-MS的质谱测量技术。这使得研究人员能够检测实验室动物广谱肝脏蛋白的浓度。
研究的共同主要作者、Aebersold研究组博士后Yibo Wu说:“检测全套蛋白质比测序整个基因组要复杂得多。利用这一SWATH-MS技术,可以检测数以百计样本中成千上万不同的蛋白质。”在这项研究中,研究人员检测了肝脏组织样本中2,600种不同的蛋白。要完成这些蛋白质组检测,需要一个广泛的蛋白质数据库;近年来Wu在构建这样的小鼠蛋白质数据库中起着主导作用。

蛋白质组补充基因组

检测的鼠群是由起源于同样两个祖先的40个小鼠品系构成,因此它们彼此亲缘关系密切。每组小鼠均由这40个品系组成,研究人员给这些相同的小鼠组群分别喂给高脂饮食、人类角度的垃圾食品,或健康的低脂饮食。在几周内,科学家们记录了小鼠的常规医学(生理)数据,并测试了它们的行为及它们通过身体活动减重的速度。如科学家们所预料的那样,动物们以不同的方式响应高脂饮食。一些动物形成了脂肪肝一类的代谢紊乱,而另一些没有。
为了进行评估,研究人员结合了这一生理数据和基因组(DNA)、转录组(RNA)及蛋白质组数据。从这一组合数据中,他们更精确地确定了几种特异的蛋白质在脂肪与能量代谢中所起的作用。其中一个是COX7A2L。研究人员发现,在小鼠中这一蛋白负责形成线粒体中的超复合物。这些超复合物是由100多种不同的蛋白质构成,负责以适当的形式为细胞提供所需的能量。缺乏COX7A2L蛋白的小鼠无法提供足够量的可用能量,会对整个生物体造成负面影响。

在个体化医疗中的应用

这项研究是迄今为止采用SWATH-MS在哺乳动物中开展的最广泛的蛋白质组研究。这一技术还准备用于人类的群体研究:Aebersold小组的研究人员已生成了相应的成千上万人类蛋白质的数据库。“就像本研究中的小鼠品系一样,每位患者在遗传上都是不同的。我们在小鼠组群中应用的这种方法现在被一对一地应用于人类疾病的研究,其尤其适用于个体化医疗。”
基于来自癌症基因组图谱(TCGA)计划的数据,一个多机构科学家小组完成了首个大规模的乳腺癌“蛋白质基因组学”( proteogenomic)研究,将一些DNA突变与蛋白质信号联系到一起,并帮助确定了一些驱动癌症的基因。这项研究旨在通过蛋白质和它们的修饰来更好地认识癌症。发表在2006年5月25日Nature杂志上的研究论文,证实了相比于单独采用任一种分析方法,整合基因组和蛋白质组数据来生成更完整的癌症生物学图像的能力(Nature发布大规模癌症蛋白质基因组学研究重要成果)。
来自瑞士和荷兰的科学家,对在22种不同生长条件下大肠杆菌表达的蛋白质,进行了定量和定性分析。确定了超过2300个蛋白质,其中一些处于每个细胞一个副本的平均水平。由此产生的数据集描述了细胞中大多数(> 90%)的蛋白质量,对细胞生物学家来说这将是一个宝藏。相关研究结果发表在2015年12月的Nature Biotechnology杂志上(科学家发表蛋白质组学重要成果 )。
来自德州农工大学、北京师范大学和北京生命科学学院等处的研究人员报告称,他们通过绘制内质网(ER)-质膜(PM)交接处(junctions)的蛋白质组图谱,确定了STIMATE是Ca2+内流的调控因子。这一研究发现发布在2015年8月31日的Nature Cell Biology杂志上(北师大王友军教授Nature子刊发布蛋白质组研究新发现 )。

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