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而不能惊长篇回顾｜蛋白质组学的发展：生命科学的里程碑
011 蛋白质组学概念的提出早在18世纪，人类就发现了蛋白质这一类型的生物分子，然而直到1938年，瑞典化学家Jons Jakob Berzelius才明确提出了蛋白质的概念，指出蛋白质是由氨基酸组成的一类生物大分子。1949年，英国科学家Frederick Sanger首次测得了蛋白质牛胰岛素的氨基酸序列，并验证了蛋白质由氨基酸组成，他也凭借此项研究成果获得了1958年的诺贝尔化学奖。就在同一年，英国科学家Francis Crick首次提出分子生物学中心法则，这是20世纪生命科学领域最重要的发现之一 ：脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）是生物体内遗传信息的载体，DNA以自身为复制模板，通过转录作用将遗传信息传递给核糖核酸（ribonucleic acid，RNA），成熟的信使RNA（messenger RNA，mRNA）在核糖体上被翻译成一条长肽，然后经折叠加工形成具有生理活性的成熟蛋白。蛋白质是生命的物质基础，作为生物体活动功能的最终直接执行者，对生命活动的实现具有十分重要的作用，参与了生物体内几乎所有的生命活动过程。随着分子生物学技术的发展，蛋白质的诸多功能不断被研究和报道，如蛋白质可以作为离子通道参与信号转导等，人们愈发重视对蛋白质的研究。21世纪初，生命科学领域迎来了一个重要的里程碑——人类基因组草图的绘制完成。2001年由美国、英国、法国、德国、日本和中国科学家共同参与的人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）与Celera基因公司共同公布了人类基因组DNA序列草图，这也代表着人类在生命科学领域迈上了新台阶。2003年该计划的完成可以说是近半个世纪以来最激动人心的一项生命科学成就，它第一次揭示了人类的DNA序列信息，并提供了人类生命信息的蓝图。该研究成果分别发表在Nature、Science两大国际著名期刊上（Lander et al.，2001；Venter et al.，2001）。人类基因组计划因其破解人类遗传密码的里程碑式意义及对于遗传性疾病预防的潜在应用价值，与阿波罗登月计划、曼哈顿原子弹计划一起，并称为自然科学史上的三大计划。随着人类全基因组序列的破译和功能基因组学研究的展开，生命科学家越来越关注如何用基因组研究的模式开展蛋白质组学的研究。因此，Nature、Science在公布人类基因组草图的同时，分别发表了“And now for the proteome”和“Proteomics ingenomeland”的述评与展望（Abbott，2001；Fields，2001）。文中认为蛋白质组学将成为21世纪最大的战略资源，并将成为人类基因争夺战的战略制高点之一，这将蛋白质组学的地位提高到了前所未有的高度。事实上早在1994年，澳大利亚科学家Marc Wilkins便提出了蛋白质组（proteome）这一概念——表征基因组所能表达的全部蛋白。1997年，蛋白质组学（proteomics）的概念产生，其研究的主要内容是细胞、组织或器官内的全部蛋白质。此后该学科迅速发展，并得到了生命科学研究领域的重视。2001年，国际人类蛋白质组组织（Human Proteome Organization，HUPO）正式宣告成立，推动了蛋白质组学研究领域的发展。在2002年国际蛋白质组研讨会上，科学家明确提出了开展 “人类肝脏蛋白质组计划（Human Liver Proteome Project，HLPP）”的建议，并于2003年正式启动，至此人类蛋白质组计划的帷幕正式拉开。该项目也是我国科学家在生命科学领域领导的一次重大国际合作项目。蛋白质组学在细胞的增殖、分化、肿瘤形成等方面的研究中已经取得了不少成果和进展。尤其在癌症研究方面，已经鉴定到了一批肿瘤相关蛋白，这为相关疾病的早期诊断、蛋白质药物靶标的发现、治疗和预后提供了重要依据和线索。022 蛋白质组学的特点人类基因组序列的测定，标志着基因的研究迈上新台阶。随着基因测序技术的改进和成熟，人们对基因的研究更加便捷，对基因的认识也逐渐深入。目前认为可编码蛋白质的基因约20 000个。然而同一个基因可以表达出不同的信使RNA片段，而信使RNA在成熟过程中可能会出现剪切重组等，这显著增加了可表达蛋白的数目。同时，信使RNA翻译出的蛋白质会经历翻译后修饰（Berget，1995；Witze et al.，2007），实现对自身功能的调控，这进一步使蛋白质组的研究复杂化。此外，细胞内表达的蛋白质在时间和空间尺度上具有动态变化的性质，因此细胞内蛋白质的分析远比基因组的分析复杂和具有挑战性。基因组学的研究对象是DNA，DNA的性质较为稳定，且微量的目标样品可以通过PCR技术将其扩增，从而便于研究。目前DNA测序技术已较为成熟，且基因组学的数据库已相对完善，对于基因的研究已经进入了相对成熟的阶段。然而作为基因组后时代，蛋白质组目前尚处于探索和发展阶段。蛋白质组学研究的对象——蛋白质，其本身的性质不够稳定，可能同时存在多种不同的翻译后修饰类型，且其在不同细胞、组织内的表达丰度的动态范围较大。随着高分辨生物质谱技术的迅速发展及基于基因序列的蛋白质数据库的逐步完善，目前已可以实现对蛋白质氨基酸序列的测定，但是仍有大量的内容是未知的，包括蛋白质的定位、蛋白质与小分子的相互作用、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质的生命周期等。蛋白质组学的研究，可以从时间和空间角度对细胞、组织的蛋白质进行全面深入的研究，从而深入理解细胞如何利用蛋白质实现各种生理功能的调控。蛋白质组学亟待发展，研究技术也有待进一步发展和提升。033 生物质谱技术科学的进步往往带来技术的革新，而技术的革新会加速科学的发展。在蛋白质组学概念提出后的几年，由于受到研究技术的限制，发展十分缓慢。近些年，高分辨质谱技术（mass spectrometry，MS）的迅速发展，成为了蛋白质组学领域的核心技术。质谱技术是化学领域中研究化合物的一个重要手段。然而，直到软电离离子化技术的出现，才使得用质谱研究生物大分子成为了可能。2002年的诺贝尔化学奖授予美国科学家John Fenn和日本科学家Koichi Tanaka（“The Nobel Prize in Chemistry 2002”。Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 30 Apr 2015），以表彰他们在将软电离离子化方法用于生物大分子质谱分析方面所作出的贡献。John Fenn发明了电喷雾离子化方法（electrospray ionization，ESI）（Fenn et al.，1989）。样品在毛细管色谱柱中分离，经毛细管柱柱头流出时，在高压电场的作用下形成带电的小液滴。随着液滴的溶剂蒸发，液滴表面离子密度逐渐增大，当达到瑞利（Rayleigh）极限时，液滴发生破裂，形成更小的带电液滴。而后在电场作用下重复蒸发、分裂的过程，直至形成气相离子进入质谱，并被检测。该方法的优点在于可以实现从液态到气态分子的转变，产生的离子可以带有一个或多个电荷。Koichi Tanaka发明的基质辅助激光解析离子化技术（matrix-assisted laser desorption ionization，MALDI）利用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给生物分子，而电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分子得到质子，从而使生物分子电离（Tanaka et al.，1988）。由于电喷雾离子化可形成单电荷离子及多电荷离子而有别于其他的MS离子化技术，并能实现高效液相与质谱的串联。特别是在1994年，Wilm和Mann发展了纳升级喷雾离子源（nano-electrospray ionization source，nanoESI source），与传统的ESI源（流速1～100 L/min）相比，该离子源可以采用更小的溶剂流速（10～500 nL/min），并且电喷雾更稳定，生成的带电液滴更小，能在室温条件下更好地实现去溶剂化（Wilm and Mann，1996），所以在目前的生物质谱中尤其是蛋白质组学研究领域，nanoESI离子化技术应用较为广泛。此外，对于质谱仪而言，质量分析器是其核心部件。随着分辨率和检测速率的提高，质谱仪在蛋白质组学研究中的优势逐渐凸显。目前已有的质量分析器的类型有 ：磁质谱、双聚焦质谱、离子回旋共振质谱、四极杆、四极杆离子阱质谱、时间飞行质谱、傅里叶变换质谱、三重四极杆质谱、线性离子阱质谱、静电轨道场离子回旋加速质谱（Orbitrap）等。其中，Orbitrap无疑是近20年质谱技术中最重要的发明。它极大地缩小了高分辨质量分析器的体积，维护更方便，使得高分辨质谱的台式化和易用化成为了可能，从而便于应用和推广。Thermo公司于2005年推出了第一台商业化的Orbitrap型质谱仪，其分辨率达到了100 000 （m/z 400），最大扫描速度为1.0 Hz。目前高效液相串联质谱在蛋白质和蛋白质的翻译后修饰的鉴定分析方面起着重要的作用，其原理是待测样品经高效液相色谱分离之后，经离子源的离子化，进入质谱。在质谱内通过特定的方式，将母离子碎裂产生碎片离子 ；进一步对碎片离子进行检测，得到该分析物的质谱检测图谱。随后对该图谱进行分析，通过与蛋白质数据库中的理论图谱比对，从而将其氨基酸序列信息和含有的修饰解析出来。质谱技术在生物大分子领域中的应用越来越广，包括定性和定量的高通量蛋白质分析，高通量的蛋白质翻译后修饰分析，鉴定蛋白质-蛋白质相互作用和调控网络，鉴定蛋白质和小分子的相互作用，生物标志物的鉴定和研究等。044 蛋白质组学的研究进展近20年来，蛋白质组学领域的研究技术在不断地革新和提高。1989年，电喷雾离子化技术发明，使得用质谱分析生物大分子成为可能；1993年，肽指纹图谱技术发明，推动了蛋白质鉴定技术的发展 ；1996年，利用二维凝胶电泳技术，实现了对酵母全蛋白的分析 ；2002年，细胞培养稳定同位素标记（stable isotope labeling by amino acids in cell culture，SILAC）技术发明，使得定量蛋白质组学研究迈上新台阶。1998年，中国启动了“人类肝脏蛋白质组计划”。2010年，中国团队完成肝脏蛋白质组的检测，共鉴定到6788个蛋白质，至此第一个人类器官的全蛋白质组检测工作得以完成（He，2005）。但由于当时的技术局限，所鉴定的蛋白质的数目还远远没有达到理论上肝脏全蛋白质组的蛋白数。近几年来，生物质谱技术进一步发展，其检测灵敏度和分辨率明显提高，扫描速度也有了显著提升，已经具备了高通量深度蛋白质组学研究的条件。因而，关于全蛋白质表达谱研究工作的报道越来越多。基于质谱的飞速发展，科研工作者目前已经对细胞内的不同细胞器做了组学研究，包括线粒体、高尔基体、细胞核等。蛋白质组学领域的知名科学家Matthias Mann在2008年报道了用一个月的时间鉴定了接近8000个蛋白质的成果（Hubner et al.，2008）。2011年，经过样品制备方法的创新、色谱分离方法的优化和质谱仪器的升级，Mann团队通过利用样品处理新方法FASP（flter-aided sample preparation）对小鼠的肝脏组织进行蛋白质组学研究，最终在21 d质谱数据采集时间内鉴定了高于10 000个蛋白质（Wisniewski et al.，2011），这是目前最具深度的蛋白质组学研究之一。随着质谱仪准确度、分辨率和扫描速度的不断提高，Mann实验室在2014年利用Q Exactive超高分辨率质谱仪，在4 d时间内定量分析了小鼠肝脏组织样本中的11 520个蛋白质（Azimifar et al.，2014）。因此随着样品制备方法、色谱分离方法及质谱仪器的不断优化和创新，科学家可以对生物体内的蛋白质进行更具深度的鉴定，从而更加深入地研究生命活动中的生理生化过程。2014年，国际著名杂志Nature子刊Nature Methods评述了近10年内的自然科学研究领域方法，基于质谱的蛋白质组学技术便是其中之一（Ten years of Methods，2014），可见质谱的发展对自然科学研究领域产生了极为重要的影响。当然，组学的研究并非仅仅是蛋白质测序，还包括了组学定量、靶向蛋白质组的研究等。其中靶向蛋白质组的研究被列入了Nature Methods 2012年度生命科学研究的方法学进展。2014年对于蛋白质组学的研究来说是具有里程碑意义的一年。4月，国际顶级期刊Nature首次报道了两篇关于接近完整的人类蛋白质组表达谱草图的文章。其中一篇文章收集了30种人类正常组织和细胞样本，包括成人和胎儿的组织及血液细胞，最终共鉴定到17 294个基因编码的蛋白，占总编码蛋白基因数的84%（Kim et al.，2014）。另外一篇文章，则综合了已发表的公共数据集及其实验室已有的数据，包括数十种人类组织、体液样本及细胞株等的鉴定分析结果，共鉴定到18 097个基因编码蛋白，占总编码蛋白基因数的92%（Wilhelm et al.，2014）。以上两篇文章共同绘制出了第一张人类蛋白质草图。近些年，中国蛋白质组学研究领域也在快速发展。2014年，“中国人蛋白质组草图计划”（CNHPP）这一科技部的重点项目正式展开，计划绘制包括心脏、肝脏、肺、肾脏等在内的10个最重要人体器官的蛋白质组生理和病理图谱，旨在以中国重大疾病的防治需求为牵引，发展蛋白质组研究相关设备及关键技术，构建中国人类蛋白质组的“百科全书”。055 蛋白质组学的应用通过基因组测序和分析，可以发现多种诱发癌症的驱动基因。2013年在Science杂志上发表了题为“Cancer genome landscape”的综述（Vogelstein et al.，2013），提出大部分癌症的发生是由于2～8个驱动基因突变，人体内目前认知到的癌症驱动基因共有约140个。尽管如此，驱动基因突变并不能解释所有癌症发生发展的现象。例如，2014年Nature杂志上发表的对230例肺腺癌临床样本的研究结果称，部分样本的基因组测序结果未能解释信号通路被激活的现象（The Cancer Genome Atlas Research Network，2014）。为了加深对癌症发生发展机制的认识，迫切需要对癌症进行深入的蛋白质组学研究，从而从蛋白质水平阐释癌症可能的发生发展机制。2006年年初，美国国立癌症研究院（National Cancer Institute，NCI）开始了一项为期5年，耗资1.04亿美元的临床蛋白质组肿瘤分析联盟（Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium，CPTAC）（Ellis et al.，2013），其目的在于建立应用于癌症诊断、治疗和预防的蛋白质组学技术，建立数据分析标准流程及试剂、参考物质的应用等系统，从而达到拓宽蛋白质组学技术在临床癌症诊断中的应用。目前该项目已经取得了非常出色的进展，其中一项工作为对被TCGA项目（The Cancer Genome Atlas）表征的95个结肠和直肠癌样本进行了深入的蛋白质组学及生物信息学分析，从蛋白质组学层面对结肠、直肠癌进行分型。在所得的5种蛋白质分型中，其中的两种与TCGA的一种转录本亚型——“微卫星不稳定亚型/CpG岛甲基化表型亚型”有重叠部分，但也发现了与之明显不同的基因突变、DNA甲基化和蛋白质表达图谱，这些都具有不同的临床表现，为临床疾病的研究提供了新的思路和检测指标（Zhang et al.，2014）。蛋白质组学在人类疾病中的研究应用已经在一些疾病中开展，如癌症、皮肤病、心脏病等。研究包括寻找与疾病相关的单个蛋白，整体研究某种疾病引起的蛋白质表达或修饰水平的变化，利用蛋白质组寻找一些致病微生物引起的疾病的诊断标记和疫苗等。随着精准医疗时代的到来，蛋白质组学在药物研究、临床诊断和个性化治疗等方面将具有更为广阔的应用前景。
股啊股客户文章｜8篇文章，平均IF:10.1 带您看尽蛋白质组学研究方法
编者按：俗话说“业精于勤而荒于嬉，行成于思而毁于随”。对于科研者来说，一个成功地研究一定是经历了反复的实验，其中肯定是付出许多艰辛和努力的。可是科研光是勤劳如果没有好的方法可是会走很多弯路的...继上期小鹿盘点了蛋白组学的热门方法【大热点】3篇文章总计IF:66分，带您get时下热点技术后。本期小鹿帮助各位科研老师总结了蛋白质组学常用技术ITRAQ蛋白质组学、TMT蛋白质组学、PRM技术、LC-MS/MS...8篇文章，平均IF:10.6带您看尽蛋白质组学研究方法。1长链非编码RNA-LINC00673中的一个胰腺癌风险变异为miR-1231构建了结合位点使得PTPN11降解受到干扰在胰腺癌的研究中，全基因组关联研究已经确定了几个与胰腺癌风险相关的基因位点，然而遗传因素影响散发性胰腺癌发展的机制仍然很大程度上未知。本篇文章由鹿明生物合作客户北京协和医院肿瘤研究所林东昕教授研究组发表在《Nature genetics》（IF：31.616）的题为“Pancreatic cancer risk variant in LINC00673 creates a miR-1231 binding site and interferes with PTPN11 degradation”的研究论文，该研究揭示了LINC00673在维持细胞稳态中的重要作用以及其变异如何赋予胰腺癌易感性。本文中用蛋白质组学技术发现了与LINC00673相互作用的蛋白PTPN11，从而阐明了LINC00673的功能机理。材料：细胞系、小鼠、人胰腺组织、血发表期刊：Nature genetics影响因子：31.616（发表时期影响因子）主要技术：GWAS、qRT–PCR、immunoprecipitation、LC-MS/MS（鹿明生物提供服务支持）2解析潮间带大型绿藻光系统I-捕光天线I复合物结构PSI 是一个极高效率的光能吸收和转化系统，几乎每一个吸收的光子都能产生一个电子，其量子转化效率超过90%。PSI 高效吸能、传能和转能的结构基础是科学研究的前沿问题。2019年3月8日，济南大学、中科院植物所与清华大学合作在Nature Plants发表了题为 Structure of a green algal photosystem I in complex with a large number of light-harvesting complex I subunits的研究长文，（其中：质谱测序由上海鹿明生物科技有限公司协助完成。）报道了一种潮间带大型绿藻（假根羽藻，Bryopsis Corticulans）PSI-LHCI 超分子复合物的3.49 分辨率的冷冻电镜结构，这是继高等植物之后，在 PSI 结构与功能研究领域取得的又一重大突破。本文进一步完善了对光合生物进化过程中 PSI 结构变化趋势的理解；从进化与光环境适应的角度揭示了捕光天线复合物的捕光设计机理；为揭示绿藻光合膜蛋白 PSI-LHCI 高效吸能与传能的机理奠定了坚实的结构基础；为人工模拟光合作用机理，为指导设计作物与提高植物的光能利用效率提供了新的理论依据和新思路。3运用IncRNA、iTRAQ研究诱导自噬抑制葡萄膜黑色素瘤的发生机理葡萄膜恶性黑色素瘤是成年人中最多见的一种恶性眼内肿瘤，在国外其发病率占眼内肿瘤的首位，在国内则仅次于视网膜母细胞瘤，居眼内肿瘤的第二位。此瘤的恶性程度高，眼后是好发部位。易经血流转移，85%转移至肝脏。本篇由欧易/鹿明生物合作客户上海交通大学医学院范先群教授课题组发表在《Autophagy》的”ZNNT1 long noncoding RNA inces autophagy to inhibit tumorigenesis of uveal melanoma by regulating key autophagy gene expression“运用lncRNA 芯片、iTRAQ 蛋白质定量技术探究lncRNA 在 UM 肿瘤发生中的作用报道。发表期刊：Autophagy影响因子：11.059运用技术：文章中iTRAQ 蛋白质定量技术由鹿明生物提供服务本研究表明，在葡萄膜黑色素瘤中，lncRNA ZNNT1 起到了抑癌基因作用。ZNNT1 可以通过上调 ATG12 表达，调控 ATG12-ATG5 结合，促进细胞自噬，进而抑制了肿瘤的发生。本研究通过运用lncRNA 芯片、iTRAQ 蛋白质定量技术为葡萄膜黑色素瘤的临床治疗提供了新的思路。4LncRNA SNHG10通过正反馈环调节其同源物SCARNA13促进肝癌发生和转移的研究肝细胞癌（HCC）是最常见的恶性肿瘤之一，全球发病率位居第六，死亡率位居第三。极易复发和转移导致了肝癌患者的高死亡率，因此针对肝细胞癌的发生和转移机制的研究迫在眉睫。本文为鹿明生物客户--四川大学肝胆外科研究室的科研者们于2019年5月发布在Cancer Res的研究文章：LncRNA SNHG10通过正反馈环调节其同源物SCARNA13促进肝癌发生和转移的研究，为肝细胞癌的发生和转移机制又进行了深入的研究。发表期刊：Cancer Res影响因子：8.378主要运用鹿明生物技术：TMT标记定量、RNA测序（(RNA-seq）、qPCR5在模拟生理环境中通过蛋白冠装饰的超顺磁性纳米粒子靶向电荷介导的癌细胞纳米技术在癌症诊断和治疗中以及生物医学功效各方面起着关键作用，本文由鹿明生物合作单位同济大学、青岛大学等多家科研院校共同合作发表在《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES 》上的Electrical-Charge-Mediated Cancer Cell Targeting via Protein Corona-Decorated Superparamagnetic Nanoparticles in a Simulated Physiological Environment ，通过在模拟生理液体中对粒子表面蛋白冠对癌细胞靶向的影响进行了研究，为临床灵敏检测血液循环肿瘤细胞开辟了新途径，其中蛋白质组学技术在鉴定蛋白冠成分时发挥了重要作用，该技术已在各个研究领域中得到广泛应用。本文研究为临床灵敏检测血液循环肿瘤细胞开辟了新途径，其中蛋白质组学技术在鉴定蛋白冠成分时发挥了重要作用，该技术已在各个研究领域中得到广泛应用。发表期刊：ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES 影响因子：8.456 鹿明生物提供服务：LC-MSMS（MPI技术）6运用LC-MS/MS鉴定GRP78是鸭Tembusu病毒感染BHK-21细胞的受体研究Tembusu病毒（TMUV）是一大群具有包膜的单正链RNA病毒。该类病毒通过吸血的节肢动物（蚊、蜱、白蛉等）传播而引起感染。在我国，Tembusu病毒（TMUV）的爆发和传播给中国水禽养殖业带来了巨大损失。本篇文章由鹿明生物合作客户江苏省农业科学院兽医研究所赵冬敏博士为第一作者，发表在Frontiers in Microbiology杂志发表题为“Identification of Glucose-Regulated Protein 78 (GRP78) as a Receptor in BHK-21 Cells for Duck Tembusu Virus Infection”的研究论文，该研究报道了BHK-21细胞中TMUV结合分子的探究。发表期刊：Frontiers in Microbiology影响因子：4.259运用鹿明生物技术：LC-MS/MS7垂丝海棠应对盐碱胁迫适应性的生理、蛋白质组学和代谢组学的整合分析由于土壤盐碱化逐年增加造成可耕作面积逐年减少,使盐碱等非生物胁迫已成为严重影响我国粮食生产的重要因素。同时针对抗盐碱功能机理的研究也是选育耐盐碱新品种的关键。在2019年，欧易/鹿明生物合作客户甘肃农业大学王延秀课题组在Horticulture Research杂志发表题为“垂丝海棠应对盐碱胁迫适应性的生理、蛋白质组学和代谢组学的整合分析”的文章。该文章作者通过蛋白质组学、代谢组学以及生理学数据，对可耐受盐碱的垂丝海棠中参与植物胁迫反应的植物途径及其调控机制进行深入研究，为使用基因工程提高该植物的耐盐碱性提供了重要依据。发表期刊：Horticulture Research影响因子：3.64运用技术：蛋白质组学、代谢组学8定量蛋白质组学鉴定鸡脾脏中细胞外基质降解与基因型VII新城疫病毒的免疫病理相关新城疫（newcastle disease,ND）是由新城疫病毒引起禽的一种急性、热性、败血性和高度接触性传染病。以高热、呼吸困难、下痢、神经紊乱、黏膜和浆膜出血为特征。具有很高的发病率和病死率，是危害养禽业的一种主要传染病。OIE将其列为A类疫病。本篇由上海鹿明生物科技有限公司合作客户扬州大学农业部畜禽传染病学重点开放实验室刘秀梵院士课题组发表在《Journal of Proteomics》的文章“Quantitative proteomics identify an association between extracellular matrix degradation and immunopathology of genotype VII Newcastle disease virus in the spleen in chickens”运用TMT定量蛋白质组学技术首次提供了NDV对ECM调节的证据，并将ECM重塑作为NDV病理的新表现形式，加深了对NDV发病机制的了解。发表期刊：Journal of Proteomics影响因子：3.537运用技术：、qRT-PCR、Western blot、ELISA、TMT蛋白质组学（鹿明生物提供技术支持）目前，蛋白质组学研究以其高通量、高灵敏度、高效的蛋白质分离鉴定方法在医学、农学、微生物等方面都有着广泛地应用，并且蛋白质组学研究也为寻找各种疾病的关键蛋白和标志蛋白、对于疾病的诊断、病理的研究和药物的筛选都具有重要的意义。鹿明生物以其多年的蛋白组学研究经验也在蛋白质组学道路上不断地探索~~鹿明生物上海鹿明生物科技有限公司，一直专注于生命科学和生命技术领域，是国内早期开展以蛋白组和代谢组为基础的多层组学整合实验与分析的团队。经过近数年的发展沉淀，公司建立起了iTRAQ/TMT、DIA、PRM、修饰蛋白组等蛋白组学技术平台和全谱代谢组、靶向代谢组、拟靶向代谢组、脂质组等代谢组学技术平台以及相应的数据整合分析平台，并建立了科学完整的服务流程和精细规范的操作标准。公司拥有：SCIEX-QTRAP-6500,SCIEX-QTRAP-6500 plus，SCIEX-QTRAP-4000,Waters Xevo G2-XS,Thermo-TSQ-Altis,Thermo-Obritrap-QE,Thermo-Obritrap-QE-HF,Aglient-GCMS-7890B/5977A,AglientGCMS7890B/5977A（带顶空进样装置）及云计算分析平台等大型检测设备以及完整的样品前处理系统和数据分析系统（拥有各类分析软件及数据库）。公司荣获国家高新技术企业，通过ISO9001认证，获得代谢组学专利及软件著作等近20余项知识产权专利；同时也取得上海市公共技术服务平台资质认证，获得上海市创新创业计划大赛支持。迄今为止，鹿明完成服务项目上万个，涉及医学、农业、生态学及工业应用等多个研究领域，发表SCI论文数百篇。2017年6月，公司与上海欧易生物医学科技有限公司实现战略整合，实现中心法则上中下游多层组学的串联，整合后的鹿明力求打造优质技术平台，争做优质蛋白代谢服务企业，助力生命科学领域的科学家快出成果，出好成果，从而推动科技创新。鹿明生物，多层组学定制服务专家，为您的科研助力！END
土银精准医疗时代｜蛋白质组学的发展前景
01 翻译后修饰蛋白质组学的研究蛋白质的翻译后修饰与其功能密切相关，细胞内已知的蛋白质翻译后修饰类型包括丝氨酸/ 苏氨酸及酪氨酸的磷酸化，赖氨酸的乙酰化、泛素化等。目前已有报道的翻译后修饰类型已超过400种。翻译后修饰是细胞精细调节生理活动的关键环节之一，如生物体内的信号通路的激活大部分与磷酸化修饰相关，蛋白质的降解功能大部分与泛素化修饰相关，细胞核内功能的调节与组蛋白的修饰密切相关。越来越多的研究表明，蛋白质翻译后修饰水平的异常与某些疾病的发生发展密切相关，如以磷酸化和糖基化为主的Tau蛋白异常翻译后修饰与阿尔茨海默病密切相关。生物质谱是蛋白质组学研究的核心技术平台，在蛋白质的鉴定、新修饰的发现和验证方面具有不可替代的作用。蛋白质的某一氨基酸位点发生翻译后修饰，则该位点上存在一个质量位移，这个质量位移可以在一级谱图和二级谱图上得以体现。例如，蛋白质的某个赖氨酸上发生乙酰化修饰，会导致此位赖氨酸增加42 Da的质量位移。通过对质谱数据的解析，可以对修饰类型及修饰发生的位点进行鉴定，因此生物质谱技术可以给蛋白质新修饰类型的发现和验证提供最为直接可靠的证据。组蛋白修饰参与调控许多重要的细胞生物学过程，如激活或抑制基因转录、DNA修复等表观遗传学现象，并与组织器官发育，细胞的发育、分化和正常功能等生理现象密切相关。研究发现，组蛋白修饰调控的异常与包括肿瘤、神经退行性、自身免疫在内的许多疾病的发生发展有密切关系。正由于组蛋白修饰在许多生理和病理过程中所起的关键作用，组蛋白修饰生物学的研究一直是过去20年来生物医学研究的热点。赖氨酸巴豆酰化和酪氨酸羟基化，并证明了赖氨酸巴豆酰化与基因活化密切相关，而且与减数分裂后期小鼠精子细胞的活性基因密切相关，提示该修饰可能是与精子发育密切相关的新型表观遗传调控因子。在众多赖氨酸修饰类型中，赖氨酸甲基化修饰对细胞染色质功能调控至关重要，甲基化修饰调控酶也是目前重要的药物靶标。然而由于技术局限，非组蛋白赖氨酸单甲基化修饰底物的富集和系统鉴定是目前的研究难点，极大地限制了赖氨酸甲基化修饰生物学功能的研究。02蛋白质组学在药物研究领域的应用近年来，随着蛋白质组学技术的飞速发展，该技术还被应用于药物的研究领域。尤其在药物的靶标蛋白确认、药物作用机制、寻找病变的基因等研究中发挥了极大的优势 ；在药物的治疗过程中，还可以应用蛋白质组学进行药物疗效的评估，明显提高了药物发现的效率。目前药物研发的策略主要有两类 ：基于靶标的药物研发和基于表型改变的药物发现。两者的区别在于 ：基于表型改变的药物发现是在已知表型改变和疗效的前提下，探索该活性化合物引起的生理生化表现及引起该表现的靶标蛋白 ；而基于靶标的药物研发则是在已知靶标蛋白生物学功能的前提下，在化合物库中筛选能够与该靶标蛋白发生相互作用并改变其生物活性的先导化合物。这两种策略的目的均在于发现活性化合物及其靶标蛋白，并在此基础上对活性化合物进行结构改造优化，并进行构效关系、药理学、毒理学等相关临床前研究。在这两种药物研究策略中，蛋白质组学都发挥着不可替代的作用。目前蛋白质组学已可以在一天的质谱采集时间内，在单个细胞克隆中鉴定出8000～10 000个蛋白质，因此蛋白质组学技术在靶标的鉴定方面具有高效、高准确性的优势。通过比较加“药”组和对照组在全蛋白质表达水平上的差异，并对这些差异蛋白质进行生物信息学分析，可以发现该“药”对细胞生理功能的影响，从而有助于加深对该“药”的用途及作用机制的认识。同时，在寻找药物靶点方面，蛋白质组学可以通过竞争性实验有效地将与药物相互作用的蛋白质富集，通过质谱分析鉴定找到目标靶蛋白，目前这是传统生物学手段所无法实现的。蛋白质组学不仅可以对药物靶标进行鉴定，还可以进一步探索药物与靶标的相互作用对蛋白质–蛋白质相互作用的影响。03展望生物医学研究经历了从20世纪初出现的生理学到20世纪中期分子生物学到21世纪初系统生物学的学科发展历程。这3个研究领域又具有各自方向的特点和限制。生理学主要集中于研究器官组织的功能和代谢作用，但缺乏对细胞内成分的鉴定和区分 ；分子生物学则主要集中于对生物体内成分的鉴定和功能研究，但缺点是研究的不同分子之间的关联性和相互作用性偏少 ；而系统生物学主要集中于对多学科研究领域的整合分析，但是受限于数据的质量和可信度等。因此3个学科的交流可在很大程度上相互促进和补充，有效地加速生命科学的研究，这也是今后生命科学的发展方向。此外，除了基因组、蛋白质组，生命科学领域也在进行着其他组学的研究，包括转录组学、代谢组学等，统称为泛组学（panomics）。越来越多的生命科学实验数据的提供，以及计算机技术的迅猛发展，这一系列的成果都预示着生命科学大数据时代的到来。大数据时代的生命科学研究，不仅在实验数据方面呈现出数量级的快速增长，且数据的复杂性也急剧增加，庞大的生物信息学平台也为大数据的整理分析提供了超高的速度和效率。处于大数据时代的蛋白质组学研究，不仅可以吸取和效仿其他组学的研究手段，同时也可以和其他大数据进行整合分析，从而挖掘出潜在的更有意义的信息，因此这是蛋白质组学的发展机遇 ；同时如果蛋白质组学不能进一步提高和合理地同其他大数据整合，那么也会很容易淹没在大数据的海洋中，因此大数据时代对于蛋白质组学来说也是一大挑战。随着精准医疗（precision medicine）时代的到来，蛋白质组学将成为寻找疾病分子标志物和药物靶标最有效的方法之一，可以让人们突破过去研究的束缚，以全新的、更精确、更完善的视角去认识疾病的发生和发展，精确寻找疾病原因和治疗靶点，最终实现个性化精准诊疗的目的。在对癌症、早老性痴呆、糖尿病等人类重大疾病的临床诊断和治疗方面，蛋白质组学技术具有十分广阔的应用前景，同时也可为相关疾病的早期诊断、药物靶标的发现、治疗和预后提供重要基础。但蛋白质组学要大规模应用于临床治疗研究，还有很长的路要走。蛋白质组的信息只有渗透到具体的生物学问题中才能发挥其优势，为了能够充分了解蛋白质在人体内的功能和作用，必须要充分了解人体内蛋白质的亚型和修饰的功能，而且蛋白质在体内发挥作用还可通过蛋白质复合体和蛋白质相互作用网络来实现，所以高通量、高效地研究人体内蛋白质复合体和蛋白质相互作用网络是蛋白质组学的一个更高的阶段。因此，从一定意义上讲，蛋白质组学的研究是“无止境”的。
孰得其久「蛋白组学研究」热门DIA技术3篇文章总计IF:66分
编者按：在新一年的开端，小鹿首先要祝愿所有的科研工作者新年快乐，愿在这一年中心想事成，科研文章都上榜SCI~~本期，小鹿推出时下热点技术DIA技术，通过热门技术与前沿科技相结合，用3篇影响因子总计66分的文章告诉您DIA技术的应用。DIA技术用于永久定量数字保存对科研研究者来说，科研样本对研究起着决定性的因素。微量样本、独特样本、珍贵样本、甚至有些样本是难以获取的，针对这些样本可能由于研究时间局限性，样本收集不全面，样本失效等损失会带来课题延期、重制样、甚至错失发文先机。本篇由苏黎世联邦理工学院Ruedi Aebersold教授团队在Nature Medicine杂志（IF=30.641）发表题为“Rapid mass spectrometric conversion of tissue biopsy samples into permanent quantitative digital proteome maps”的研究论文，该研究提出了一个方法，可以快速稳定地将组织样本转化为一份数据文档，永久地存贮这个样本经质谱分析得到的蛋白质组结果。影响因子：30.641材料：组织活检样品 发表期刊：Nat.Med.主要技术：PCT-SWATH/DIA中文标题：将组织活检样品快速质谱转换为永久定量数字蛋白质组图谱这篇文章中，作者用PCT-DIA技术方法将来自9个肾癌病人的18个组织切片分别转化为(DIA)SWATH-MS多肽离子碎片谱图，并从这些谱图中对2000个蛋白样本进行定性和定量分析。作者发现肾组织切片的蛋白质组测序结果具有很好的可重复性，而且能完全将肾癌病人和健康人，以及不同组织形态的肾癌亚型区分开来。该方法特别适合大队列（几十上百甚至上千个样品）、少量样品（比如组织活检样品）蛋白组批量分析。2DIA技术在定量准确性和重现性上的优势严格说来：人体各系统器官的疾病都可以在血液当中有一定的呈现，通过测定血液中的蛋白可反映病人的生理病理状态。因此，运用质谱技术来测定蛋白定量的准确性和重现性成了研究的焦点。本文发表在《Theranostics》上由国家蛋白质科学中心的于晓波教授、广东省中医院卢传坚教授、西湖大学郭天南研究员等合作发表的In-depth serum proteomics reveals biomarkers of psoriasis severity and response to traditional Chinese medicin，详细的总结了运用DIA技术对血液标志物进行探索，进一步的验证DIA 技术在定量的准确性和重现性的优势；材料：血清影响因子：8.063发表期刊：Theranostics主要运用技术：DIA技术、抗体微阵列中文标题：血清蛋白质组学鉴定银屑病及其中药疗效的生物标志物英文标题：In-depth serum proteomics reveals biomarkers of psoriasis severity and response to traditional Chinese medicin本文通过DIA技术和抗体微阵列技术，以银屑病为疾病模型，对银屑病治疗前、银屑病中药（银屑灵）治疗后、健康对照共50例血清样本建立蛋白质表达谱。鉴定到了106种参与血液凝固、炎症、细胞凋亡和血管生成等银屑病相关生物过程的差异蛋白。聚类和主成分分析发现58种蛋白可区分健康组和银屑病患者，12种蛋白可预测中药治疗效果，相关性分析发现三个血清蛋白（PI3，CCL22，IL-12B）与银屑病面积和严重程度指数（psoriasis area and severity index, PASI）评分呈正相关。质谱DIA技术适合大规模临床样本的检测，抗体微阵列技术可补充质谱无法鉴定到的血清低丰度蛋白，本文结合DIA技术和抗体微阵列技术研究血液生物标志物的思路值得借鉴。3DIA技术与人工智能相结合2019年11月，英国剑桥大学生物化学系和米尔纳治疗学研究所（Department of Biochemistry and The Milner Therapeutics Institute, University of Cambridge）等多家机构在一区期刊Nature Methods（IF=28.467）发表题为“DIA-NN：通过神经网络和干扰校正实现高通量蛋白质组的深度覆盖”的文章，该文章作者提出了一种方便的集成软件包DIA-NN，它利用深层神经网络和新的量化及信号校正策略来处理DIA蛋白质组学的实验结果。DIA-NN提高了传统DIA蛋白质组定性和定量的能力，特别在高通量应用方面具有快捷的优势，与快速色谱方法结合使用时能够对蛋白质实现准确的深度覆盖。影响因子：28.467发表期刊：Nature Methods运用技术：DIA蛋白质组学中文标题：DIA-NN：通过神经网络和干扰校正实现高通量蛋白质组的深度覆盖软件版本：DIA-NN（1.6.0）、OpenSWATH18、Spectronaut、Specter、Skyline平台：QExactiveTM HF（Thermo Fisher Scientific ）、TripleTOF 6600 (SCIEX)材料：酵母蛋白提取物、人脐带血血浆、酶解的人K562细胞裂解物、Hela细胞蛋白提取物、大肠杆菌蛋白提取物在DIA-NN中引入的计算方法稳定且显著地增加了不同复杂度样品及不同质谱平台上获得定性和准确定量的肽和蛋白质的数量。DIA-NN首次通过使用短色谱梯度实现了蛋白质组的全面覆盖，从而显著缩短了质谱仪的运行时间，为以前无法实现的对高通量蛋白质组进行快速而精确的测量打开了大门。鹿明生物自2017年初建立了DIA、PRM等蛋白组学技术平台，是国内早期开展DIA/PRM技术服务的领跑者；近2余年来，鹿明生物积累了丰富的DIA、PRM蛋白组学等组学项目经验，公司采用高端精密的仪器设备Thermo QE-HF等，迄今为止，鹿明生物已处理DIA+PRM项目样品3000+例，拥有丰富完善的项目经验；目前鹿明生物也已经自主研发了大容量水稻DIA数据库及深度水稻磷酸化DIA数据库、PCT-DIA技术等希望能够为您的科研助力添彩；目前鹿明生物也推出蛋白组学检测+验证一体化--1+1>2的蛋白组学黄金组合服务:DIA +PRM技术，具体可扫码添加技术交流群哦~~鹿明生物上海鹿明生物科技有限公司，一直专注于生命科学和生命技术领域，是国内早期开展以蛋白组和代谢组为基础的多层组学整合实验与分析的团队。经过近数年的发展沉淀，公司建立起了iTRAQ/TMT、DIA、PRM、修饰蛋白组等蛋白组学技术平台和全谱代谢组、靶向代谢组、拟靶向代谢组、脂质组等代谢组学技术平台以及相应的数据整合分析平台，并建立了科学完整的服务流程和精细规范的操作标准。公司拥有：SCIEX-QTRAP-6500,SCIEX-QTRAP-6500 plus，SCIEX-QTRAP-4000,Waters Xevo G2-XS,Thermo-TSQ-Altis,Thermo-Obritrap-QE,Thermo-Obritrap-QE-HF,Aglient-GCMS-7890B/5977A,AglientGCMS7890B/5977A（带顶空进样装置）及云计算分析平台等大型检测设备以及完整的样品前处理系统和数据分析系统（拥有各类分析软件及数据库）。公司荣获国家高新技术企业，通过ISO9001认证，获得代谢组学专利及软件著作等近20余项知识产权专利；同时也取得上海市公共技术服务平台资质认证，获得上海市创新创业计划大赛支持。迄今为止，鹿明完成服务项目上万个，涉及医学、农业、生态学及工业应用等多个研究领域，发表SCI论文数百篇。2017年6月，公司与上海欧易生物医学科技有限公司实现战略整合，实现中心法则上中下游多层组学的串联，整合后的鹿明力求打造优质技术平台，争做优质蛋白代谢服务企业，助力生命科学领域的科学家快出成果，出好成果，从而推动科技创新。鹿明生物，多层组学定制服务专家，为您的科研助力！END
其静若镜LabelFree定量蛋白质组学技术研究蛋白质互作——背景介绍（下）
蛋白互作的研究背景内容比较丰富，我们分成两期定量蛋白质组学非标记定LabelFree定量蛋白质组学技术研究蛋白互作的背景进行介绍。本期我们接着说蛋白-蛋白互作方法的研究背景。蛋白互作方法的研究背景免疫印迹或免疫沉淀逐渐转向使用质谱法进行样本中的蛋白质定量，同时，也可使用该方法进行蛋白质鉴定。质谱法为高度复合的定量分析创造了条件，为它们的快速发展提供了条件，无需考虑费时的基于抗体的方法。LC-MS/MS还促进了研究人员对蛋白质异构体和翻译后修饰（PTMs）如何控制和调节多个细胞的了解。在蛋白质互作分析中，亲和纯化与多种定量质谱方法相结合非常常见。在本文中，我们将质谱采集策略分为“数据相关采集（DDA）”和“数据独立采集（DIA）”。目前为止，DDA最常见的用途是通过“鸟枪”技术鉴定化合物。在这些实验中，根据一组简单的启发式规则（通常是母离子强度）选择一个母离子进行碎片化，利用从所选母离子导出的MS/MS图谱进行蛋白质鉴定（图1）。相比之下，DIA并不是根据前体离子扫描中的信息来选择要进行碎片化的离子，而是在质谱仪可见范围内使整组前体离子碎片化，选择离子进行碎片化的方式区别对量化结果有重要影响。图1. QqTOF仪器中典型“鸟枪”实验的示意图。仪器在两种不同的扫描模式之间循环。（A） 在第一模式（MS1）中，所有离子都通过仪器传输，并在检测器处检测，随后可用于母离子测定。利用简单的规则（强度、电荷状态和离子是否已经碎裂）分析导出的质谱图。通过这些规则的离子随后被分离和碎片化。（B） 在MS/MS模式下，特定质量在第一个四极体中分离，在第二个四极体中碎片化。所有的碎片离子都被记录在分析仪中，并产生MS/MS图谱，用于鉴定化合物。质谱仪的不断创新使得检测灵敏度得到显著提高，可以检测样品中成分较少的物质。除了能够更深入地观察样品外，灵敏度的提高还可以提高仪器的扫描速度，这使得用不同的工作流程和方法进行定量和鉴定成为可能。本文我们讨论的是利用亲和纯化联合质谱技术（AP-MS）分析蛋白质-蛋白质相互作用时，肽和蛋白质的定量方法。这些方法也适用于涵盖需要量化的不同应用领域的各种其他类型样本，不过最终使用哪种方法还是由样本复杂性来决定。下期文章中，我们将切入主题，详细介绍几种目前常用的几种研究相互作用蛋白质组学的定量蛋白质组学非标记定量LabelFree法。本文由百泰派克生物科技整理编辑。百泰派克生物科技专注于基于质谱的蛋白质组学服务，结合亲和纯化与定量蛋白质组学非标记定量LabelFree、SILAC或SWATH定量技术，提供一系列定量蛋白质组研究策略，灵敏度高、重复性好，非常适合蛋白质相互作用的研究。文献参考：Stephen Tate, Brett Larsen, Ron Bonner, Anne-Claude Gingras, Label-free quantitative proteomics trends for protein-protein interactions. Journal of Proteomics, 2013.
自给自足中国农业大学高振江团队发表了蛋白质组学对种子活力研究新成果
前言2020年3月欧易/鹿明生物合作客户中国农业大学高振江教授在Food Chemistry期刊上发表题为“Radio frequency treatment accelerates drying rates and improves vigor of corn seeds”的研究成果。本研究利用iTRAQ标记定量蛋白质组学技术及其它生理生化实验技术探索了结合射频（RF）和热风干燥（HAD）技术RF-HAD在玉米种子上的应用。结果显示，RF-HAD具有加快干燥速度和提高活力的优点，因此可应用于种子干燥。此外，它还有助于更好的储存，因为它有利于种子在干燥过程中具有高活力的休眠。该研究结果将为玉米种子的工业规模干燥提供理论指导。中文标题：射频处理可加快干燥速度并提高玉米种子的活力研究对象：玉米种子发表期刊：Food Chemistry影响因子：6.306发表时间：2020年3月合作单位：中国农业大学运用欧易/鹿明生物技术：iTRAQ标记定量蛋白质组学（由鹿明生物提供技术支持）研究背景玉米（Zea mays）具有很高的营养价值和药用价值，是世界上最重要的谷物作物之一。玉米在收获时总是有很高的水分含量，种子需要干燥至安全的状态，以保持生化稳定。新鲜收获的种子通常在形态上成熟，为使胚胎发育到生理成熟，必须有一个后熟期。由于具有这种后熟功能，干燥可以保证种子质量，它也是抑制微生物生长的重要方法。在种子发芽的初级阶段，无法进行光合作用，而胚和胚乳中的营养成分（例如蛋白质，脂肪和淀粉）则为新陈代谢和呼吸提供了能量。因此，保持营养成分和种子活力势在必行，这可以通过均匀且快速干燥来实现。作为体积加热方法，射频（RF）加热可以通过分子旋转和带电离子振荡在材料内部产生热量，以便材料可以均匀加热而不会产生热梯度。但是，种子对热敏感。应用于玉米种子的射频技术的研究是有限的。很少有研究全面探索不同RF-HAD条件下干燥的玉米种子的活力，特别是与其他干燥方法相比。本研究通过干燥特性，种子活力评估和iTRAQ标记定量蛋白质组学技术对两种方法（HAD和RF-HAD）之间的干燥样品进行比较分析，以期为为玉米种子的工业规模干燥提供理论指导。研究思路研究结果1、干燥特性作者首先比较了两种干燥方法的干燥特性，结果如图1和2所示。根据图1（b）所示，在每次回火过程之后，HAD干燥速率得到了改善。通常，较短的回火间隔（意味着较高的干燥频率）导致较快的干燥速率。如图2（b）所示，在HAD的第一阶段，干燥时间为10分钟的干燥速率最低，这是因为获得的材料温度最低（约34℃），而其他材料的最低温度（超过36℃）表明那10分钟不足以加热玉米种子。虽然在干燥过程中观察到30分钟和40分钟的干燥时间达到热平衡，这表明干燥时间可能会有点多。由于干燥回火频率高，因此从样品中获得更高的干燥速率，干燥持续时间为10分钟。但是，增加的干燥回火频率不适合保留种子质量，因为获得了更多的开裂（根据表2），而降低的回火频率则会阻碍其干燥速度。因此，最佳的HAD条件应该是在40℃下干燥20分钟。图1 | 分别在HAD和RF-HAD不同干燥条件下玉米种子的干燥曲线（a）和干燥速率曲线（b）根据图1，RF-HAD玉米种子的干燥速率随电极间隙的增加而降低。如图1所示，很容易得出结论，与HAD相比，RF-HAD可以显著提高干燥速率。例如，当玉米种子干燥至水分含量为0.29（db）时，RF-HAD在电极间隙为160 mm时的平均干燥速率为0.0605 g /（g * h），而在20分钟，100分钟回火下的HAD值为0.0296 g /（g * h）。即使样品重量是HAD的三倍（630 g / 200 g = 3.15），RF-HAD的干燥时间也不到HAD的三分之一。图2 | RF-HAD样品在不同电极间隙处的温度历史曲线（a）和HAD样品在不同干燥时间下的温度历史曲线（b）2、玉米种子的韦布尔模型之后，作者利用韦布尔模型对种子的干燥过程进行模拟，β是形状参数，与干燥速率和干燥方法有关，当β大于1时，表明干燥速率在早期阶段先增加然后降低，而当β在0.3到1范围内时，干燥过程将下降。表1给出了两种干燥方法的玉米种子的Weibull模型模拟结果。标度参数α表示去除样品中63％水分的估计时间，对于HAD样品为这个时间为14.47至16.94 h，对于RF-HAD样品为5.03至5.92 h，这与RF-HAD加速干燥玉米种子比率这一事实相吻合。对于HAD样品，形状参数β小于0.706，而对于RF-HAD样品，形状参数β小于0.86。两种方法的β值均小于1，这表明玉米种子的两种干燥方法均处于降速干燥过程中。测定系数（R2）高于0.9976，表明了韦布尔模型的合理性。表1 | 两种干燥方法在不同条件下的威布尔模型仿真结果根据表1，随着HAD干燥时间的延长或RF-HAD电极间隙的增加，Dcal，W和Deff，F均大致降低。但是，RF-HAD样品的值受到RF电极间隙的影响很大，高于HAD样品，表明RF-HAD期间的内部水分迁移快于HAD过程中的水分迁移，这与干燥速率的结果一致。通过相同的干燥方法，未观察到与物理尺寸高度相关的Rg的显著差异，其原因可能是对于像玉米这样的硬皮种子而言，干燥过程中的尺寸收缩最小。3.能量消耗在给定的玉米种子初始重量（m0 = 0.63 kg）的情况下，随着RF电极间隙（dp）的减小，施加到处理过的玉米种子上的RF功率（PRFm）以及RF功率效率（η）相应增加，在RF-HAD期间，RF比能耗（eRF）降低了。在确定的电极间隙（dp = 160 mm）下，待干燥的玉米种子越多，待干燥的材料吸收的射频功率就越多，因此，功率效率（η）升高， eRF减少。考虑到与HAD相比，RF-HAD可以处理的材料量更多，因此，作者在RF-HAD中施加的初始重量也比HAD大，此外，回火后的RF-HAD比能耗要小于回火后的HAD。在本研究中，使用了极少量的玉米种子以达到更好的干燥均匀性，从而进行活力评估。因此，单位能耗相对较高。在工业应用中，将应用更大的初始重量，因为随着初始重量的增加，RF比能耗会急剧下降，因此RF-HAD在玉米种子干燥中具有潜在的优点。回火处理有助于降低单位能耗，因此，在工业应用中，由于能耗低，可以提倡回火处理。4. 活力评估然后，作者对两种干燥方法的种子活力进行评估，评价结果如表2所示。RF-HAD干燥样品的脱氢酶活性（DHA）显著高于HAD干燥样品的DHA，RF-HAD样品的开裂率（CR）值小于HAD的CR。RF-HAD可以更好地降低内部热量和水分梯度，因为降低了玉米粒中的水蒸气分压，从而减少了应力开裂并减少了胚胎损伤。但是，RF-HAD样品的发芽率（GP）小于HAD样品的GP。GP较高的种子通常显示出更好的活力，但高活力的种子并不总是表明发芽能力强。可能是因为不同的材料适应不同的发芽检测方法。一些研究建议不要使用发芽试验作为描述种子活力的唯一关键方法。种子发芽是一个复杂的过程，在此过程中需要适当的条件，包括温度，湿度和种子养分含量。但是，即使在休眠期间，即使在合适的环境中，种子也很少发芽。在这项研究中，通过RF-HAD和HAD处理确保了样品的发芽测试环境相同，但是处理后的GP和DHA的结果却相反。由于经过RF-HAD处理的未发芽种子在发芽试验后状况良好，可以推测通过RF-HAD处理的玉米种子可能进入休眠期，导致GR异常降低。表2 | 比较两种干燥方法的种子活力5.休眠对GP的影响作者进一步对休眠处理前后的干燥玉米种子GP进行分析，结果如表3显示。在两次干燥处理之后，GP均非常低，一个月后，GPs继续降低至很小的值。然而，在休眠中断处理之后，对于HAD和RF-HAD样本，GP分别观察到18％和48％的GP增量，初步表明与RF-HAD样本的高DHA相对应的低GP是由于休眠。作者在这项研究中使用的玉米种子品种表现出其在耐热性和耐干性方面的优点，它具有非常厚且坚韧的种皮，可能导致水和空气难以渗透到种子中，从而导致休眠。经过休眠处理后，具有较高DHA的RF-HAD玉米样品的GP高于预期的HAD样品，这表明RF有助于增加种子的活力和种子的GP。但是，GP仍低于可接受的标准。表3 | 玉米种子休眠试验前后的发芽率6.iTRAQ蛋白质组学分析通过iTRAQ技术进一步比较了本研究中的两个最佳样品，即RF-HAD样品在160 mm的电极间隙处干燥，以及HAD样品在40℃干燥20分钟的干燥时间。6.1:差异蛋白质鉴定（DAP）在两组样品中，共鉴定出3427种蛋白质，其中2582种蛋白质具有定量信息。在干燥样品中鉴定出78种DAP，其中与HAD干燥样品相比，RF-HAD干燥样品中48个DAPs丰度增加， 30个DAPs丰度降低。在最近的研究中，一般认为种子休眠的主要原因是皮质功能障碍，胚胎休眠和发芽抑制剂。RF-HAD样品中的许多抑制剂蛋白要比HAD样品中的抑制剂蛋白高，如抑制素，半胱氨酸蛋白酶抑制剂，木聚糖酶抑制剂蛋白和线粒体抑制剂。这可能是RF-HAD样品具有较高DHA但具有较低GP的原因。球蛋白是一种与代谢高度相关的蛋白质，RF-HAD样品中的球蛋白高于HAD样品，这与RF-HAD样品比HAD样品具有更高的活力这一事实相吻合。RF-HAD样品中某些DAP的丰度降低是与代谢相关的酶，例如蔗糖合酶，其降低表明酶促反应减弱，导致蔗糖合成减少，这在植物生长和渗透调节中起着至关重要的作用。6.2 :DAP的生物信息学分析为了识别DAP的功能特征，进行了GO注释和富集分析。如图3所示，按生物学过程，分子功能和细胞成分分类的蛋白质分为40多个功能组。在生物学过程中（图3B），蛋白质主要参与种子成熟，分解代谢过程和胚胎发育。在细胞成分组中（图3C），蛋白质主要与细胞质，液泡和膜有关。在分子功能类别中（图3D），蛋白质主要负责半胱氨酸型内肽酶抑制剂的活性，β-脲基丙酸脂酶的活性和肽酶抑制剂的活性。因此，RF-HAD可能由于分解代谢过程中的调节，细胞质或液泡组分的变化以及抑制剂的增加而帮助玉米种子休眠。图3 | RF HAD和HAD干玉米种子之间的GO注释和DAPS富集相关讨论回火过程可以在一定程度上提高HAD的干燥速率，同时延长总干燥时间。对RF-HAD的干燥特性和活力评估表明，减少的电极间隙影响了种子活力，同时降低了比能耗。对这两种方法的比较研究表明，在RF-HAD工艺中，干燥速率显著提高，即使样品重量增加三倍，其干燥时间仍不到HAD的三分之一。在RF-HAD样品中获得了较高的DHA和较低的GP。休眠处理后GP的增加表明RF-HAD干种子处于休眠状态。与HAD样品（在40℃，干燥时间为20分钟的干燥时间）相比，RF-HAD样品中鉴定出78个DAP（电极间隙为160 mm），其中48个上调，30个下调。生物信息学分析结果表明，RF-HAD样品的生物学过程、细胞成分以及酶抑制剂可能会发生变化。RF-HAD具有加快干燥速度和提高活力的优点，因此可应用于种子干燥。此外，它还有助于更好的储存，因为它有利于种子在干燥过程中具有高活力的休眠。对于玉米种子的工业规模干燥，就能耗而言，可提倡采用回火的RF-HAD。研究结论本研究利用iTRAQ标记定量蛋白组学技术及其它生理生化实验技术探索了结合射频（RF）和热风干燥（RF-HAD）技术在玉米种子上的应用，为了更好地表明将RF-HAD应用于玉米种子的可行性，对回火间歇式热风干燥（HAD）进行了比较。电极间隙的减少与平均加热速率和功率效率的提高相对应，从而导致种子活力和比能耗降低。与HAD相比，RF的帮助显著提高了玉米种子的干燥速率，并将干燥时间缩短了多达70％。与HAD样品相比，RF-HAD样品中的脱氢酶活性（DHA）较高，但发芽率（GP）较低。打破休眠结果以及iTRAQ蛋白组分析显示，玉米种子通过RF-HAD提升为休眠状态。该研究结果将为玉米种子的工业规模干燥提供理论指导。蛋白组学在食品储藏研究中的应用本篇是一篇典型的标记定量蛋白质组学在食品储存方面的应用客户文章，鹿明生物不仅可以采用iTRAQ蛋白质组学技术运用到科学研究中、同时也推出了TMTpro 16 plex标记蛋白质组学：一次可同时标记16个样本，可帮助解决您的实验设计是4组3重复，5组3重复等样本的设计；产品特点：高通量提高数据稳定性定量准确度高详情请戳：技术升级 | 鹿明生物正式推出TMTpro 16 plex蛋白组学研究技术欢迎百度搜索访问鹿明生物官网咨询另，鹿明生物也推出了针对蛋白组学的最新课程，欢迎百度搜索易明学院进行访问观看学习~猜你还想看◆鹿明生物：Cell报道丨西湖大学郭天南等首次揭示新冠患者蛋白质分子病理全景图◆鹿明生物：盘点 | 医学方向2020年度最佳项目文章TOP5，总影响因子：61.414◆鹿明生物：数据质控“小法宝”，同款Tips你值得拥有~◆鹿明生物：跨年项目文章 | 两篇连发~转录组+蛋白组学对水生生物中纳米塑料毒性机理研究END文章来源于鹿明生物
迷与狂Anal Chem杂志发表PRM技术通过靶向蛋白质组学对热休克蛋白研究
编者按热休克蛋白是一类分子伴侣蛋白，在应激过程中参与蛋白质折叠、细胞周期调控、细胞保护等功能。通过对热休克蛋白的综合分析将有助于药物的研发和癌症的治疗。随着质谱技术在蛋白质组学分析中的广泛应用，却未能解决目前热休克蛋白主要依赖于低通量WB分析的问题。本期文章利用MRM/PRM模式的靶向蛋白质组学分析方法为复杂样品定量分析提供了更好的准确性和特异性。前言本篇为来自加州大学河滨分校化学系Yinsheng Wang教授团队在Analytical chemistry 上发表的题为"靶向蛋白质组学方法分析热休克蛋白揭示DNAJB4为黑色素瘤转移的抑制剂"研究文章。该文章基于PRM靶向定量蛋白质组学方法对热休克蛋白研究，并进一步应用该方法来评估黑色素瘤转移过程中HSPs的变化。材料：黑色素瘤细胞系影响因子：6.35发表期刊：Analytical Chemistry主要技术：PRM技术 靶向蛋白质组学中文标题：靶向蛋白质组学方法分析热休克蛋白揭示DNAJB4为黑色素瘤转移的抑制剂英文标题：A Targeted Proteomic Approach for Heat Shock Proteins Reveals DNAJB4 as a Suppressor for Melanoma Metastasis研究背景热休克蛋白是参与蛋白质折叠的分子伴侣蛋白。本研究通过PRM技术靶向定量人体热休克蛋白质组。该方法覆盖约70％的人体热休克蛋白质组，并展示出比鸟枪法蛋白质组学更高的通量和灵敏度。随后通过PRM技术评估三对原发性/转移性黑色素瘤细胞系中热休克蛋白的差异表达。在每对细胞系中可定量约45个热休克蛋白，定量结果显示DNAJB4在三个转移性黑色素瘤细胞系中下调。TCGA数据表明DNAJB4的低表达预示着黑色素瘤患者不良预后。而且发现DNAJB4通过减少基质金属蛋白酶2和9（MMP-2和MMP-9）的表达和活性从而抑制培养的黑色素瘤细胞的侵袭。本研究首次通过靶向蛋白质组学建立了人类热休克蛋白质组，并发现DNAJB4是黑色素瘤转移的抑制剂。研究方法1）细胞培养2）siRNAs测序3）LC-PRM分析4）TCGA数据分析研究结果 1.热休克蛋白高通量PRM定量分析方法的建立作者通过建立一种基于平行反应监测（PRM）的高通量分析方法，定量分析人类热休克蛋白组。作者首先构建了PRM数据库，利用shotgun蛋白质组学对来自人类组织中的不同细胞系被消化的胰蛋白酶混合物分析，获得热休克蛋白肽的保留时间、MS和MS/MS数据。通过200多次的LC-MS/MS鉴定到11879个蛋白。通过筛选确定了可定量热休克蛋白数目及覆盖率（图1）。图1 |可定量热休克蛋白数目及覆盖率2.LC-PRM分析显示黑色素瘤转移过程中热休克蛋白的差异表达为了评估黑色素瘤转移过程中热休克蛋白组的重新编程，作者在PRM模式下运用靶向蛋白组学方法来评估三对的原发性/转移性黑色素瘤细胞（（即WM-115/WM-266-4、IGR-39/IGR-37和WM-793/1205Lu）中HSPs的差异表达。图2）图2 | 靶向蛋白质组方法的实验策略在WM-115/WM-266-4对黑色素瘤细胞系中量化了48个独特的HSP（图3a）。热休克蛋白的所有定量肽在库中观察到的保留时间和iRT之间表现出良好的线性拟合。此外，对比鸟枪蛋白质组分析获得的MS/MS中发现的相同片段离子，表明此方法对于肽具有高度的识别。图3 | WM-115/WM-266-4对黑色素瘤细胞热休克蛋白的差异表达同时，所有量化的热休克蛋白都出现在正向和反向硅烷标记实验中（图4b）。从正向和反向硅烷标记实验获得的定量肽的比率显示出良好的线性拟合（图4c）。在IGR-39/IGR-37和WM793/1205Lu配对黑色素瘤细胞中分别检测到43个和44个独特的热休克蛋白。定量结果的可靠性和重复性与从WM-115/WM-266-4配对黑色素瘤细胞获得的结果相似。对于作者的量化结果显示，相对于相应的转移性（WM-266-4、IGR-37和1205Lu）黑色素瘤细胞（图3a），7、10和20个热休克蛋白在原代细胞（分别为WM-115、IGR-39和WM-793细胞）中上调，18、8和5个热休克蛋白下调。作者也应用Western blot技术检测DNAJB4、DNAJC3和DNAJB1（HSP40）在配对的WM115/WM-266-4黑色素瘤细胞中的差异表达。从Western blot获得的比率与从PRM分析获得的比率一致（图5a），表明PRM方法能够准确地分析热休克蛋白的差异表达。同时，我们发现HSPB1 (HSP27)在A375恶性黑色素瘤细胞中具有抑制侵袭能力和分泌基质金属蛋白酶(MMPs)活性的作用，而在WM-115和IGR-39这两个黑色素瘤原代细胞中，HSPB1 (HSP27)表达上调(图4d)。图4 | 基于prm的靶向蛋白组学方法研究热休克蛋白在黑色素瘤转移过程中表达的干扰3.DNAJB4在转移性黑色素瘤细胞中普遍下调，并调节培养黑色素瘤细胞的侵袭能力如上所述，作者利用PRM方法揭示了已知的黑色素瘤转移抑制因子—即HSPB1的差异表达。作者接下来研究是否有其他差异表达的热休克蛋白可能作为黑色素瘤转移的驱动或抑制因子。作者发现DNAJP4在所有三个转移性黑色素瘤细胞中相对于相应的原发性黑色素瘤细胞均下调，作者通过Western blot分析证实了这一点（图5a-c）。此外，癌症基因组图谱（TCGA）数据的Kaplan-Meier生存分析显示，DNAJP4基因mRNA表达水平较低的黑色素瘤患者预后较差（图5d），表明DNAJP4可能抑制黑色素瘤转移。图5 | DNAJB4在转移性黑色素瘤细胞中下调在此基础上，DNAJB4先前被证明是肺癌转移的抑制因子。为了探讨DNAJB4在黑色素瘤转移中的潜在作用，作者接下来研究了DNAJB4的表达水平如何调节WM-115和WM-266-4细胞的迁移和侵袭能力。作者的研究结果显示，使用siRNA研究DNAJB4的表达后，WM-115细胞的侵袭能力显著增强（图6a）。相反，DNAJB4异位过表达导致WM-266-4细胞侵袭能力降低（图6a）。然而，通过基因调控DNAJB4的表达水平，WM-115和WM-266-4细胞的迁移能力未见明显改变（图6b）。同样，我们发现DNAJP4的异位过表达尽管没有观察到迁移能力的明显改变（图6b），却导致了其他两个转移性黑色素瘤细胞系（即IGR-37和1205Lu细胞，图6a）侵袭能力的显著降低。此外，siRNA介导的DNAJB4在其他两种原发性黑色素瘤细胞系（即IGR-39和WM-793）中的敲除导致迁移和侵袭能力显著提高（图6a、图6b）。以上结果提示，DNAJB4可抑制培养细胞的黑色素瘤转移。图6 | DNAJB4调节黑色素瘤细胞的侵袭能力4.DNAJP4通过调节基质金属蛋白酶抑制黑色素瘤细胞侵袭证明了DNAJB4在抑制黑色素瘤细胞侵袭能力方面的作用后，作者接下来探讨了DNAJB4调控黑色素瘤细胞侵袭能力的机制。基质金属蛋白酶（MMPs）是一种与癌症相关的的内肽酶，在降解细胞外基质（ECM）蛋白和促进肿瘤转移方面发挥着重要作用。此外，转移癌细胞的MMPs水平往往比原发癌细胞高。在人类MMPs中，MMP-2（明胶酶A）和MMP-9（明胶酶B）是两种主要的蛋白酶，它们负责重塑ECM环境和促进肿瘤转移。为了研究MMP-2和MMP-9在DNAJB4介导的黑色素瘤细胞侵袭能力改变中的潜在作用，我们用明胶酶谱分析法评估了DNAJB4表达水平对黑色素瘤细胞分泌MMP活性的影响。作者的结果表明，在DNAJB4异位高表达的转移性黑色素瘤细胞系（WM-266-4、IGR-37和1205Lu）中，分泌MMP-2和MMP-9的活性降低（图7）。另一方面，sirna介导的DNAJB4基因敲除导致三种原发性黑色素瘤细胞（WM-115、IGR-39和WM-793）MMP-2和MMP-9活性显著升高。图7），表明DNAJB4抑制分泌MMPs的活性。图7 | DNAJB4调节MMP-2和MMP-9的酶活性作者还通过qRT-PCR评估了黑色素瘤细胞中MMP2和MMP9基因的mRNA表达水平是如何被DNAJB4的表达水平调节的。作者的结果表明，在转移性黑色素瘤细胞系（WM-266-4、IGR-37和1205Lu）中，DNAJP4的异位过表达抑制了MMP2和MMP9基因的表达。siRNA介导的DNAJB4在原发性黑色素瘤细胞（WM-115、IGR39和WM-793）中的敲除诱导MMP2和MMP9的mRNA表达水平升高。DNAJB4可能通过抑制MMP-2和MMP-9基因的转录和抑制分泌MMP的活性来抑制黑色素瘤的转移。研究结论在这项研究中，作者首次开发了一种基于PRM的靶向定量蛋白质组学方法，用于人类细胞热休克蛋白质组的综合分析。PRM文库包含57个热休克蛋白，约占人类热休克蛋白组的70%。结果表明，该方法比鸟枪蛋白质组法具有更高的高通量和更高的灵敏度。靶向蛋白质组学方法发现了新的潜在黑色素瘤转移抑制剂，这为了解黑色素瘤进展的病因提供了重要依据。小鹿推荐本文为PRM技术的又一典型应用。研究者关注某一家族蛋白，或者某一类蛋白在实验组中的整体变化，可通过PRM技术靶向定量这些蛋白质。相对于LC-MS/MS，PRM靶向定量有着更高的灵敏度、更高的目标蛋白鉴定率，以及更准确的定量结果。本文通过PRM技术靶向定量原发性及转移性黑色素瘤细胞系中热休克蛋白，发现并验证了DNAJB4可作为黑色素瘤转移的抑制剂。部分文献参考(1) Feder, M. E.; Hofmann, G. E. Annu. Rev. Physiol. 1999, 61, 243-282.(2) Wu, J.; Liu, T.; Rios, Z.; Mei, Q.; Lin, X.; Cao, S. Trends Pharmacol. Sci. 2016, 38, 226-256.(3) Trepel, J.; Mollapour, M.; Giaccone, G.; Neckers, L. Nat. Rev. Cancer 2010, 10, 537-549.(4) Pick, E.; Kluger, Y.; Giltnane, J. M.; Moeder, C.; Camp, R. L.; Rimm, D. L.; Kluger, H. M. CancerRes. 2007, 67, 2932.(5) Koga, F.; Kihara, K.; Neckers, L. E. N. Anticancer Res. 2009, 29, 797-807.END
蜜月期蛋白质组学：照亮基因组外的星空，解码生命系统的建构原理
来源:科技日报图集 原标题：做基因组学做不了的事 蛋白质组学可更精准打击癌症视觉中国供图 近日，国际人类蛋白质组组织公布了2020年度权威奖励获奖名单，中国科学院院士、军事科学院军事医学研究院研究员贺福初荣获蛋白质组学杰出成就奖。贺福初院士率先提出人类蛋白质组计划的科学目标与技术路线，倡导并领衔了人类第一个关于组织、器官的蛋白质组计划，揭示了人体首个器官（肝脏）蛋白质组。2014年，贺福初院士领导启动“中国人蛋白质组计划”（CNHPP）。此次获奖是国际蛋白质组学领域对他率先提出并反复实践的“蛋白质组学驱动的精准医学”这一理念与范式的高度认可，标志着我国蛋白质组学研究再度领跑国际。那么，什么是蛋白质组学？蛋白质组学驱动的精准医学又是什么？我国当前研究进展如何？就这些问题，科技日报记者采访了贺福初院士。解密基因组需要系统认识蛋白质组蛋白质组，是指一个基因组、一个细胞或组织、一种生物体所表达的全部蛋白质。蛋白质组研究，是在整体水平上研究细胞、组织乃至整个生命体内蛋白质组成及其活动规律的科学，由此从蛋白质水平上获得关于疾病发生、细胞代谢等过程整体而全面的认识。贺福初表示：“说到蛋白质组，就不得不提到基因组。基因组和蛋白质组的关系，好比‘词典与文章’‘元素表与化工厂’的关系。随着人类等生物体全基因组序列的测序完成，科学家逐步意识到基因组只是书写了遗传密码的‘天书’，仅从基因序列的角度根本无法完整、系统地阐明生物体的功能。”“很多生命现象之谜，不能直接从基因序列中得到解答。蛋白质是生命活动的主要执行者，想要解密基因组，必须先系统认识蛋白质组。”贺福初介绍，正因如此，国际权威期刊《自然》《科学》在2001年2月公布人类基因组草图的同时，分别发表相关述评与展望，认为蛋白质组学将成为新世纪最大战略资源——人类基因研究争夺战的战略制高点之一。当月，人类蛋白质组组织（HUPO）即宣告成立。次年，“人类蛋白质组计划”（HPP）宣布启动。“人类蛋白质组计划”是继人类基因组计划（HGP）之后最大规模的国际性科技工程，也是21世纪第一个重大国际合作计划。“由于蛋白质组的研究对象远比基因组要复杂得多，需要从国家战略层面统筹规划，整合全国相关领域科研之力，配合专项资金和资源才能够推动。所以在提出之初，国际上仅有少数发达国家的几个尖端实验室开展相应的研究。”贺福初说。1998年初，国家自然科学基金委设立了“蛋白质组及其动态变化研究”重大项目。这是我国政府支持的第一个蛋白质组学研究项目，为后续实施系列蛋白质组学国家级项目并走向国际前列奠定了重要基础。打造人类蛋白质组计划的“中国模式”经过几年的探索与实践，我国率先提出“人类肝脏蛋白质组计划”（HLPP），并提出建立蛋白质组“两谱、两图、三库”的战略目标，即建立肝脏蛋白质组表达谱、修饰谱、连锁图、定位图、样本库、数据库和抗体库。2002年，国际学界启动“人类肝脏蛋白质组计划”，并于凡尔赛召开的第一届HUPO大会上正式讨论通过。2003年10月，由我国领衔、先后11个国家参与的“人类肝脏蛋白质组计划”全面启动实施。该计划是国际“人类蛋白质组计划”中第一个人体组织器官的蛋白质组计划，是中国科学家倡导和领衔的第一个国际大型合作计划。“从HLPP的提出、论证再到研究工作的展开，历时十余年之久。这是‘大科学计划’的一次意义非凡的中国实践。”贺福初说。记者了解到，在实施HLPP过程中，中国科学家先后研究了中国人胚胎肝组织和中国成人肝脏组织的蛋白质组，鉴定蛋白质超过10000种，并利用这些数据对肝脏生理功能进行了系统解读。通过前期积累，我国在蛋白质组表达谱分析的技术能力上，达到国际先进水平。2007年，蛋白质组学国家重点实验室成立。在2009年的国际蛋白质组标准物质评估中，该重点实验室的技术能力位居全球前6。2018年11月，蛋白质科学研究（北京）国家重大科技基础设施顺利通过国家验收。“有了这些积累，国家科技部首次整合973计划、863计划、国际合作计划，历经数年论证，由蛋白质组学国家重点实验室牵头，于2014年正式启动‘中国人蛋白质组计划’。”贺福初介绍，2018年项目结题时，已完成构建早期肝细胞癌及癌旁组织、弥漫型胃癌及癌旁组织、肠型胃癌及癌旁、肺腺癌及癌旁等疾病组织的深度覆盖蛋白质表达谱，数据量达到52.7TB（万亿字节），在高置信度水平上，定量鉴定人类表达蛋白质15553种，并获得疾病组织信号网络调控蛋白表达变化规律，实现潜在分子标志物和候选靶标的深入发掘。“在此基础上，CNHPP构建了系列正常器官、组织、细胞的蛋白质组定量参考谱。它们相当于人体组织器官体液蛋白质的‘北斗全球定位系统’。”贺福初说。全面分析多种人体肿瘤蛋白质组“‘精准’二字是医学界追求的目标，即通过病因的精准诊断，制定相应的精准治疗方案和预防策略。”贺福初指出。随着“人类基因组计划”的完成、基因组测序技术的不断提升以及生物信息学与大数据科学的快速发展，催生了基因组学驱动的精准医学，其中最具代表性的就是2006年由美国主导的“癌症基因组图谱计划”。但其仍有不少局限性。为此，美国在此基础上于2011年启动临床蛋白质组肿瘤分析项目，旨在用不同种类癌症蛋白质组注释其基因组全景图，创建了蛋白质组学依附于基因组学的蛋白质组—基因组学。“但这种蛋白质组学研究始终未能摆脱基因组学的先天不足。”贺福初告诉记者，“而我们的CNHPP计划另辟蹊径，对多种人体肿瘤进行了全面深入的蛋白质组分析。2018年，我们发表了弥漫型胃癌的蛋白质组全景图，建立了首个与预后相关的蛋白质组分子分型；2019年，我们率先在《自然》公布了早期肝细胞癌的蛋白质组分子分型并发现新的治疗靶标，开启了蛋白质组驱动的精准医学新时代；2020年，我们又在《细胞》相继发表了非小细胞肺癌的蛋白质组分子分型研究，再次证明了蛋白质组学在精准医学中的独特性和至关重要性，为我国持续引领国际蛋白质组学研究创造了良好的条件。”记者了解到，蛋白质组驱动的精准医学是由我国科学家首创的精准医疗新模式，是一项国际多中心、多学科协作的大科学项目，其实施的规模和复杂程度均远超HGP，对科技、经济、社会发展的推动作用也难以估量。贺福初说：“如果说抗生素的发明引发了第一代医学治疗技术革命，影像学和分子医学的发展引发了第二代医学诊断技术革命，那么，由蛋白质组学驱动的精准医学，势必带来精确诊断与精准治疗统一的第三代医学革命。”“下一步，‘中国人蛋白质组计划’团队将在国际范围部署建立蛋白质组驱动的精准医学技术体系和行业标准，进一步提升对重大、疑难疾病的‘精准定位’和‘精确打击’能力。”贺福初透露。（记者 张 强）责任编辑： 孙慧
冰青做基因组学做不了的事 蛋白质组学可更精准打击癌症
视觉中国供图近日，国际人类蛋白质组组织公布了2020年度权威奖励获奖名单，中国科学院院士、军事科学院军事医学研究院研究员贺福初荣获蛋白质组学杰出成就奖。贺福初院士率先提出人类蛋白质组计划的科学目标与技术路线，倡导并领衔了人类第一个关于组织、器官的蛋白质组计划，揭示了人体首个器官（肝脏）蛋白质组。2014年，贺福初院士领导启动“中国人蛋白质组计划”（CNHPP）。此次获奖是国际蛋白质组学领域对他率先提出并反复实践的“蛋白质组学驱动的精准医学”这一理念与范式的高度认可，标志着我国蛋白质组学研究再度领跑国际。那么，什么是蛋白质组学？蛋白质组学驱动的精准医学又是什么？我国当前研究进展如何？就这些问题，科技日报记者采访了贺福初院士。解密基因组需要系统认识蛋白质组蛋白质组，是指一个基因组、一个细胞或组织、一种生物体所表达的全部蛋白质。蛋白质组研究，是在整体水平上研究细胞、组织乃至整个生命体内蛋白质组成及其活动规律的科学，由此从蛋白质水平上获得关于疾病发生、细胞代谢等过程整体而全面的认识。贺福初表示：“说到蛋白质组，就不得不提到基因组。基因组和蛋白质组的关系，好比‘词典与文章’‘元素表与化工厂’的关系。随着人类等生物体全基因组序列的测序完成，科学家逐步意识到基因组只是书写了遗传密码的‘天书’，仅从基因序列的角度根本无法完整、系统地阐明生物体的功能。”“很多生命现象之谜，不能直接从基因序列中得到解答。蛋白质是生命活动的主要执行者，想要解密基因组，必须先系统认识蛋白质组。”贺福初介绍，正因如此，国际权威期刊《自然》《科学》在2001年2月公布人类基因组草图的同时，分别发表相关述评与展望，认为蛋白质组学将成为新世纪最大战略资源——人类基因研究争夺战的战略制高点之一。当月，人类蛋白质组组织（HUPO）即宣告成立。次年，“人类蛋白质组计划”（HPP）宣布启动。“人类蛋白质组计划”是继人类基因组计划（HGP）之后最大规模的国际性科技工程，也是21世纪第一个重大国际合作计划。“由于蛋白质组的研究对象远比基因组要复杂得多，需要从国家战略层面统筹规划，整合全国相关领域科研之力，配合专项资金和资源才能够推动。所以在提出之初，国际上仅有少数发达国家的几个尖端实验室开展相应的研究。”贺福初说。1998年初，国家自然科学基金委设立了“蛋白质组及其动态变化研究”重大项目。这是我国政府支持的第一个蛋白质组学研究项目，为后续实施系列蛋白质组学国家级项目并走向国际前列奠定了重要基础。打造人类蛋白质组计划的“中国模式”经过几年的探索与实践，我国率先提出“人类肝脏蛋白质组计划”（HLPP），并提出建立蛋白质组“两谱、两图、三库”的战略目标，即建立肝脏蛋白质组表达谱、修饰谱、连锁图、定位图、样本库、数据库和抗体库。2002年，国际学界启动“人类肝脏蛋白质组计划”，并于凡尔赛召开的第一届HUPO大会上正式讨论通过。2003年10月，由我国领衔、先后11个国家参与的“人类肝脏蛋白质组计划”全面启动实施。该计划是国际“人类蛋白质组计划”中第一个人体组织器官的蛋白质组计划，是中国科学家倡导和领衔的第一个国际大型合作计划。“从HLPP的提出、论证再到研究工作的展开，历时十余年之久。这是‘大科学计划’的一次意义非凡的中国实践。”贺福初说。记者了解到，在实施HLPP过程中，中国科学家先后研究了中国人胚胎肝组织和中国成人肝脏组织的蛋白质组，鉴定蛋白质超过10000种，并利用这些数据对肝脏生理功能进行了系统解读。通过前期积累，我国在蛋白质组表达谱分析的技术能力上，达到国际先进水平。2007年，蛋白质组学国家重点实验室成立。在2009年的国际蛋白质组标准物质评估中，该重点实验室的技术能力位居全球前6。2018年11月，蛋白质科学研究（北京）国家重大科技基础设施顺利通过国家验收。“有了这些积累，国家科技部首次整合973计划、863计划、国际合作计划，历经数年论证，由蛋白质组学国家重点实验室牵头，于2014年正式启动‘中国人蛋白质组计划’。”贺福初介绍，2018年项目结题时，已完成构建早期肝细胞癌及癌旁组织、弥漫型胃癌及癌旁组织、肠型胃癌及癌旁、肺腺癌及癌旁等疾病组织的深度覆盖蛋白质表达谱，数据量达到52.7TB（万亿字节），在高置信度水平上，定量鉴定人类表达蛋白质15553种，并获得疾病组织信号网络调控蛋白表达变化规律，实现潜在分子标志物和候选靶标的深入发掘。“在此基础上，CNHPP构建了系列正常器官、组织、细胞的蛋白质组定量参考谱。它们相当于人体组织器官体液蛋白质的‘北斗全球定位系统’。”贺福初说。全面分析多种人体肿瘤蛋白质组“‘精准’二字是医学界追求的目标，即通过病因的精准诊断，制定相应的精准治疗方案和预防策略。”贺福初指出。随着“人类基因组计划”的完成、基因组测序技术的不断提升以及生物信息学与大数据科学的快速发展，催生了基因组学驱动的精准医学，其中最具代表性的就是2006年由美国主导的“癌症基因组图谱计划”。但其仍有不少局限性。为此，美国在此基础上于2011年启动临床蛋白质组肿瘤分析项目，旨在用不同种类癌症蛋白质组注释其基因组全景图，创建了蛋白质组学依附于基因组学的蛋白质组—基因组学。“但这种蛋白质组学研究始终未能摆脱基因组学的先天不足。”贺福初告诉记者，“而我们的CNHPP计划另辟蹊径，对多种人体肿瘤进行了全面深入的蛋白质组分析。2018年，我们发表了弥漫型胃癌的蛋白质组全景图，建立了首个与预后相关的蛋白质组分子分型；2019年，我们率先在《自然》公布了早期肝细胞癌的蛋白质组分子分型并发现新的治疗靶标，开启了蛋白质组驱动的精准医学新时代；2020年，我们又在《细胞》相继发表了非小细胞肺癌的蛋白质组分子分型研究，再次证明了蛋白质组学在精准医学中的独特性和至关重要性，为我国持续引领国际蛋白质组学研究创造了良好的条件。”记者了解到，蛋白质组驱动的精准医学是由我国科学家首创的精准医疗新模式，是一项国际多中心、多学科协作的大科学项目，其实施的规模和复杂程度均远超HGP，对科技、经济、社会发展的推动作用也难以估量。贺福初说：“如果说抗生素的发明引发了第一代医学治疗技术革命，影像学和分子医学的发展引发了第二代医学诊断技术革命，那么，由蛋白质组学驱动的精准医学，势必带来精确诊断与精准治疗统一的第三代医学革命。”“下一步，‘中国人蛋白质组计划’团队将在国际范围部署建立蛋白质组驱动的精准医学技术体系和行业标准，进一步提升对重大、疑难疾病的‘精准定位’和‘精确打击’能力。”贺福初透露。来源：科技日报
而生阳也Nature Methods｜新方法再次提高单细胞蛋白质组学质谱定量准确度
#BioArt植物#撰文 | 春晓责编 | 兮Progress in science depends on new techniques, new discoveries and new ideas, probably in that order.—— 诺贝尔生理学或医学奖获得者Sydney Brenner单细胞蛋白质组学在蛋白丰度检测、转录修饰和翻译后修饰方面填补了单细胞转录组学的空白。单细胞蛋白质组学质谱（SCoPE-MS）是近年来兴起的一种定量分析多功能单细胞蛋白质组的方法，这种方法采用同位素标记和载体蛋白质组学来分析单个细胞【1】。同位素标记具有相同质量的化学标签，其中包含了独特的质量条码，这些条码能够通过肽片段化显示出来，进而进行定量分析，它的优点是所有样品中的肽在质谱图中均显示一个峰，从而增加了信号强度，并且能够同时分离肽离子【2】（图1） 图1. 图解单细胞蛋白质组学质谱技术SCoPE-MS利用这一特性，通过将“载体”样品加入单细胞蛋白质组100倍至200倍水平，可以分析单细胞蛋白质组【1,3】。虽然这项技术的出现令人鼓舞，但是当载体蛋白质组加入的量过高时，从单细胞组获得的数据准确性和它的生物学结论都大打折扣。近日，来自Genentech的Christopher M. Rose与慕尼黑工业大学Bernhard Kuster团队合作在Nature Methods杂志上发表题为Defining the carrier proteome limit for single-cell proteomics的研究论文，这篇论文给出了载体蛋白质组水平和SCoPE-MS定量准确性之间的关系，为未来单细胞蛋白质组学的实验设计、数据收集和数据分析提供了指导，同时作者介绍了自己研发的程序SCPComponsion，这个程序能够对单细胞蛋白质组学质谱进行快速的质量控制分析。首先，作者对HeLa细胞胰酶消化液进行同位素标记好后从1：1到1：100000稀释了10个样，分别于同水平参考样进行比对，找到了定量的动态范围。同时，作者发现了“载体蛋白质组效应”：为了保持质谱实验中定量的准确性，载体蛋白质组的水平和采样离子的数量都需要增加，但是高水平的载体蛋白质组可能导致单细胞离子采样不足。为了更好地了解载体蛋白质组水平增加对单细胞信号检测的影响，作者通过评估离子取样、定量动态范围和multiplexing水平来表征复杂生物样品的变化，结果发现以上三种变化和取样离子数有关。基于以上结果，在ScoPE-MS实验中保持定量准确度的主要因素是单细胞通道离子的充分采样。选择好仪器参数和分析后定量SNR滤波可以提高SCoPE-MS实验得出的生物学结论准确性。最后，作者介绍了他们做的一个软件工具，叫SCPComponion（单细胞蛋白质组学伴侣），它可以快速分析用户提供的SCP-MS数据，进行参数分析和数据特征的检测（https://www.github.com/scp-ms/SCPCompanion）（图2）。图2. SCPCompanion的图形用户界面单细胞蛋白质组的质谱检测中，载体蛋白质组的引入本身就带有争议，但是作者的新方法能够通过优化仪器参数后，即便在载体蛋白质组水平较高的情况下也可以准确地定量数据。目前，单细胞蛋白质组学尚处于初级阶段，与单细胞RNA序列分析相比深度有限。RNA测序技术无法检测翻译后事件（如磷酸化或降解），而SCP-MS检测深度可以增加到约5000个蛋白质，这种检测深度能够和单细胞RNA测序相媲美，并可能为未来单细胞分析添加重要的信息。新的SCoPE-MS方法再次增加了SCP-MS的分析深度，同时读者可以参考SCPComponion软件对检测数据进行评估和分析。作者预测下一代单分子蛋白质测序方法的重大进展可能会基于非质谱技术。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41592-020-01002-5参考文献1. Budnik, B., Levy, E., Harmange, G. & Slavov, N. SCoPE-MS: mass spectrometry of single mammalian cells quantifes proteome heterogeneity ring cell diferentiation. Genome Biol. 19, 161 (2018).2. Bakalarski, C. E. & Kirkpatrick, D. S. A biologist’s feld guide to multiplexed quantitative proteomics. Mol. Cell. Proteomics 15, 1489–1497 (2016).3. Specht, H., Emmott, E., Koller, T. & Slavov, N. High-throughput single-cell proteomics quantifes the emergence of macrophage heterogeneity. Preprint at bioRxiv https://doi.org/10.1101/665307 (2019).
