蛋白质组学

Real-time Fluorescent Imaging Subcutaneous Tumor 4 Growth In Vivo
5 6
Whole-body Imaging of Metastatic Lung Lesions of Orthotopical Adenoid Cystic Carcinoma Model Real-time Monitoring the Tumor Responses During HSV-tk Gene Therapy with ACV In Vivo.
Experimental route of lectin array
荧光共振能量转移 （FRET）
基质金属蛋白酶活性的光学分子成像
2 活细胞水平实时FRET分析MMP2 活性 3 4
5 6
BBA-M ol. Cell R es., 2007，1773(3): 400-407
肿瘤生长、转移和治疗的光学成像
untreated
2 3
treated with cisplatin
D0
D8
Laminin CDPGYIGSR
Journal of Proteome Research 2002, 1, 47- 54 Gygi et al
1409.25
1417.35
运用氨基酸同位素代谢标记的蛋白质组学技术
Amino Acid-coded Mass Tagging ( AACT
/ SILAC )
Antibody-Antigen Interactions β-Amyloid Assay PSA Assay
Tagging-Antigen Interactions (recombinant protein expression)
His-tags GST-fusion tags MBD tags
iTRAQ
（Isobaric Tags for Retative and Absolute Quantitation）
Tag 1 peptides
Tag 2 peptides
Common plateform of mass spectrum analysis for protein and its derivatives
二、蛋白质组学研究的新技术进展 1. 定量蛋白质组学技术
Strategies for quantitative proteomic profiling.
定量蛋白质组学技术
DIGE ( Differential In Gel Electrophoresis)
定量蛋白质组学技术
ICAT 技术
（Isotope Coded Affinity Tags ）
Oral Oncology, 2005, 41: 709-715
二、蛋白质组学研究的新技术进展 4. 芯片技术
Protein Chips (Antibodies)
凝集素芯片检测聚糖标 志物的原理
Study on HCC specific glycan as novel metastatic biomarkers
蛋白质及其衍生物的质谱分析的通用平台
Sample preparation
2-DE
Image analysis
MALDITOFTOFMS
Spot pick auto-sampler Enzymatic degradation
Establishment of traditional proteomics platform
肿瘤研究的对策及目标
集中力量对肿瘤干预、早诊和治疗方面存在的重大应用问 题进行攻关研究。对胃癌、肝癌开展干预预防、早诊和综合 治疗的系列研究；对食管癌进行干预预防和优化筛查方案的 研究；对肺癌、乳腺癌和鼻咽癌的早诊和综合治疗展开现场 和多中心的临床试验。 最终目标： 1）使接受干预预防的肿瘤发病率下降幅度达10~35%； 2）使早诊率提高20个百分点； 3）建立和推广符合我国国情的综合治疗肿瘤的指导性方 案，提高患者治愈率和生活质量。
Pre-column
SCX
MALDITOFTOFMS
Auto-sampler
HPLC
(Micro-2D SCX-RPHPLC- MALD-TOF MS/MS)
Technical Platform 3
二、蛋白质组学研究的新技术进展 2. 蛋白质相互作用及蛋白质复合物研究
源自文库
Simple Stable Interactions (简单稳定相互作用）
P-
Simple Transient Interactions (简单稳定瞬时相互作用）
Phosphorylation/Dephosphorylation Kinase Assays Glycosylation/Deglycosylation Glycosidase Assays Proteolysis Proteolysis Assays
一、疾病蛋白质组学研究目的和临床关系
Protein Discovery Protein Function
Protein-Protein Interaction Protein Function Assays Identification / Characterization Expression Quantitation Differential Display PTM
P-
Complex Transient Interactions (pathways) （复杂稳定瞬时相互作用）
Enzyme Cascades
GST Pull down
BIA-MS技术
Biomolecular Interaction Analysis
Biacore系统的3个核心部分是传感器芯片，SPR光学检测系统，微射流卡盘 实时检测各种生物分子间的相互作用，蛋白质-蛋白质，DNA-蛋白质，DNA-DNA等 用于蛋白质组学研究 (Proteomics) - 癌症研究 (Cancer Research) - 新药研发 (Drug Discovery) - 信号传 递 (Cell Signalling) - 多分子复合物的结构和组装 ( Multi-molecular Complexes) - 分子识 别 (Molecular Recognition）- 免疫调节 (Immune Regulation) - 免疫测定法 (Immunoassay) - 疫苗开 发 (Vaccine Development) - 瞬时结合 (Transient Binding) - 配体垂钓 (Ligand Fishing) - 结合特异 性 (Binding Specificity) - 结构与功能的关系 (Structure-function Relationship) 酶反应 (Enzyme Reaction)
Role Structure Orthologs Paralogs Expression Function Location Interactions Pathways
Phenotypes Drug Interaction
Diseases
Procedure / Protocols Nutrition
Acquired Capabilities of Cancer
— Deregulated Signal Transduction
蛋白质组学的内涵和出口
蛋白质组学 的太阳系
Evolving Levels of Information Molecular genetics Biochemistry Molecular Cell Biology Oncology …………
发现和鉴 定了生理 状况下大 量重要组 织蛋白质
1
建立疾 病不同 阶段蛋 白质组 数据库
2
疾病过程 中重要标 志物
疾病早 期诊断 预后参 数模型
模型的大 规模现场 验证和临 床应用
3
4
5
疾病蛋白质组学
“疾病系统生物学”的提出以及在蛋白质组学研究中应用，“Clinical Proteomics”、 “Proteomics-Clinical Applications”等的国际专业学术刊物的先后发行，标示着 疾病蛋白组学已成为医学科学领域发展的重要前沿。
位置：X为个氢原子（D0）或同位素氘（D8）
O
HN
NH X X X O X O O X X X X H N O I
H N S
BIOTIN Biotin
LINKER
THIOL-SPECIFIC REACTIVE GROUP
ICAT试剂的结构
ICAT技术与多维色谱 联用实现对低丰度蛋白的定量分析
1，ICAT试剂标记 2，混合蛋白溶液 蛋白酶酶解 3，强阳离子交换色谱 4，收集不同片段的混合肽 5，生物素亲和色谱 6，RP LC-ion trap MS/MS
Patient profile
Medical
Protein
Proteomes
Synteny Regulatory Networks Duplication Structure
Gene
Somatic Variation
Population Variation
Expression
Genomes
Genomics Transcriptomics Proteomics Epigenetics Bioinformatics System Biology
Technical Platform 1
Sample preparation
Pre-column
SCX
Nano-ESIQTOF/MS
Auto-interface
HPLC
(Micro-2D SCX-RPHPLC-nESI-QTOF MS/MS)
Technical Platform 2
Sample preparation
恶性肿瘤已占人类死亡原因的第二位
全球： 1990年肿瘤新发病例810万，死亡520万； 2000年新发病例1010万，死亡620万 我国： 1993年至2000年发病率增加了2.1倍。 2000年新发病例200万，死亡140~150万 并以3% 的速度递增。 目前我国每死亡5人，即有1人死于癌症 预测： 2020年全球新发病例2000万，死亡1200万， 癌症将成为人类第一大死因，可能成为全球 最大的公共卫生问题。
(1) 与体外化学标记相比，代谢标记有更高的特异性和定量准确度 (2) 可自由选择标记的氨基酸种类，如联合标记能提高蛋白质鉴定的可信度和覆盖率， 标记特定的磷酸化基团可定量的研究蛋白质的翻译后修饰 (3) 提高质谱图(PMF & MS/MS)解析的专一性和准确性，有利于低丰度、疏水性及后 修饰的蛋白质的检测和鉴定 (4) 经多种低等和高等生物的细胞试验，对其生长发育不产生明显干扰或危害
TAP-MS 技术
Tandem Affinity Purification/MS
Tandem affinity purification of TAP-tagged 14-3-3
TAP strategy
MALDI-MS/MS spectrum of MH+ = 1475.87 parent ion.
Complex Stable Interactions （复杂稳定相互作用） Multiple-Component Protein Complexes Bait Protein – Target Complex Interactions
Antibody-Antigen Complex Interactions
双标记蛋白质组技术
2 3 4
5 6
Chen et al, 2005
二、蛋白质组学研究的新技术进展 3. 细胞内蛋白质分子可视化和 动态三维成像技术
蛋白质的细胞内定位
与表达和修饰 同等重要参数
严密调控 相互作用网络
与功能一致的 动态变化
影响蛋白质 功能发挥
亚细胞定位和转位异常与细胞病理变化密切相关
Protein Structure Analysis
3-D Protein Structure Computer Modeling
Metabolic Pathway Analysis
BioMarkers & Diagnostics Protein Therapeutics Drug Targets
疾病蛋白组学 医学科学领域发展的重要前沿