蛋白质组学

功能蛋白质组学
功能蛋白质组学的提出及概念
功能蛋白质组学是指从动态和整体的角度研究蛋白质 的功能及其结构基础，是位于对个别蛋白质的传统研究和 以全部蛋白质为研究对象的蛋白质组研究之间的层次。
功能蛋白质组学的研究内容
蛋白质群体研究
数据库 说明 WWW地址 蛋白质序列库: SWISS-PROT 内容丰富,提示详尽 http://www.expasy.ch/sport/ PIR较 http://www-nbrf.georgetown.edu/pir/pir-psi.html TrEMBL (EMBL的翻译) http://www.expasy.ch/sprot /OWL (非冗余库) http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/dbbrowser/OWL/OWL.html 核苷酸数据库: EMBL 欧州分子生物学http://www.ebi.ac.uk/ebi-docs/embldb/ebi/topembl.html GenBank美国生物工程信息中心 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Web/Search/index.htm ldbESTCDNA序列标记http://www.ncbi.nlm.nih.gov/dbEST/
肿瘤至今仍是人类的一个顽敌.癌细胞不 仅有许多特异蛋白质产物,而且这些产物还会 影响其他蛋白质的翻译后加工及许多蛋白质的 表达水平.肿瘤的蛋白质组研究能提供一些以 往其他技术所不能提供的早期诊断依据,例如 利用不同细胞组织的特征蛋白质谱,可以判别 一些难以判定来源的肿瘤细胞的来源.丹麦的 一个小组利用蛋白质组研究技术结合组织冰冻 切片技术分析了150例膀胱癌病人的组织,发现 在所有的鳞状细胞瘤的尿液中均能发现一种化 学引诱剂———银屑素(ｐｓｏｒｉａｓｉｎ), 推测其极可能作为这种肿瘤的早期标志物.
植物的蛋白质组研究
人的各种体液(血液、淋巴、脊髓、乳汁 和尿等)都被用于研究与某些疾病的关系.最近 澳大利亚科学家利用双向电泳技术研究眼泪中 的蛋白质与生理状态的关系.他们发现了一种 新的蛋白质,这个蛋白质非常相似于在乳腺癌 细胞里高表达的另一种蛋白质.这个发现可能 会提供疾病诊治的新的手段.在一项利用蛋白 质组研究技术进行的酒精对人体毒性的研究中 发现,乙醇会改变血清蛋白糖基化作用,导致许 多糖蛋白的糖基缺乏,如转铁蛋白。
多细胞真核生物的蛋白质组研究
• 线虫的蛋白质组研究
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果蝇的蛋白质组研究
人类的蛋白质组研究 植物的蛋白质组研究
线虫的蛋白质组研究
利用双向电泳技术,Ｂini对线虫(Ｃ.elegans) 进行了蛋白质组分析,在等电点3.5-9和分子质量 10-200kｕ的范围内可分辨2000个以上的蛋白质斑 点,然后利用Ｅｄｍａｎ微量测序技术对其中24个 斑点进行分析,得到其中12个蛋白质的Ｎ端序列. 其余的由于Ｎ端封闭而未能测出序列.已测出的12 个中有1个未能找到与其匹配的基因.另外11个与 能量代谢、酸性核蛋白、Ｇ蛋白等对应. Ｃ.elegans的19000个基因已于1998年12月全部测 出,预计会对蛋白质组的研究提供帮助
果蝇的蛋白质Biblioteka Baidu研究
不同性别果蝇(Ｄｒｏｓｏｐｈｉ ｌａｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒ)成 虫的头、胸、腹部的蛋白质组图谱 已被分别作出,总共约有1200个蛋白 质被检出,其中的大多数在头、胸、 腹中是相同的,但也发现了一部分其 部位、性别特异的蛋白质.
人类的蛋白质组研究
人类的蛋白质组研究吸引了最多的注意力.由 于人有着大量的组织、细胞类型和发育阶段,对 人蛋白质组的研究主要聚焦在特异的组织、细胞 和疾病上.已有的证据表明,尽管人的不同组织有 着很大的功能差别,但其中的许多蛋白质是看家 蛋白,因此它们的双向图谱可能也是近似的.这点 与简单生物不同,简单生物在不同的发育阶段有 着极不相同的蛋白质组.因此对于人类来说,一个 高质量的基本的双向图谱是非常有用的,它可以 作为其他组织、细胞的参照图谱.人的各种组织、 器官、细胞乃至各种细胞器已被广泛研究.
•蛋白质组功能模式(目前主要集中在 蛋白质相互作用网络关系)的研究
原核及简单真核生物的蛋白质组研究
• 流感嗜血杆菌的蛋白质组研究
• 大肠杆菌的蛋白质组研究
• 致病微生物的蛋白质组研究
• 酿酒酵母的蛋白质组研究
流感嗜血杆菌的蛋白质组研究
流感嗜血杆菌(Hae mophilus influenzae)是第一个获得 基因组全序列的生物.瑞士的一个小组通过2-DPAGE研究了流 感嗜血杆菌的蛋白质组分,在ｐＨ3-10的范围内鉴定了约300 个蛋白质组分,然后用有两个尿素浓度的麦黄酮(tricine)胶 分离了很难分离到的5-20ku范围内的蛋白质,还鉴定了其中的 80种.另外用肝素亲和层析将碱性蛋白质富集后,在ｐＨ6-11 的范围内又鉴定了102个蛋白质,其中许多是核酸结合蛋白尤 其是核糖体蛋白.华盛顿大学的另一个小组将双向电泳得到的 流感嗜血杆菌303个蛋白质斑点进行质谱分析,确定了263个蛋 白质,其中大部分是外膜蛋白,以及与能量代谢和大分子合成相 关的蛋白质.另外发现了几种不能在基因组中找到对应序列的 蛋白质.令人惊奇的是,大约22%的被鉴定了的蛋白质表现出与 预计不同的等电点与分子质量,显示它们可能经过了翻译后加 工.
基因组计划无疑为医疗、医药领域带来一场革 命,但也应该看到,单纯的遗传分析很难诊断多因 素的疾病.复杂的基因间相互作用,细胞内活动和 环境的影响都会影响基因的表达及蛋白质的翻译 后加工.因此,可靠的诊断和治疗应基于机体渐进 发展过程的调控及失调,并且必须考虑到环境因素 的影响.蛋白质组的研究正是探索这一领域的有力 武器.人们不难预期,基因组计划的不断推进会给 蛋白质组研究提供更多更全的数据库;生物信息学 的发展会给蛋白质组计划提供更方便有效的计算 机分析软件;国际互联网会使各国各领域科学家有 关蛋白质组研究的成果出现新的集成;新的技术会 不断涌现,蛋白质组研究方法会象ＰＣＲ技术一样 易于操作,并渗透到人类活动的方方面面,对工业、 农业、医疗卫生各行各业带来新的革命
正在丹麦进行的一项研究计划分别作出野生型 和将基因系统缺失的缺陷型酵母的双向蛋白质图谱. 初步的研究表明,缺失单一基因将导致的结果并不 只是缺乏此基因编码的蛋白质,而是能导致其他一 系列蛋白质量的改变.一些蛋白质减少而另一些蛋 白质增多,当然还有一些蛋白质被加工修饰而导致 性状改变.单一基因缺失的结果总是引起蛋白质组 全局性的变化.大约20%的酵母基因缺失是致死性的, 另外80%则不然,这时机体能通过调节蛋白质的表达 来对抗这种内源性的变化.这种基 因缺失的研究可 能会告诉我们一些关于细胞内蛋白质分子间相互 “对话”和“作用”的重要信息,如蛋白质间的物 理联系(这些蛋白质可能会组成蛋白质复合物)、信 号传递途径,以帮助我们了解细胞是如何构成的以 及是如何协同工作的。
大肠杆菌的蛋白质组研究
大肠杆菌全部4000多个基因的ＤＮＡ序列已被测定,人 们想到如果把双向电泳得到的蛋白质谱与基因组分析结果联 合起来,就会得到更多有用的信息.基于此想法,建立蛋白质 基因联合数据库,希望籍此来回答以下几方面的问题:ａ 所 有编码基因的产物在双向图谱上的位置,ｂ 各种蛋白质的丰 度,ｃ 不同条件下各种蛋白质表达水平及合成速率的变化, ｄ 各种蛋白质在细胞内的定位,ｅ 某些蛋白质翻译后修饰 的方式及水平.目前,大肠杆菌的联合数据库已更新到第六版, 大约包括1600个蛋白质斑点的数据,其中大约400个蛋白质 斑点已与大约350个基因相对应(有些基因可能有多个蛋白质 产物),对于这些蛋白质,这个数据库可以提供基因名称、蛋 白质名称、EC 编号、功能范畴、Swiss-prot数据库编号、 Ｇenbank序列号、基因图谱的位置、染色体上的转录方向 以及一些生理信息(如在不同生长条件下该蛋白质在细胞内 的丰度).
致病微生物的蛋白质组研究
蛋白质组的一个重要应用是在阐明新抗生素作用机理的研 究上.当今,细菌对大多数抗生素都有了抗性,寻找作用于细菌 内新的靶子的研究工作已经展开,找到了许多有效的抗菌化合 物.但目前遇到的困难在于难以揭示新的化合物的作用靶子及 其作用机理.有时虽在体外发现新化合物能够使某种蛋白质失 活,但在体内是否有这种现象和这是否是抗菌的主要机制仍然 未知,现在双向电泳分析提供了一个有效手段.例如在研究抑制 核糖体类抗生素对细菌的作用机制时,对12种作用于翻译过程 的不同阶段和核糖体内不同分子的抗生素加以考察,发现其中8 种诱导冷休克反应的一系列蛋白质,另4种诱导一系列热休克反 应的蛋白质,因此预计新的作用于核糖体的化合物也是诱导这 两种反应,并且籍此可以推测大肠杆菌对冷热的反应发生于核 糖体水平上.蛋白质组研究的重要优势在于能够从整体水平上 分析不同条件下蛋白质谱的变化.例如作为一种差异显示技术, 这一技术已被用于比较结核分枝杆菌与牛结核分枝杆菌蛋白的 不同,结果发现一些在基因水平上很类似的蛋白在蛋白质水平
酿酒酵母的蛋白质组研究
利用双向电泳技术分析酵母蛋白谱的工作早于蛋 白质组概念的提出.酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)基因组的完成及其蛋白质数据库在互联 网上的建立,大大加速了这一工作.最新版的数据库 包括6000多页,每页代表一个已知或推测的酵母蛋白. 它包含以下几方面的信息:ａ 以序列为基础的已知 和推测的酵母蛋白的特征信息,如分子质量、等电点、 氨基酸组成、多肽片段大小等;ｂ 一些研究得到的 关于各种蛋白质在翻译后加工、亚细胞定位、功能 分类方面的信息;ｃ 从以往的超过5000篇关于酵母 蛋白研究的文章中获得的有关各种蛋白质功能、相 互作用、突变表型的信息.借助数据库的有力推动, 在双向电泳蛋白质谱上最明显的蛋白质斑点的大部 分得到鉴定.
蛋白质组学及其研究进展
• 蛋白质组学的含义
• 蛋白质组学研究的内容
• 蛋白质组学研究的手段
• 蛋白质组信息学 • 差异蛋白质组学 • 蛋白质组研究意义及前景
生物化学专题
蛋白质组学的含义
蛋白质组(Proteome)一词最早由澳大利亚学 者 Ｗｉｌｋｉｎｓ等于1994年提出,指的是由一 个基因组geneome或一个细胞、组织表达的所有 protein。蛋白质组学(proteomics)是在蛋白质水 平上定量、动态、整体性地研究生物体。 同基因组学一样,蛋白质组学不是一个封闭的、 概念化的、稳定的知识体系,而是一个领域。它旨 在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式, 其内容包括蛋白质的定性鉴定、定量检测、细胞 内定位、相互作用研究等,最终揭示蛋白质功能, 是基因组ＤＮＡ序列与基因功能之间的桥梁。
模体与域: PROSITE 序列模体 http://www.expasy.ch/sport/prosite.html BLOCKS 保守序列 http://www.blocks.fhcrc.org/ ProDom蛋白质域http://protein.toulouse.inra.fr/prodom.html SBASE蛋白质域http://base.icgeb.trieste.it/sbase/ 二维电泳(2DPAGE): WORLD-2DPAGE国际2DPAGE库的完整索引http://www.expasy.ch/ch2d/2dindex.htm lLinksto2DPAGEPhoretix公司的连络表http://www.phoretix.com/links.htm 2DWG二维电泳图谱元库http://www-lecb.ncifcrf.gov/2dwgDB/ Flicker成对电泳图谱比较http://www-lecb.ncifcrf.gov/flicker/ 三维结构库: PDB蛋白质三维结构坐标库http://www.pdb.bnl.gov/ SWISS-MODEL从序列模建结构http://www.expasy.ch/swissmod/SWISSMODEL.html SWISS-3DIMAGE三维结构图示http://www.expasy.ch/sw3d/ DSSP二级结构命名ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/databases/dssp FSSP蛋白质结构家族ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/databases/fssp/
蛋白质组学研究的内容
•蛋白质表达模式(或蛋白质组组成)的研究
蛋白质组组成的分析鉴定是蛋白质组学中的与 基因组学相对应的主要内容。它要求对蛋白质组进行 表征,即实现所有蛋白质的分离、鉴定及其图谱化。 双向凝胶电泳(2-DＥ)和质谱(Mass spectrometry)技 术是当前分离鉴定蛋白质的两大支柱技术