差异蛋白质组学研究与应用进展

差异蛋白质组学研究与应用进展

赵宏伟①　田秀珠②　王　波①3

摘要:差异蛋白质组学是蛋白质组学的一种重要研究策略,着重于比较不同生物体在不同时刻或状态下蛋白质表达的变化,在目前技术背景下有重要的现实意义。将近年来新发展的差异蛋白组学技术,如激光捕获微切割、蛋白芯片及蛋白质定量研究方面等的技术和差异蛋白组学应用进展进行总结。

关键词:差异蛋白质组学,技术,应用

中图分类号:R-02 文献标识码:A 文章编号:1002-0772(2006)04-0045-03

Advance in Differential Proteomics R esearch and A pplication　ZHA O Hong2wei,TIA N Xiu2z hu,W A N G Bo.Depart ment of Obstet rics and Gynecology,Qilu Hospital A ttached to S handong U niversity,Jinan250012,China

Abstract:Differential Proteomics,one im portant study strategy of proteomics,focuses on the changes of protein expressions of dif2 ferent cells or tissues under different conditions.Differential Proteomics has apractical importance at present.This text summed u p the new differential proteomics techniques,including laser capture microdissection,protein chip and techniques used in protein quantitating,and the progress with differential proteomics application.

K ey Words:differential proteomics,technique,application

1994年,Marc Wilkins在Siena双向凝胶电泳(two-dimen2 sional electrophoresis,2-DE)会议上最早提出了蛋白质组(pro2 teome)概念,并于1995年7月的Elect rophoresis杂志上发表[1],当时定义为微生物基因组表达的整套蛋白质,后来定义为一个基因组所表达的蛋白质。蛋白质组学(proteomics)是一门以全面的蛋白质性质研究为基础,在蛋白质水平对疾病机理、细胞模式、功能联系等方面进行探索的科学。其中,差异蛋白质组学是蛋白质组学研究的一种重要研究策略,着重于筛选和鉴定不同种类或状态下各样本之间蛋白质组的区别与变化,具有很强的可实现性,现对其产生背景及研究技术和应用进展分析如下。1　差异蛋白质组学的产生背景

根据研究内容,蛋白质组学可以分为结构蛋白质组学和功能蛋白质组学。结构蛋白质组学主要是蛋白质表达模式的研究,包括蛋白质氨基酸序列分析及空间结构的解析、种类分析及数量确定;功能蛋白质组学主要是蛋白质功能模式的研究,包括蛋白质的功能及蛋白质间的相互作用。在对结构蛋白质组学研究的初期,许多研究者在人类基因组计划成功完成的鼓舞下,力图“查清”人类大约3万到4万多基因编码的所有蛋白质,建立蛋白质文库。美国和其他一些国家的政府和一些大公司投入了巨额资金,但是蛋白质组与基因组相比,迄今还不具备像基因组研究中的大规模基因组测序技术和高通量的基因芯片技术相应的技术基础,而且DNA大规模的高通量研究是建立在4种碱基及其配对性质的相对单一和简单的原则基础上的,但对蛋白质的识别和鉴定的原则要复杂得多。随着对蛋白质组学的深入理解和具体工作的开展,人们逐渐认识到在短时间内建立人类蛋白质组学“完整的”数据库和实现网络资源共享是难以实现的,或者说条件尚未成熟[2]。于是结构蛋白质组学研究着重于寻找和筛选任何有意义的因素引起的2个样本之间的差异蛋白质谱,揭示细胞生理和病理状态的进程与本质、对外界环境刺激的反应途径,以及细胞调控机制,同时获得对某些关键蛋白的定性

①山东大学齐鲁医院妇产科　山东济南　250012

②山西医科大学第一医院产科　山西太原　030001和功能分析,这样差异蛋白质组学应运而生[3]。

2　差异蛋白质组学研究技术的进展

目前差异蛋白质组学研究多采用传统的蛋白组学技术,例如双向电泳、质谱等,但2-DE检测不到低拷贝蛋白和难溶蛋白,而且极酸或极碱的蛋白在电泳过程中易发生丢失,对分子量过大(>200K D)或过小(<10K D)的蛋白也难以分离,因此远不能捕获细胞内的全部蛋白质[4]。质谱在蛋白质分析方面虽然具有高分辨率和高灵敏度的优点,但它需要在检测之前对样品进行必要的纯化,因而无法实现高通量的蛋白质分析[5]。此外,质谱是通过分子的飞行时间和带电荷多少来计算分子的分子质量的,因而它无法区分分子和带电荷相同的同分异构体的质量。这些技术的缺憾阻止了差异蛋白质组学研究在当前大规模地迅速开展,但近几年一些新技术的发展为差异蛋白组学的发展提供了条件。

2.1　激光捕获微切割技术

选择具有高度可比性、特异性差异显著的对比对象是差异蛋白组学的关键。由于样本成分复杂,实验者为保证差异蛋白确实存在及其与研究因素的相关性,一个重要的策略就是减少干扰因素或个体差异,提高样本的均一性。激光捕获微切割技术(laser capture microdissection,LCM)的出现和发展促进了差异蛋白组学研究中具有高度可比性标本的选择。该技术的工作原理为:将专用组织切片放置在倒置显微镜的载物台上,在一个与标准0.5ml EP管(eppendorf microfuge tube)配套的扁平盖子上贴附一层直径大约6mm的透明热塑型薄膜,通过机械手使薄膜的另一面以适当压力紧密覆盖在切片的表面,在显微镜下将选定细胞调至视野的中心,通过定位光束标定被选细胞后,引导脉冲激光束从侧面通过一个透镜和一个反光镜,使反射光垂直照射于所选定的细胞上,这时贴附于该细胞上的薄膜在受到适当强度的脉冲激光(0.5ms～5.0ms)照射后,瞬间温度升高使薄膜溶解并与其下方的细胞紧密黏连(其黏附力远大于组织同载玻片的黏附力),当薄膜重新塑性后与薄膜相连的细胞可以被完整的从组织切片中取出来,而且不会损伤细胞,然后将黏附有被选细胞的盖子盖在含有相应微量缓冲液的EP管上,通过对膜的消医学与哲学(临床决策论坛版)2006年4月第27卷第4期总第307期