蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展

閆彪

摘 要：蛋白質(zhì)組是基因組表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，即某一物種、個(gè)體、器官、組織或細(xì)胞基因組的全部蛋白質(zhì)產(chǎn)物的表達(dá)譜，蛋白質(zhì)組表達(dá)的是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，通過(guò)蛋白質(zhì)的分離技術(shù)和鑒定技術(shù)能夠更深入的研究蛋白質(zhì)組學(xué)。

關(guān)鍵詞：蛋白質(zhì)組；分離技術(shù)；鑒定技術(shù)

蛋白質(zhì)組的研究?jī)?nèi)容主要包括三個(gè)大的方面：一是建立一個(gè)細(xì)胞或機(jī)體在正常情況下的蛋白質(zhì)文庫(kù)或稱參考圖譜，及組成蛋白質(zhì)組；二是研究在各種條件下蛋白質(zhì)的變化，注重那些可能涉及到特定功能機(jī)制的蛋白質(zhì)群體，成為功能蛋白質(zhì)組；三是蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)的研究，即采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息論方法對(duì)蛋白質(zhì)組學(xué)研究中獲得的大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、傳遞、檢索、分析及解讀，以揭示和預(yù)測(cè)重要的生物信息。

一、蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展

蛋白質(zhì)組學(xué)的研究方法與技術(shù)可以分為三個(gè)方面：一是蛋白質(zhì)分離技術(shù)，包括以凝膠為基礎(chǔ)的2-D技術(shù)以及不需要凝膠的分離技術(shù)；二是蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)，主要包括各種各樣的生物質(zhì)譜技術(shù)等；三是生物信息學(xué)技術(shù)，包括各種分析軟件和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)等。

二、蛋白質(zhì)分離技術(shù)的進(jìn)展

1.聚丙烯酰胺凝膠雙向電泳技術(shù)。1975年，OFarrell和Klose建立了聚丙烯酰胺凝膠雙向電泳技術(shù)。雙向電泳基于蛋白質(zhì)電荷特性分離的等電聚焦作為第一向，以含有陰離子去污劑的SDS-PAGE電泳作為第二向，蛋白質(zhì)的分離完全基于其兩個(gè)獨(dú)立的物化參數(shù)—電荷和蛋白亞基分子量的大小，這樣就把復(fù)雜蛋白質(zhì)混合物在二維平面上分開(kāi)。聚丙烯酰胺凝膠雙向電泳技術(shù)目前仍然是研究蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用最多的技術(shù)。

2.雙向熒光差異凝膠雙向電泳技術(shù)。1997年，Jon Minden實(shí)驗(yàn)室的Unlu等將標(biāo)記了不同熒光染料的樣品混合后在同一塊凝膠中進(jìn)行雙向電泳，極大地提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性和定量的準(zhǔn)確性。雙向熒光差異凝膠電泳（two-dimensional fluorescence differential gel electrophoresis，2D-DIGE）的基本原理是在進(jìn)行電泳之前分別以Cy2、Cy3 和Cy5三種熒光染料對(duì)蛋白質(zhì)樣品進(jìn)行標(biāo)記 （其中包括一個(gè)作為內(nèi)標(biāo)的蛋白質(zhì)），在同一塊膠上進(jìn)行雙向電泳。電泳結(jié)果分別用3種不同的激發(fā)波長(zhǎng)得到不同顏色的熒光信號(hào)，依據(jù)這些信號(hào)的比例判斷樣品之間蛋白質(zhì)存在的差異。魏英杰等應(yīng)用雙向熒光差異凝膠電泳技術(shù)篩選獲得5個(gè)與心力衰竭密切相關(guān)的蛋白質(zhì)標(biāo)志物，這些標(biāo)志物可能與心力衰竭發(fā)生的分子機(jī)制相關(guān)。

3.“雙向”高效柱層析技術(shù)。分離純化蛋白質(zhì)的另一有效方法是“雙向”高效柱層析。它首先是進(jìn)行一次分子篩柱層析，從柱上流出的蛋白質(zhì)峰自動(dòng)進(jìn)入第二向?qū)游?，這第二向?qū)游鍪抢玫鞍踪|(zhì)表面疏水性進(jìn)行分離的反向柱層析，第二次分離的原理與雙向電泳中利用蛋白質(zhì)等電點(diǎn)分離完全不同，它的優(yōu)點(diǎn)是加樣量可以適當(dāng)放大，分離的蛋白質(zhì)較多；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是流出的蛋白質(zhì)可以直接進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)行鑒定。Shin等就將該技術(shù)應(yīng)用于哺乳動(dòng)物的蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，并取得了一定的成果。

三、蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)的進(jìn)展

1.質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用。質(zhì)譜是蛋白質(zhì)組研究中的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為最有效的蛋白質(zhì)鑒定工具。質(zhì)譜最重要的技術(shù)是將被分析的分子變成中氣相的離子，其基本原理是樣品分子離子活化后，根據(jù)不同離子間的質(zhì)荷比（m/z）的差異來(lái)分離并確定相對(duì)分子質(zhì)量。陳益定等應(yīng)用表面增強(qiáng)激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（SELDI- TOF- MS），測(cè)定了147例血清標(biāo)本（其中大腸癌55例，健康人92例）的蛋白質(zhì)質(zhì)譜，得到該方法對(duì)大腸癌的檢出率為82.6%（19/23），排除率為91.9%（34/37）。

2.同位素親和標(biāo)簽技術(shù)的應(yīng)用。同位素親和標(biāo)簽（Isotope Coded Affinity Tags，ICAT）由Aebersold和其合作者開(kāi)發(fā)的一種包含在無(wú)膠蛋白質(zhì)組流程中的同位素標(biāo)記技術(shù)，能夠精確的分析不同樣品中蛋白質(zhì)表達(dá)量的差異。他們提出能夠使兩種同位素在形式上具有明顯的區(qū)別的試劑，即同位素標(biāo)記的親和標(biāo)簽（isotope-coded affinity tag，ICAT）試劑。也有研究者利用ICAT技術(shù)單獨(dú)選擇某一種感興趣的蛋白質(zhì)，檢測(cè)其表達(dá)含量的變化，這種方法也被稱為質(zhì)譜免疫印跡法（mass western）。

3.酵母雙雜交系統(tǒng)的應(yīng)用。1989年美國(guó)紐約州立大學(xué)的Fields和Song首先描述了酵母雙雜交系統(tǒng)（yeast two-hybrid system）。酵母雙雜交系統(tǒng)基本思路就是只有靶蛋白和誘餌蛋白特異結(jié)合后，其中的誘餌蛋白結(jié)合域報(bào)道基因的啟動(dòng)子才能啟動(dòng)報(bào)道基因在酵母細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)，通過(guò)檢測(cè)報(bào)道基因表達(dá)產(chǎn)物判別作為“誘餌”和“靶蛋白”的分析法。齊兵等用酵母雙雜交系統(tǒng)，從人肺細(xì)胞系（wl-38）cDNA文庫(kù)中克隆了一個(gè)asy相互作用蛋白基因asyip（asyinteractingprotein）。asyip基因的大量表達(dá)能抑制腫瘤細(xì)胞saos-2的生長(zhǎng)，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。

4.蛋白質(zhì)芯片的應(yīng)用。蛋白質(zhì)芯片是將各種微量純化的蛋白質(zhì)陣列在一種高密度的固相載體上，并與待測(cè)樣品雜交，以測(cè)定相應(yīng)蛋白質(zhì)的性質(zhì)、特征以及蛋白質(zhì)與生物大分子之間的相互作用的方法。蛋白質(zhì)芯片具有高通量、靈敏度較高、重復(fù)性好、操作自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，該方法也成為蛋白質(zhì)鑒定的一項(xiàng)比較有效的技術(shù)。肖雪媛等應(yīng)用蛋白質(zhì)芯片技術(shù)從血清中篩選到了肺癌標(biāo)志蛋白。

5.蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)。蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要包括大量蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)信息的產(chǎn)生，對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理，以及結(jié)果的分析和發(fā)布。一些主要的數(shù)據(jù)庫(kù)有 SWISS -PROT、TREMBL、PIR等。蛋白質(zhì)組研究的整個(gè)過(guò)程都與生物信息學(xué)密切相關(guān)，無(wú)論是雙向電泳圖譜的分析，還是質(zhì)譜數(shù)據(jù)的解析，尤其是最終蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，實(shí)驗(yàn)室間的相互比較，都依賴于生物信息學(xué)的建立和發(fā)展。

四、結(jié)語(yǔ)

蛋白質(zhì)組學(xué)作為一個(gè)方興未艾的研究學(xué)科，它從一個(gè)更深入、更貼近生命本質(zhì)的層次上去探索和發(fā)現(xiàn)生命活動(dòng)的規(guī)律以及重要的生理、病理現(xiàn)象等提供了很大的指導(dǎo)意義，未來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，蛋白質(zhì)組學(xué)必將在生命科學(xué)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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