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蛋白质组学

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蛋白质组学

蛋白质组学范文第1篇

【中国分类号】R245【文献标识码】A【文章编号】1044-5511(2011)11-0009-01

针灸血清的概念来源于20世纪80年代的“血清药理学”和90年代的“中药血清”研究。针灸血清的概念于1996年公开提出。1998年杨永清研究员的针灸血清研究获得国家自然科学基金资助。目前已成为针灸研究的一个新亮点[1]。

1. 针灸血清

“针灸血清”研究,是指将针灸处理后的人或动物体中采集到的血清,作为效应物质加到另外一个反应系统中,与在体或离体器官、组织、细胞或分子等靶目标接触,通过它们的形态学或功能的改变,直接观察针灸处理后产生的效应[2],是近年来针灸领域中提出的一种新的研究思路和方法,目前已广泛应用在哮喘、肿瘤、心肌缺血、脊髓损伤等疾病的研究中,实现了针灸离体实验方法学的改进,为针灸研究开辟了一条新的道路。

2.蛋白质组学

蛋白质组学的研究目前已经成为当今生命科学的热点之一。蛋白质作为生命活动的主要承担者,在机体生理功能中发挥着重要作用,一直以来也是研究的重点。其概念最早是由澳大利亚(1994)Wilkins和Willias提出。蛋白质组学是在特定细胞或组织水平上对蛋白质的表达进行研究,具体说它是对不同空间和时间上发挥功能性特定蛋白质群组进行研究,即在蛋白质水平上探索其作用模式、功能机理、调节调控,以及蛋白质群组内相互作用,运用这项技术可以在正常与病理情况下检测蛋白质的差异表达。运用蛋白质组学技术在临床方面可以研究特定蛋白与疾病的关系,从而找到疾病标记蛋白,为疾病诊断、病理分析、药物筛选、新药开发等,提供理论依据[3]。

3.血清蛋白质组学

血清中含有90-91%的水,6.5-8.5%的蛋白质和2%作用的低分子量蛋白质。血清中广泛存在的蛋白质种类大约有10000种,大多数蛋白的含量非常低,即低丰度蛋白。而低丰度蛋白的识别非常重要,潜在的新的疾病生物标志分子往往呈现低丰度。并且许多低丰度蛋白常常行使着“信使”的作用。由于血清蛋白组成极为复杂,因此血清蛋白质组学的关键在于能否将所研究的血清样本进行有效地分离。血清蛋白质组学是指研究选定的目标人群血清中所表达的全部蛋白质,在建立正常蛋白质表达图谱的基础上,寻找差异蛋白质点,鉴定疾病相关蛋白质,进而研究其功能和结构,为研究重大疾病病理生理学机制、早期诊断的特异性标志物、药物作用靶点等开辟新的途径。

4.血清蛋白质组学技术

(1)双向聚丙烯酰胺凝胶电泳(two-dimensional polyacrylamide gel electro-phoresis,2D-PAGE):双向电泳是一种方便、灵敏的蛋白质分离方法。双向电泳的第一向是等电聚焦,根据蛋白质等电点不同将其分离。双向电泳的第二向是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacry-lamide gel electrohoresis,SDS-PAGE)[4]:根据蛋白质分子质量不同进一步分离等点相同的蛋白质。双向电泳技术因其分辨率高、可重复性好、结果直观、实验成本较低等特点,已成为蛋白质组研究中最常用的分离技术。另外固定化PH梯度技术可以把目的蛋白固定在极狭窄的凝胶区域加以分离,提高2D-PAGE的重复性与上样量。虽然2D-PAGE分辨率很高,但不能被用于分析低含量蛋白质,灵敏度低,这又与生物体内蛋白质种类数目繁多相比,远不能满足需要,因而容易阻碍早期状态疾病特异性标志物的发现。

(2)质谱技术(mass-spectrometry,MS) MS技术的应用是蛋白质组学研究中的重大进展,它具有高通量、准确、灵敏和操作自动化等优点,已取代传统的Edman降解测序和氨基酸组成分析,成为蛋白质鉴定的核心技术。MS技术根据电离源的不同分为2种:1种是基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(matrix-assisted laser desorption/ionization -time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF-MS),其原理是利用氮源脉冲激光使基质吸收激光的能量使固相的多肽样品离子化,离子化的肽段进入质量分析器,因质量/电荷比(m/z)差异发生电离,通过测量肽段离子的相关参数,可获得肽质量指纹(peptidemass finger-print PMF)、肽序列标签(peptide sequence tag, PST)或部分氨基酸序列,然后用相应的软件寻找蛋白质组数据库,实现对蛋白质的定性鉴定或定量分析。Baumann等[5]通过一系列试验试图使血清蛋白质组学MALDI-TOF-MS技术标准化,并认为单纯解冻的血清标本重复性最好,通过标准化的血清标本预处理、储存程序和磁珠分馏法,可有效提高MALDI-TOF-MS技术的重复性。第2种是电喷雾电离串联质谱(electrospray ionization tendem mass spectrometry,ESI-MS/MS),ESI技术是在强电场存在的前提下,在喷射过程中利用电场使液相的多肽样品离子化,产生单价或多价的气态离子,离子化的肽段进入质量分析器而测定其相关参数。ESI的优点在于其可方便地与其它蛋白质分离技术联合应用,如液相色谱+电喷雾+串联质谱(LC-ESI-MS/MS)。串联质谱的可靠性要明显优于MALDI-TOF-MS,现在新建的质谱鉴定实验室多为串联质谱。

(3)表面增强激光解析离子化-飞行时间质谱(surface enchanced laser desorption and ionization-time of flight mass spectrometry,SELDI-TOF-MS):SELDI是一种以亲和力为基础的质谱法,蛋白质被选择性地吸附到经化学变性的固体表面上,杂质可通过清洗去除。采用能量吸收基质,蛋白质通过激光解吸质谱分析进行识别。SELDI-TOF-MS有许多优点,可以为分子量在200~500kD的蛋白质提供很好的质谱,对一个样本的分析在几十分钟就可以完成,对低丰度蛋白,即使浓度仅atto-mole(10-18)的分子,只要与表面探针结合,就可以检测到。SELDI可直接使用粗样本,即未经处理的原始样本进行检测;可以大规模、高通量、超微量、全自动筛选蛋白质;另外,它不仅可发现一种蛋白质或生物标记分子,而且还可以发现不同的多种方式的组合蛋白质谱,可进行相关疾病的研究。目前SELDI-TOF-MS已经广泛应用于血清蛋白质组学的研究。随着科学技术的发展,应用单一技术平台分离血清样品已经不能满足科研的需要。目前通常采用的方法是联合使用几种不同的技术平台以达到对样品的有效分离。如高丰度蛋白去除+全蛋白酶解+二维液相色谱(阳离子/阴离子交换色谱+反相色谱)分离+质谱鉴定(离子阱或Q-TOF串联质谱);高丰度蛋白去除+色谱分离+2-DE+联合质谱鉴定等。

(4)蛋白质芯片 蛋白质芯片又称蛋白质微阵列,是继基因芯片之后作为基因芯片的补充而发展起来的蛋白质分析技术。它以蛋白质或多肽为材料,可以在同一时相分析整个蛋白质组。根据芯片表面的不同化学成分,可将蛋白质芯片分为化学表面芯片(亲水、疏水、阳离子、阴离子和金属离子整合芯片)和生物表面芯片(抗原抗体、受体配体和DNA蛋白质芯片等)。化学表面芯片用于检测未知蛋白,并获取指纹图谱;生物表面芯片可显示与之结合的抗原或配体的不同分子量亚型。目前常将蛋白在芯片、SELDI相结合来研究差异表达蛋白质,即不同的蛋白质样品和同一种蛋白质芯片相作用,洗掉未结合的蛋白质,然后用SELDI进行分析鉴定。它可用于对血清及组织样品中的各种蛋白质直接进行检测,特别适于以往蛋白质分析的盲区,即对低分子量、低丰度和疏水的蛋白质进行研究。因此,在蛋白质组学的研究中与目前常规方法相比具有较显著的优势。

5.展 望

近年来针灸血清的研究成为一大亮点,研究者认为针灸血清中含有某些活性物质,从而发挥治疗和预防疾病的作用。目前对针灸血清成份的研究,虽取得了一定成果,但尚未完全揭示其本质,今后应进一步结合蛋白质组学技术,进行针灸血清的研究。在针灸血清种类研究方面,目前主要集中在针刺血清,电针血清,艾灸血清和天灸血清,其它报道较少,今后可以结合更多的特色针灸方法,对其血清进行相关研究[6]。如对自血穴位注射等具有特色疗法的针灸血清进行深入、系统研究,对于揭示针灸血清的作用机理,可能具有突破性意义。对于针灸血清的作用机理,当前学者多结合具体病种,从细胞水平或信号转导途径等进行研究,针灸血清可能通过多靶点,多途径发挥作用,今后研究角度应进一步深入。

参考文献

[1]杨永清,陈汉平,王宇,等。针灸效应物质基础研究。针刺研究,2007,32(12):399-401

[2]王宇,杨永清,陈汉平,等。“针灸血清” 研究进展。上海针灸杂志,2007,26(1):12-15

[3]PAGE M J,GRIFFITHS T A M,BLEACKLEY M R,et al. Proteomics applications relevant to transfusion medicion. Trans Med Rev,2006,20:63-74

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[5]Baumann S, CeglarekU, FiedlerGM, et a.l Stardardized approach to proteome profiling of human serum based on magnetic bead separation and matrix-assisted laser desorption/ionization time - of- flight mass spectrometry[J]. Clin Chem, 2005, 51(6): 973-980

蛋白质组学范文第2篇

关键词:中医证候; 蛋白质组学; 中医基础研究

Application of Proteomics in the Field of TCM Syndrome

HONG Ming-chao1,MAO Zhu-jun2

(1.Putuo District Shiquan Street Community Health Service Center,Shanghai 200061,China;2.Longhua Hospital Affiliated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 200033,China)

Abstract:This paper summarized the main TCM Syndromes of combination principle and proteomics, reviewed the application of proteomics technology in the TCM syndromes in 5~10 years, and the future development of Chinese medicine syndrome proteomics prospect. Expand the application fields of proteomics in medicine, explain the meaning of the theory of traditional Chinese medicine from a new perspective.

Key words:TCM syndromes; Proteomics;Basic research of traditional Chinese Medicine

证候是中医学的重要内容,指导着中医对疾病发生、发展及其表现的认识,是认识疾病和辨证论治的主要依据。中医证候研究的关键在于从不同的疾病或同一疾病的不同病理阶段找出共同的病理环节,寻找证候的物质基础和发生机理。近年来,中医证候学的发展和蛋白质组学进行交叉,以其独特的理论与视角, 给中医理论赋予现代最前沿的科学内涵。

1理论基础

在中医学理论中,辨证论治是最显著的特点之一,证候则是辨证论治的核心。所谓证候,是在广泛收集临床症状、体征的基础上,对疾病过程中某一阶段的病理概括。由于它包括了病变的部位、原因、性质以及邪正关系,反映出疾病发展过程中某一阶段的病理变化的本质,因而它比症状更全面、更深刻、更正确地揭示了疾病的本质,并可以表现出"同病异证、异病同证"。

证候研究是中医基础研究的一个关键的科学问题,它也是连接临床和基础理论的桥梁。在证候规范化研究中,证候的诊断标准的研究是一项主体工作,也是证候规范化研究的重点和难点。

随着基因图谱的完成 ,生物医学研究进入后基因组时代 ,蛋白质作为生命活动的功能物质成为人们的研究热点[1]。蛋白质组学的建立为中医证本质的研究提供了有效的研究手段。从中西医结合的角度,中医证本质的含义是指引起证发生发展的物质基础,这些物质决定着证发生发展的动态变化过程,是在证发生发展过程中产生的特殊物质[2,3]。利用蛋白质组学研究中医的"证",可以揭示与某一证候相关的所有蛋白质及其特征,在分子水平上阐明证的本质[4]。

2应用研究

近年来应用蛋白质组学技术进行的证候基础研究主要有动物模型和临床实验两方面。

2.1动物模型钟小兰等以束缚制动法制备肝郁证大鼠模型, 二维凝胶电泳(22DE) 分离大鼠血清蛋白质, 获得差异表达蛋白质;利用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI2TOF2MS) 和数据库分析鉴定差异表达蛋白质,发现6个具有明显表达差异的蛋白质斑点,证实从蛋白质组学的角度研究证实质是可行的[5]。

2.2临床实验按照目前所临床采集的研究标本的种类分类,可分为血液及舌苔两种类型。

2.2.1血清学研究刘希成等利用双向电泳分析的老年体虚肾阳虚患者和正常人的血清样本,对比分析pH4~7范围的22DE谱图,共鉴定出49种差异蛋白质,其中有10 种在肾阳虚血清异表达,有6种在健康组血清异表达。蛋白功能分析发现,其中33种蛋白质的差异表达与肾阳虚证密切相关,为阐明中医肾阳虚证的机理提供了一条新途径[6-7]。

曾星等应用双向电泳技术分析原发性高血压肝阳上亢患者及正常对照者外周血单个核细胞的蛋白图谱,结果发现高血压肝阳上亢病例独自所有的点有515个,可能与高血压肝阳上亢证候相关。

王忆勤、李福凤等采用表面增强激光解吸离子化蛋白质芯片分析仪对例慢性胃炎湿证、例湿证治疗患者及例正常人血清蛋白质表达谱进行研究,发现慢性胃炎湿证患者蛋白质质谱出现高表达趋势其波峰基本在10个单位以上,湿证治疗患者与正常人上述波谱峰呈低表达趋势湿证治疗患者波峰基本在10个单位左右或以下,正常人波峰基本在5个单位以下,证实血清蛋白质组学分析对探索慢性胃炎湿证的生物学理论基础有一定意义。

何磊[8]等采用SELDI-TOF-MS蛋白芯片技术对慢肾衰患者湿证组与湿证治疗组的血清蛋白质表达谱峰进行研究,并运用层次聚类分析和主成分分析对湿证组和湿证治疗组进行分析,发现的6个差异蛋白质谱峰与这两组相关联系较密切的血清蛋白质因子,且湿证组的差异蛋白质谱峰表达值低于湿证治疗组;中医虚证各证型组之间的差异蛋白质谱峰能在一定程度上区别各证型组。

2.2.2舌苔研究背景:舌诊在中医学中占有十分重要而独特的地位。用现代科学方法阐明舌苔原理、实现舌苔的客观化、微观化,是中医现代化基础研究中的一个重要课题。近年来,也有研究者运用现代生命科学前沿的蛋白质组学技术探讨舌苔原理及其现代生命科学本质内涵,拓展了蛋白质组学在中医学方面的应用领域,从新的视角阐释中医理论的内涵。

程亚伟等对慢性肾功能衰竭中医湿证、湿证治疗患者与正常对照组人群舌苔上清液样本进行蛋白质组学研究,建立了基于蛋白芯片的舌苔上清液中蛋白的提取方法,应用SELDI-TOF-MS技术筛选出慢性肾衰组与正常对照组舌苔样本之间有13个差异蛋白质谱峰有统计学意义,为慢性肾衰的早期诊断提供了客观依据。并筛选出慢性肾衰中医湿证组、湿证治疗组及正常对照组之间有11个差异蛋白质谱峰有统计学意义,并发现四个差异质谱峰在慢性肾衰中医湿证的发生发展中可能具有一定的意义。

参考文献:

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[2]刘为民.中医证候学研究与证候蛋白质组学[J]. 中医药学报,2003,31(3):1.

[3]金光亮.证候基因组学与证候蛋白质组学浅论[J].中医药学报,2003,18(6):332.

[4]Banks RE, Dunn MJ, Hochstrasser DF,et al. Proteomics:new perspectives, new biomedical opportunities[J]. Lancet,2000, 356:1749 -1756.

[5]Joseph Macri, Stephen TRapundalo. Application of proteomicsto the study of cardiovascular biology[J]. Trends CardiovascMed , 2001, 11:66-75.

[6]Shen Y, Berger SJ, Anderson GA,et al. High-efficiencycapillary isoelectric focusing of peptides[J]. Anal Chem,2000, 72:2154 -2159.

蛋白质组学范文第3篇

摘要:蛋白质组学是在后基因组时代出现的一个新的研究领域,肿瘤蛋白质组学是其重要分支。本文从甲状腺肿瘤特异性分子标志物以及甲状腺癌治疗的分子靶点等几个方面,详细介绍了近几年来甲状腺肿瘤蛋白质组学的研究现状。

关键词:甲状腺癌;肿瘤蛋白质组学;二维凝胶电泳;质谱

Progress in research of thyroid oncoproteomics

Shi Bingyin, Li hao

(Department of Endocrinology, the First Affiliated Hospital, Medical School of Xian Jiaotong University, Xian 710061, China)

ABSTRACT: Proteomics is a new research area of the postgenomic era. Oncoproteomics is an important branch of it. Here we discuss the investigative outcome of thyroid oncoproteomics in recent years, such as specific tumor biomarkers and antineoplastic drug.

KEY WORDS: thyroid cancer; oncoproteomics; twodimensional electrophoresis; mass spectrometry

甲状腺癌是内分泌肿瘤中最常见的一种,目前已从基因水平对其进行了广泛研究,但基因的功能最终需要通过相应的蛋白质发挥作用,而在DNAmRNA蛋白质的转录及翻译过程中存在转录后剪切、翻译后修饰加工等多种方式,所以基因与蛋白质的表达之间存在着一定差异,有必要从蛋白质整体水平揭示肿瘤的发生发展,阐述其癌变本质。肿瘤蛋白质组学借助蛋白质组学研究技术,如二维凝胶电泳(twodimensional electrophoresis, 2DE),电喷雾电离质谱(electrospray ionization mass spectrometry, ESIMS)、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(matrixassisted laser desorption ionization timeofflight mass spectrometer, MALDITOFMS)等,可动态、整体、定量的考察甲状腺癌发生发展过程中蛋白质种类、数量的改变,比较肿瘤细胞与正常细胞蛋白质的表达差异,帮助研究者寻找用于肿瘤诊断及指导治疗的特异性分子标志物[1]。现将近几年来甲状腺肿瘤蛋白质组学的研究进展介绍如下。

1 诊断甲状腺肿瘤的特异性分子标志物

1.1 Galectin3 Galectin3(Gal3)是β半乳糖苷酶结合蛋白家族成员,分子质量为31ku,主要存在于细胞质中,亦可位于胞膜及胞核。已有研究证明[2],Gal3可作为甲状腺恶性肿瘤特别是甲状腺状癌(papillary thyroid carcinoma, PTC)的一个表型特征,考虑Gal3的表达和PTC细胞保持高度增殖活性有关,但其具体作用机制仍不明确。Paron等[3]利用2DE和MALDIMS方法研究大鼠甲状腺细胞系FRTL5和Kiras癌基因转化细胞系Kimol的细胞核蛋白质表达差异,发现Gal3过度表达于Kimol中,而在FRTL5中不表达。研究表明Gal3通过和甲状腺转录因子(thyroid transcription factor1, TTF1)的同源结构域相互作用使TTF1的转录活性上调,其N末端还可和细胞内的单链DNA及RNA结合。TTF1是NKx型蛋白的一种,这些蛋白具有高度保守的同源结构域序列,故NKx同源盒基因家族其他成员也可和Gal3相互作用。TTF1是甲状腺特有的甲状腺球蛋白和甲状腺过氧化物酶基因转录的调控因子,它的表达水平和甲状腺细胞增殖水平成正比。Gal3通过和TTF1的相互作用调控甲状腺细胞的生长分化过程,在肿瘤的转化和转移方面起重要作用。

1.2 DDIT3、ARG2、ITM1和C1orf 24 Cerutti等[4]在研究甲状腺滤泡癌和滤泡性腺瘤的蛋白质表达差异过程中,发现4种蛋白质的表达有统计学意义。它们分别为DNA损伤诱导转录因子3(DNA damageinducible transcript 3, DDIT3)、2型精氨酸酶(arginase type Ⅱ, ARG2)、膜整合蛋白1(integral membrane protein 1, ITM1)和1号染色体开放读码框架24又名niban蛋白(chromosome 1 open reading frame 24, C1orf 24)。进一步利用免疫组化方法研究发现,85.2%(23/27)的甲状腺滤泡癌DDIT3和ARG2的表达均为阳性,而甲状腺滤泡型腺瘤DDIT3和ARG2双阳性率仅为9.4%(3/32),联合检测DDIT3和ARG2诊断甲状腺滤泡癌,准确率可达83%。DDIT3在细胞应激及DNA损伤修复时表达,细胞内RAS和PAX8PPARG通路亦可激活其表达,推测DDIT3和肿瘤细胞的恶性增殖及浸润性有关[5]。ARG2是精氨酸酶同工酶的一种,位于线粒体内,可将精氨酸水解为鸟氨酸及尿素,而鸟氨酸可以脱羧生成腐胺,然后转变为多胺。多胺是重要的生物学调控物质,在细胞分化、细胞周期的调节中起关键作用。精氨酸酶活性增加可导致细胞内鸟氨酸水平升高,进而促使癌症发生。ITM1是一个高度保守的蛋白,推测它是一种新型通透酶。C1orf24分布于骨骼肌、胰腺及前列腺内,在甲状腺癌中的作用尚不明确。

1.3 组织蛋白酶B Srisomsap1等[6]利用2DE对多种甲状腺疾病组织的蛋白质表达情况进行了研究,共分离出32个特异性蛋白质点,分子质量在15-30ku之间,等电点在4.5-6.5左右。这些蛋白质功能各有不同,包括参与构成细胞骨架的相关蛋白(肌动蛋白、原肌球蛋白、肌球蛋白)和蛋白构象改变有关的蛋白质――热休克蛋白27,与转录及翻译有关的蛋白(核苷二磷酸激酶、延长因子1β)以及超氧化物岐化酶、组织蛋白酶B(cathepsin B, CB)等。CB是细胞溶酶体中的一种半胱氨酸蛋白酶,可降解层连蛋白、纤连蛋白、IV 型胶原等细胞外基质成分。研究表明, CB在乳腺癌、甲状腺癌、肺癌、卵巢癌等多种恶性肿瘤中表达上调,且活性明显升高[7]。肿瘤细胞CB的表达上调及活性增强有助于降解基底膜主要成分――层粘蛋白和IV 型胶原,同时CB通过激活其他蛋白酶如胶原酶、尿激酶等产生协同作用使肿瘤易于侵袭及扩散。利用ESIMS分析CB,结果显示有4个特异性的斑点:CB1、CB2、CB3、CB4,其中CB2、CB3在甲状腺滤泡型腺瘤、PTC和甲状腺滤泡癌中的表达明显上调,而在结节性甲状腺肿和Graves病中表达减低。提示可以通过检测CB水平鉴别那些在显微镜下难以区分的甲状腺滤泡型腺瘤和结节性甲状腺肿。

1.4 MnSOD Russo等[8]研究发现甲状腺状癌细胞系TPC1和甲状腺未分化癌细胞系ARO的细胞核蛋白质2DE电泳图谱大致相似,其中有一个蛋白质点较为特殊,在TPC1中的表达显著升高,而在ARO中检测不出。利用MALDIMS肽质谱指纹鉴定后证实该蛋白为锰超氧化物岐化酶(Mn superoxide dismutase, MnSOD),免疫组化法表明MnSOD在正常甲状腺细胞的胞浆及胞核内均有表达,在PTC及甲状腺滤泡癌的胞核内表达水平明显降低,而在甲状腺未分化癌中几乎不表达,提示MnSOD可作为诊断甲状腺未分化癌的分子标志物。MnSOD在甲状腺细胞内的表达由TSH通过不依赖cAMP的途径调控。它可以有效清除胞内氧自由基,影响细胞信号传导通路,并可在基因水平调节转录因子的活性。考虑MnSOD在细胞核内表达水平的改变同细胞失去分化功能及具有侵袭性的改变是一致的,所以认为MnSOD可能是一种肿瘤抑制物,通过多种途径诱导细胞凋亡。

1.5 Maspin Boltze等[9]利用蛋白质组学方法研究原代培养的甲状腺细胞(primary cultured thyrocytes, PT)及2.0Gyα粒子照射PT后的转化细胞(transformed thyrocytes, TT)的蛋白质表达差异。TT在生长动力学方面显示出与PT巨大的差别,包括缺少接触抑制,分化较差等。利用2DE电泳技术分析PT和TT的蛋白质表达,分别分离出1220±43和1228±55个蛋白质点,其中554号蛋白质点较为特殊(分子质量39606u,等电点5.90),其表达丰度在TT中显著升高,经MALDIMS肽质谱指纹鉴别后证实该蛋白为Maspin蛋白。Maspin是一种抑制肿瘤的丝氨酸蛋白酶抑制剂[10]。研究表明Maspin和p53基因相互作用,在体外和体内抑制血管生成。免疫组化法证明Maspin蛋白可特异性的高表达于PTC,表达率为70%,而在正常甲状腺组织及其他几种甲状腺癌组织中几乎不表达。Ito等[11]研究证明,Maspin在分化较差的PTC细胞中的表达显著增多,而在分化较好的PTC细胞中的表达则相对减少。推测Maspin在PTC的发生和转归方面起着重要作用,但其具体作用机制仍有待进一步的研究[12]。

2 治疗甲状腺肿瘤的分子靶点研究

Paron等[13]利用2DE和MALDITOFMS方法研究大鼠甲状腺细胞p53基因突变株的蛋白质表达差异,大约有300个特异性蛋白质点被分离出,其中2个热休克家族的蛋白质,热休克蛋白90(Hsp 90)和热休克蛋白60(Hsp 60)表达上调,研究发现Hsp 90表达上调和哺乳动物的细胞增殖功能及p53突变株的稳定性密切相关,故Hsp 90可在癌细胞中过度表达。目前一系列以Hsp 90为靶点的抗癌药物正在研制当中[14],其中Hsp 90抑制剂格尔德霉素的衍生物17烯丙胺17脱甲氧格尔德霉素(17allylamino17demethoxygeldanamycin, 17AAG)在英国和美国已进入Ⅰ期临床试验。格尔德霉素可以特异性地作用于Hsp 90的ATP结合位点,抑制其ATPase活性,还可以通过调节Hsp 90的表达而发挥作用。Park等[15]研究发现格尔德霉素可以抑制甲状腺癌细胞的增殖,使突变的p53基因表达下调,并且抑制表皮生长因子介导的癌细胞浸润行为。Marsee等[16]研究证明,格尔德霉素可以通过减少甲状腺细胞对碘的清除作用来提高其浓集碘的能力,提示格尔德霉素可以作为131I治疗甲状腺癌的辅助药物。BragaBasaria等[17]将17AAG加入到各种甲状腺癌细胞系的培养基中后发现,在0.1mmol/L 17AAG的培养基中培养72h后,甲状腺状癌细胞生长部分受抑,甲状腺滤泡癌细胞生长完全受抑,甲状腺未分化癌细胞大量死亡,故甲状腺未分化癌细胞对17AAG的细胞毒性作用最敏感,而状癌细胞的敏感性最差,且癌细胞对17AAG的敏感程度和胞内Hsp 90水平成正相关。进一步研究发现17AAG只能促使甲状腺癌细胞死亡,而不能诱导其凋亡,推测甲状腺癌细胞抗凋亡的机制可能和抑癌基因的突变有关。目前对格尔德霉素治疗甲状腺癌的研究仅限于基础理论方面,尚未有动物实验报道。

3 甲状腺状癌细胞膜表面糖基化大分子的研究

研究表明,PTC细胞膜表面成分可被硫酸角质素(keratan sulfate, KS)异常糖基化,Magro等[18]利用抗KS抗原决定簇的单克隆抗体(373E1)研究了各种甲状腺组织中KS的表达情况。结果显示PTC的免疫组化染色阳性率为100%,且和组织学分型、瘤体大小、有无转移无关。甲状腺滤泡癌的免疫组化阳性率仅为21%,其他甲状腺组织几乎不表达KS结合蛋白成分。通过蛋白质组学技术,证明PTC特异性KS结合蛋白是甲状腺球蛋白(thyroglobulin, Tg)和转铁蛋白(transferrin, TF)的特殊糖化形式,且KS糖化型Tg在PTC的表达较KS糖化型TF多,二者相对比为11.8∶1。进一步研究发现,KS糖化型Tg和TF因其特殊糖化形式和较大的分子质量,与正常Tg和TF相比,表现为不同的活体内蛋白水解形式,KS糖化型Tg可保护自身不被组织蛋白酶K、梭菌蛋白酶及凝血酶分解,一些KS糖化型Tg的蛋白水解片段被鉴别后证实,和PTC特异性癌胚蛋白纤维结合素有相似的分子质量。KS糖化型Tg为甲状腺癌的研究提供了方便,对于那些术后需要长期监测血清Tg水平的PTC患者,未来可以监测更为特异性的血清KS糖化型Tg水平来评估病人的预后。

4 展望

目前,国内外肿瘤蛋白质组学研究正在蓬勃开展,其中结肠癌、乳腺癌的蛋白质数据库已建设完成,人们可直接在互联网上查询。肿瘤蛋白质组学在研究肿瘤发病机理、发现抗肿瘤药物的作用靶点、新药筛选与药物毒副作用分析等方面有巨大的实用价值。相对于其他实体肿瘤,甲状腺癌的蛋白质组学研究起步较晚,随着蛋白质组学技术平台和生物信息学的发展完善,基因组学、基础肿瘤学等各学科的优势发挥和有效衔接,最终将会描绘出甲状腺肿瘤的蛋白质网络,建立癌细胞和正常细胞信号传导通路的数学模型,利用这一模型,研究者可以发现新的蛋白质,了解各类信号传导通路在细胞生长、分化、成熟以及凋亡过程中的作用,进而为甲状腺肿瘤的诊断及干预治疗提供分子基础[19]。

参考文献:

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蛋白质组学范文第4篇

【关键词】慢性肺动脉栓塞;蛋白质组学

【中图分类号】R563.4 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484(2012)13-0468-01

慢性血栓栓塞性肺动脉高压栓子来源于急性肺动脉栓塞或者长期的原位肺动脉栓塞造成的,它是初始血栓溶解不全、深静脉血栓反复脱落造成的[1]。本研究从蛋白质水平上,通过比较分析慢性肺动脉栓塞症发生过程中的差异蛋白表达谱以及特异标志蛋白,为慢性肺动脉栓塞症的诊断、治疗以及发病机制提供理论依据。现将方法与结论阐述如下:

1 材料与方法

1.1 建立兔慢性肺动脉栓塞疾病模型

血凝块注入法造模:取体重在2.5kg左右的新西兰大白兔40只,分为实验组与对照组。1%戊巴比妥腹腔注射麻醉。从腹主动脉中抽取2ml左右血液,置于含有凝血酶的器皿中,静置24小时,等渗氯化钠溶液冲洗,去掉血清,将栓子剪成0.5mm大小。加入少量生理盐水后,将25个栓子注射入实验组大白兔颈静脉中,2周后再次注射栓子造模。对照组单纯注射生理盐水。通过肺动脉血管造影检查确定造模成功。肺动脉栓塞动物模型20只,对照组20只。

1.2蛋白质提取

取2g实验组与对照组肺组织,将其放置在研钵中,置于冰上行低温操作,用眼科剪将椎间盘剪成大小为1mm×1mm×1mm。液氮冰浴条件下将肺组织研磨碎,置入5.0ml Eppendorf 管中,将1g肺组织加入2.5~3ml裂解液中,振荡60分钟,20,000g/min,4℃离心1小时,进行蛋白质浓度定量检测。

双向凝胶电泳(2-DE):包括了IFE和SDS-PAGE等步骤。

IFE:分别用已加入18 mM DTT的泡胀液Ⅰ含400μg蛋白的样品至255μl,混匀后加入IPG胶条槽中。IPG胶条(13cm,3-10NL)胶面朝下放入胶条槽中,均匀接触泡胀液并不留气泡,加700μl胶条覆盖液,减少蒸发和尿素结晶,槽上加盖,置于IPG Phor水平电泳仪电极板上,盖上安全盖。泡胀和聚焦在20℃下自动进行,25μA/胶条,总伏小时约55-60Kvh。

SDS-PAGE :

1.2.1 平衡:等电聚焦电泳结束后,用双蒸水将IPG胶条上的覆盖液洗掉,水沥净,IPG胶条放入试管内,支持膜贴管壁,先后在SDS平衡液Ⅰ和平衡液Ⅱ中各平衡15 min。

1.2.2 灌胶:IPG胶条平衡的同时灌胶,本研究采用常用的分离14-100KDa范围蛋白的12.5%均一胶,凝胶配方见表。水饱和正丁醇封胶,水平静置不少于30 min。

转移:胶凝后,水冲净正丁醇。将平衡好的IPG胶条转移至SDS-PAGE胶上端(胶条两测及与PAGE胶接触面不留气泡),0.5%的琼脂糖(40-50℃)封胶。

通过双向凝胶电泳分离蛋白、银染,PD-Quest图像分析,选择、切取蛋白点原位酶解得到肽混合物,经过LCQ-MS-MS分析得到肽质纹谱,肽序列标签。进行数据库检索,蛋白质鉴定。

1.3 统计学分析

对所有数据均采用SPSS15.0进行分析,对计数资料采用卡方检验,检验水准设定为a=0.05,当p

2 结果

2.1通过检测发现,观察组患者的蛋白组分含量较对照组均较低,其中APOL1差异最明显,比值为0.34(p

3 讨论

原发性慢性肺动脉栓塞是肺动脉原位血栓形成或急性肺动脉栓塞引起,继发性慢性肺动脉栓塞是因为血栓不能够完全溶解脱落、深静脉血栓形成加之反复脱落等引起。病理改变表现为肺小血管痉挛、血管内膜损伤、弹性纤维增多、血栓机化等。引起肺动脉慢性炎症继发增厚,管腔变窄闭塞,肺动脉压力增高、发展为慢性肺动脉栓塞症[2]。因为其临床表现不具备特异性、造成漏诊及误诊,肺动脉造影可以做出诊断。慢性肺动脉栓塞症因其诊断困难、预后较差。手术介入有肺动脉内膜剥脱术,但其治愈率仍较低。因此,认识慢性肺动脉栓塞症的疾病发生发展规律具有重要意义,它可以有效的提高患者生命质量。

国内李圣清等[3]首次运用蛋白质组学在急性肺动脉栓塞大鼠血清未祛除其中的高丰度蛋白,找出差异蛋白点28个,鉴定出了24个蛋白,归纳为6大类:分别为补体蛋白、转运蛋白类、快速时相蛋白类、脂蛋白类、细胞周期相关蛋白、血清蛋白酶。这些差异表达蛋白分子的鉴定为我们寻找肺栓塞的诊断标志物提供了线索。

这些差异表达蛋白分子的鉴定为我们寻找肺栓塞的诊断标志物提供了线索。蛋白质组学是一门新兴的学科,它可以对蛋白质的性质特征进行鉴别,对心血管疾病发生过程中的差异蛋白进行鉴定,成为早期诊断、治疗心血管疾病的方法,对疾病的转归有着重要影响[3]。本研究寻找慢性肺动脉栓塞模型中蛋白质组学差异,对差异蛋白进行分离鉴定,以期找到疾病的特殊标记蛋白,得出了APOL1在慢性肺动脉栓塞中具有重要作用,以期指导慢性肺栓塞的诊断和临床治疗。

参考文献

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[2] 陆慰萱,王辰.肺循环病学[M].北京:人民卫生出版社,2007:491-503.

蛋白质组学范文第5篇

关键词 杨树;高温胁迫;蛋白质组学;应答机制

中图分类号 S792.11 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)08-0149-02

Abstract Populus species has always been considered as appropriate tree species for forestation.Heat stress is the major abiotic stress factors affecting Populus plant growth and distribution.The proteomics researches on heat-responsive proteins in Populus species have provided important information for further understanding the regulation mechanism.In this paper,the heat-responsive proteins in Populus species were analyzed integratively.It provided important information for revealing the metabolic pathways in heat-responsive networks.

Key words Populus; heat stress; proteomics; responsive mechanism

杨属(Populus)植物主要分布于北半球的温带和寒带,少数分布于热带。杨树是主要造林树种,也为人们提供能源和耗材,如被用于造纸业、建筑业以及畜牧业的饲料等。人们已经获得了杨树的全基因组序列,其无性繁殖系的基因型也较易于鉴定,适合作为林木研究的模式植物[1]。高温对杨属植物生长、发育以及分布都有很大影响。高温胁迫破坏细胞膜结构的完整性,影响植物体内RNA与蛋白质结构,干扰细胞骨架动态重塑,改变酶促反应速率,导致植物体内代谢紊乱[2-4]。深入研究杨属植物应答高温的分子机制对于提高其抗逆性和培育耐高温新品种具有重要意义。近年来,人们利用蛋白质组学研究策略,已经得到了胡杨(Populus euphr-atica Oliv.)叶片、杨树(Populus tremula L.× Populus alba L.)叶片和形成层细胞应答高温过程的232种蛋白质。本文整合分析了杨树应答高温胁迫的蛋白质丰度变化特征,为深入研究杨属植物应答高温的调控机制提供了线索。

1 光合作用相关蛋白质

Durand等[5]的蛋白质组学研究表明,杨树在30 ℃和42 ℃时叶片中RuBisCO的丰度下调,当温度恢复至22 ℃,7 d后这种变化消失。而通常在热休克处理的植物中光合作用相关蛋白质的丰度增加,这有助于补偿它们活性的损失[6]。热休克处理的杨树中,RuBisCO的丰度在42 ℃时和温度恢复至22 ℃后都升高,这与光合速率的升高相一致[5]。这表明植物通过调节蛋白质合成而非蛋白质降解途径调控植物应对热胁迫[7]。

高温影响光合电子传递链,其中PS II对高温高度敏感,而PS I热稳定性相对较强。高温胁迫使PSI的线性电子流受到影响,一部分线性电子流被环形电子流取代,从而使PSII活性降低[8]。Ferreira等[1]对42/37 ℃处理3 d的胡杨叶片蛋白质组的研究结果表明,光系统I D亚基(PSI-D)丰度上调,有助于维持PSI的结构稳定性。此外,ATP合酶CF1 α亚基丰度上调。在热胁迫条件下CF1 α亚基对ATP合酶的装配过程有重要作用,ATP合酶的α亚基含有ATP结合并稳定CF1部分的非催化位点,热胁迫条件下叶绿体中ATP合酶的α亚基、β亚基、γ亚基相互作用可稳定叶绿体CF1部分[9]。

2 碳代谢相关蛋白质

热胁迫影响碳代谢过程中关键酶的积累。在30 ℃条件下,杨树形成层中糖酵解/糖异生相关的酶,如果糖二磷酸醛缩酶、磷酸丙糖异构酶和甘油醛-3-磷酸脱氢酶的丰度都上升。这些表明杨树在热梯度处理时,糖类利用的增加为代谢调节提供所需的能量。此外,形成层中蔗糖合成酶丰度下调,这与形成层的热敏感性相关。

此外,Ferreira等[1]的蛋白质组学研究表明,42 ℃处理初期(6 h)的胡杨叶片中转酮醇酶的丰度降低,这表明短期胁迫导致戊糖磷酸途径中碳通量减少,该酶在戊糖磷酸途径中参与磷酸糖类的合成。42/37 ℃处理30 h后的胡杨叶片中烯醇酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺脱氢酶,以及磷酸甘油酸变位酶的丰度都上调,这表明高温胁迫初期糖酵解加快,硫胺素的生物合成增强[10]。胡杨受高温胁迫54 h后,依赖NADP的苹果酸酶的丰度下调与高温胁迫54 h后碳代谢速率降低有关[1]。

3 其他代谢

高温条件下,植物体内氨基酸合成、脂肪酸合成,以及硫代谢等基础代谢过程受到诱导。Ferreira等[1]的研究表明,胡杨应答42 ℃高温过程中,叶片中酮醇酸还原异构酶、生物素羧化酶和ATP硫酸化酶的丰度都上调。这表明氧化胁迫导致氨基酸与脂肪酸合成增强,有利于清除细胞中有毒代谢物[5]。

4 胁迫与防御相关蛋白质

梯度高温条件下,杨树叶片中类萌发素蛋白丰度改变,该蛋白催化的反应能产生H2O2,从而诱导植物发生防御反应[7,11]。热休克处理下杨树形成层中富含甘氨酸的蛋白质与包含有冷休克结构域和核苷酸结合结构域的细胞壁相关蛋白质的丰度上调[12],这类蛋白质受高温诱导,在维持胁迫诱导的转录物稳定性方面有重要的作用[13]。

5 氧化还原相关蛋白质

高温胁迫条件下,杨树通过调节氧化还原相关蛋白质的积累防止氧化胁迫对其造成的氧化损伤。Durand等研究了杨树应对梯度高温和热休克时叶片和形成层中的蛋白质变化。梯度高温处理诱导形成层中醛/酮还原酶和抗氧化蛋白的丰度增加,通过阻止氧化损伤提高植物的耐热性[14]。2种胁迫都导致叶片中乙醇酸氧化酶的丰度下调,利于阻止有毒的乙醇酸积累。此外,Ferreira等[1]发现,胡杨应答42/37 ℃高温胁迫过程中,硫氧还蛋白h的丰度上调,利于调节高温胁迫导致的电子传递链氧化胁迫程度[15]。

6 蛋白质代谢相关蛋白质

Ferreira等[1]研究了胡杨应答42/37 ℃胁迫时叶片中蛋白质的变化,伴侣蛋白10与伴侣蛋白60β亚基的丰度上调。在高等植物中伴侣蛋白10协助伴侣蛋白60参与RuBisCO的折叠/装配,伴侣蛋白60β亚基的主要功能与其他一些防御蛋白的功能相似,帮助蛋白质折叠,防止发生错误折叠。此外,Durand等[5]的研究表明,热激胁处理条件下杨树叶片中伴侣蛋白GroES的丰度增加,而梯度高温条件下与蛋白质折叠相关的新生多肽的α亚基的丰度持续降低。

7 转录/翻译相关蛋白质

Ferreira等[1]研究表明,胡杨叶片中ATP合酶ε亚基、富含甘氨酸的RNA结合蛋白质,以及50S核糖体L12-1蛋白质的丰度在42 ℃胁迫初期下调。富含甘氨酸的RNA结合蛋白质在胁迫条件下结合RNA,以保护蛋白分子。50S核糖体L12-1蛋白质是蛋白合成相关因子的结合位点,对于能够进行准确的蛋白质翻译有重要作用[16]。

8 结论

定量蛋白质组学研究结果揭示了杨属植物应答高温胁迫的网络调控机制,主要包括:①调节碳与能量代谢相关酶的丰度从而调整能量代谢水平;②调节氨基酸合成、硫代谢等从而调控植物基础代谢状态;③提高抗氧化酶系统相关酶的丰度从而维持体内ROS平衡;④光合作用相关蛋白质丰度变化,维持光合机器结构的稳定;⑤分子伴侣类蛋白质的丰度上升,有助于蛋白质正确折叠。这些结果为进一步研究杨属植物应对高温胁迫的分子网络调控机制提供了有价值的信息。

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