基金项目：国家863高技术研究发展计划项目（2006AA02A309）
收稿日期：2011－10－14；修回日期：2012－02－13作者简介：凌孙彬（1989－），男，浙江杭州人，大连医科大学七年制学生。E －mail ：lsb0330@126．com 通信作者：王立明，教授，博士生导师。E －mail ：Wangbcc259@yahoo．com．cn
第34卷第2期2012年4月
大连医科大学学报
Journal of Dalian Medical University
Vol．34No．2Apr．2012
线粒体蛋白质组学在肿瘤研究中的进展
凌孙彬1
，唐
博2，王立明
2
（1．大连医科大学七年制2007级，辽宁大连116044；2．大连医科大学附属第二医院普外三科，辽宁大连116027）
摘要：线粒体DNA 的突变和蛋白表达谱的异常，将严重影响细胞的凋亡和能量代谢过程，这一变化可能是恶性肿瘤细胞代谢及功能异常的重要组成部分。蛋白质组学技术可以分析肿瘤细胞或组织在某一时间点内全蛋白的表达情况及活性，而基于亚细胞水平研究的线粒体蛋白质组学较传统蛋白质组学研究有更高的分辨率。线粒体蛋白质组的改变与多种肿瘤相关，随着亚细胞分离技术和蛋白质鉴定技术的发展，线粒体蛋白质组学在寻找新的肿瘤相关特性蛋白研究中显示出越来越重要的意义。关键词：肿瘤；线粒体；蛋白质组学中图分类号：R34
文献标志码：A
文章编号：1671－7295（2012）02－0179－03
Advance of mitochondrial proteomics in cancer research
LING Sun －bin 1，TANG Bo 2，WANG Li －ming 2
（1．Grade 2007，Department of Seven －year Curriculum ，Dalian Medical University ，Dalian 116044，China ；2．Department of General Surgery ，the Second Affiliated Hospital of Dalian Medical University ，Dalian 116027，China ）
Abstract ：The mutational mitochondrial DNA and abnormally expressed mitochondrial proteins ，inducing a severe impact on apoptosis and energy metabolism of cells ，may serve as a significant composition of overall metabolic and functional dis-order in malignant cells．Proteomics displayed the capability on analysis of entire proteins expression in certain period in cells or tissues．Furthermore ，mitochondrial proteomics ，focusing on phenotype on subcellular level ，has higher resolution．Numbers of researches have shown the correlation between changes in mitochondrial proteome and tumors．Along with the progress of subcellular isolation and proteins identification technics ，mitochondrial proteomics plays an increasingly signifi-cant role in finding cancer －related specific molecules．Key words ：tumor ；mitochondria ；proteomics
近年来，蛋白质组学的发展为肿瘤研究提供了
全新的方法和思路，细胞水平的肿瘤蛋白质组学研究得到了广泛的开展，但是，现有分离技术下往往难以一步到位地获得细胞的全蛋白质组，大量的低丰度蛋白质未能得到显现和分析。因此，亚细胞蛋白质组学的开展可以作为传统蛋白质组学的重要补充，同时也极大地降低了针对全细胞蛋白质组学研
究的复杂性。线粒体（mitochondria ，
Mt ）是真核细胞中一种重要的细胞器，除作为能量产生的场所外，已发现其参与包括肿瘤细胞发生发展在内的多种病理
生理过程［1］
。线粒体蛋白质组学已被运用于部分
肿瘤的研究中，
进一步阐明线粒体蛋白质与肿瘤的关系，有助于寻找新的肿瘤相关特异性蛋白。本文就线粒体蛋白质组学在肿瘤研究中的进展进行综
述。
1线粒体蛋白质组学概述
线粒体蛋白质组学的研究主要集中在两方面：（1）线粒体蛋白质表达谱的建立；（2）运用比较蛋白质组学的方法寻找疾病组和对照组的差异表达蛋白，研究蛋白质表达量的变化、翻译后修饰以及细胞内定位改变等。线粒体蛋白质组研究常用技术包括：（1）用于蛋白质分离纯化的双向凝胶电泳（2DE）、二维液相色谱（2D－LC）以及常用于亚细胞分离的差速离心和密度梯度离心技术；（2）蛋白质鉴定技术：质谱技术（MS）、凝胶图像分析、蛋白质测序及氨基酸组成分析等；（3）用于蛋白质相互作用及作用方式研究的酵母双杂交系统、亲和层析和蛋白质芯片技术等；（4）生物信息学。
目前，对复杂蛋白质的分析一般有两条技术路线：经典的双向凝胶电泳－质谱技术（2－DE－MS）和二维液相色谱－串联质谱（2D LC－MS/MS）。2－DE－MS可以反映蛋白质分子的分子质量、等电点、疏水性以及结合特性，而对低丰度、极端分子量、碱性、疏水性蛋白的分辨率低。线粒体是一个具有双层膜结构的细胞器，内膜和外膜上整合有很多膜蛋白质，这些膜蛋白质对于线粒体功能的发挥具有重要作用，但是膜蛋白质具有很强的疏水性，2DE－MS对线粒体蛋白的分离有局限性。2D LC－MS/ MS可以弥补经典策略的不足，不受蛋白质等电点、分子量、疏水性的限制，且自动化程度高。Pflieger 等［2］应用LC－MS/MS成功的鉴定出179种线粒体蛋白质，其中43%是膜蛋白质而且23%具有跨膜结构域。2D LC－MS/MS主要的不足在于提供的关于完整蛋白质的分子信息非常有限，尤其是有关翻译后修饰的信息量较少。目前对线粒体分离纯化的技术主要为差速离心结合密度梯度离心，该技术可以减少样品污染，同时较好地保护线粒体不受破坏［3－4］。此外，本实验室采用以磁性纳米粒子为介质的线粒体分离技术，得到了更高的分离率和纯度。
2线粒体与肿瘤的关系
线粒体（mitochondria，Mt）是细胞中进行生物氧化和能量转换的细胞器，含有1000 2000种蛋白质，约占整个细胞蛋白质种类的5% 10%，在这些蛋白质中，有2%是线粒体自己合成的，98%是由细胞核编码、细胞质核糖体合成后运往线粒体的，因此，线粒体是一种半自主性的细胞器。线粒体不仅维持细胞的正常生理功能，还在信号转导、细胞凋亡、自由基生成、细胞内离子的跨膜转运及电解质稳态平衡的调控中发挥重要的作用。线粒体有自己的遗传系统和蛋白质翻译系统，人线粒体DNA（mtD-NA）是一个16569bp的双链环状闭合分子，编码13种蛋白质，22种tRNA和2种rRNA。D环（D－loop）是mtDNA主要的非编码区，包含了线粒体基因复制和转录的调控序列，其中央保守区呈现高度保守性［5］。mtDNA突变和线粒体本身功能的异常与肿瘤的发生发展和细胞凋亡密切相关［6］。mtDNA 易受损伤，突变率远高于nDNA。mtDNA突变常发生于D－loop区，D－loop区控制着mtDNA的复制和转录，可引起mtDNA拷贝数的改变和某些基因的异常表达［7］。早在1956年，Warburg［8］提出线粒体呼吸链的缺陷可以导致细胞去分化，并因此促进细胞癌变，而最近认为mtDNA的突变可以引起线粒体呼吸链的异常，进而导致肿瘤发生［9－10］。线粒体还参与细胞凋亡过程，其功能的异常能使肿瘤细胞获得较强的抗凋亡能力［11－12］，一些特异性定位于线粒体的肿瘤相关因子，也被发现参与对肿瘤细胞生长及凋亡的控制［13－14］。
3线粒体蛋白质组学在肿瘤研究中的进展
3．1线粒体蛋白质组学用于肿瘤差异蛋白的筛选目前，仍有大量的线粒体蛋白未被鉴定，基于线粒体与肿瘤的相关性，线粒体蛋白质组学在肿瘤研究中显示出重要意义。Hermann等［15］采用蛋白质组学技术定量分析了线粒体和核分别编码的细胞色素C氧化酶（COX）亚单位间的比率，发现该比率与前列腺组织恶性进程相关。该研究说明了核编码线粒体蛋白质在肿瘤发生中发挥了重要作用，同时也显示出对完整线粒体蛋白质组鉴定的重要意义。Kim等［16］采用蛋白质组学技术分析了人胃癌细胞系AGS，发现了4种高表达线粒体蛋白质：泛醇－细胞色素C还原酶（ubiquinol－cytochrome C reduc-tase）、烯酰辅酶A水合酶－1短链（mitochondrial short－chain enoyl－coenzyme A hydratase－1）、HSP6、线粒体延伸因子T（mitochondria elongation factor T），这些蛋白可能成为存在于肿瘤细胞线粒体上的生物标记物。中国Li等［17］在对肝癌亚细胞结构的蛋白质组比较分析中，发现了14个差异表达的线粒体蛋白质，包括参与细胞能量代谢的相关酶
081大连医科大学学报第34卷
类、细胞骨架蛋白及蛋白质代谢相关蛋白，说明线粒体参与肿瘤发生发展的多个过程。最近，Chen 等［18］在对3种恶性程度和侵袭潜能不同的乳腺癌细胞系的线粒体差异蛋白质组学分析中，发现了新的具有诊断意义的相关蛋白。
3．2线粒体蛋白质组学用于肿瘤耐药相关蛋白的筛选
肿瘤细胞的耐药性与细胞内凋亡机制的异常改变密切相关，而线粒体对肿瘤细胞凋亡的调控可直接影响其耐药性。Jiang等［19］比较了非霍奇金淋巴瘤（NHL）拉吉细胞（Raji cells）阿霉素（ADR）培养与正常培养细胞株之间线粒体蛋白的表达差异，发现了ADR培养的细胞线粒体中热休克蛋白70（HSP70）、抗增殖蛋白（prohibitin，PHB）和人腺苷三磷酸结合盒转运体B6（ATP－binding cassette trans-porter isoform B6，ABCB6）的异常表达。HSP70可抑制细胞内氧化应激和细胞凋亡，其高表达常提示肿瘤患者预后不良［20］；ABCB6定位于线粒体外膜，与细胞内的物质运输有关，它的异常表达可能影响细胞内稳态，从而起到促肿瘤和肿瘤细胞多药耐药等作用，但具体机制仍不清楚［21］；PHB可能通过与Rb 蛋白（retinoblastoma protein）作用，抑制转录因子E2F的活性，抑制肿瘤细胞凋亡［22］。但是，最近Dai 等［23］采用差示凝胶电泳（DIGE）技术分离样品，比较了铂类化疗药敏感的卵巢癌细胞系SKOV3、A2780和铂类化疗药不敏感的卵巢癌亚细胞系SK-OV3/CDDP、SKOV3/CBP、A2780/CDDP、A2780/CBP 之间线粒体蛋白质表达谱的差异，发现在耐药细胞系线粒体中有PHB表达的显著下调，认为卵巢癌细胞的耐药性与线粒体中PHB的低表达有关。PHB 被认为定位于细胞核、线粒体内膜等处，上述现象可能与PHB在不同细胞内的定位差别以及不同的线粒体分离技术有关；同时，PHB的功能也存在争议，以上研究至少可以说明亚细胞分离技术在研究细胞内广泛定位的蛋白时的重要作用。另外，Jiang 等［24］还分析了耐放疗NHL拉吉细胞株的线粒体蛋白质组，鉴定出了23种差异表达蛋白，其中GAP-DH、RECQL4、MKI67和ATAD3B可能作为肿瘤细胞耐受放疗的潜在标记物。
4展望
由于有两套相对独立的蛋白质编码系统的存在以及线粒体与细胞凋亡、信号转导等功能的密切相关性，线粒体基因和蛋白水平上的变化极易引起细胞功能的紊乱。在肿瘤的发生、发展过程中，细胞线粒体本身数量与功能的改变也会引起相关蛋白含量的变化。目前，线粒体蛋白质组学的研究和应用仍不广泛，但是，既往的研究已经体现出线粒体蛋白质组学技术在肿瘤研究中的价值，随着蛋白质组学技术的不断发展，尤其是亚细胞分离技术的进步，线粒体蛋白质组学将成为肿瘤研究中新的热点。
参考文献：
［1］Maximo V，Lima J，Soares P，et al．Mitochondria and cancer ［J］．Virchows Archiv，2009，454（5）：481－495．
［2］Pflieger D，Le Caer JP，Lemaire C，et al．Systematic identifi-cation of mitochondrial proteins by LC－MS/MS［J］．Anal
Chem，2002，74（10）：2400－2406．
［3］Zhang J，Li X，Mueller M，et al．Systematic characterization of the murine mitochondrial proteome using functionally val-idated cardiac mitochondria［J］．Proteomics，2008，8（8）：
1564－1575．
［4］Elena S，Assunta L，Daniela G，et al．Mammalian mitochon-drial proteome and its functions：Current investigative tech-niques and future perspectives on ageing and diabetes［J］．
JIOMICS，2011，1（1）：17－27．
［5］Kang D，Hamasaki N．Mitochondrial oxidative stress and mi-tochondrial DNA［J］．Clin Chem Lab Med，2003，41（10）：
1281－1288．
［6］Modica－Napolitano JS，Kulawiec M，Singh KK．Mitochon-dria and human cancer［J］．Curr Mol Med，2007，7（1）：
121－131．
［7］Lee HC，Li SH，Lin JC，et al．Somatic mutations in the D－loop and decrease in the copy number of mitochondrial
DNA in human hepatocellular carcinoma［J］．Mutat Res，2004，547（1－2）：71－78．
［8］Warburg O．On respiratory impairment in cancer cells［J］．Science，1956，124（3215）：269－270．
［9］Habano W，Sugai T，Nakamura SI，et al．Microsatellite insta-bility and mutation of mitochondrial and nuclear DNA in
gastric carcinoma［J］．Gastroenterology，2000，118（5）：
835－841．
［10］Gasparre G，Porcelli AM，Bonora E，et al．Disruptive mito-chondrial DNA mutations in complex I subunits are mark-
ers of oncocytic phenotype in thyroid tumors［J］．Pro Natl
Acad Sci USA，2007，104（21）：9001－9006．
［11］Baysal BE．Role of mitochondrial mutations in cancer［J］．Endocr Pathol，2006，17（3）：203－212．
（下转第188页）
181
第2期凌孙彬，等：线粒体蛋白质组学在肿瘤研究中的进展
vated levels of tumour－associated microRNAs in serum of
patients with diffuse large B－cell lymphoma［J］．Br J
Haematol，2008，141（5）：672－675．
［32］Jay C，Nemunaitis J，Chen P，et al．MiRNA profiling for diagnosis and prognosis of human cancer［J］．DNA Cell
Biol，2007，26（5）：293－300．
［33］Resnike K E，Alder H，Hagan J P，et al．The detection of differentially expressed microRNAs from the serum of o-
varian cancer patients using a novel real time PCR plat-
form［J］．Gynecol Oncol，2009，112（1）：55－59．［34］Gumireddy K，Young D D，Xiong X，et al．Small－mole-cule inhibitors of microrna miR－21function［J］．Angew
Chem Int Ed Engl，2008，47（39）：7482－7484．［35］Meng F，Henson R，Lang M，et al．Involvement of hu-man micro－RNA in growth and response to chemotherapy
in human cholangiocarcinoma cell lines［J］．Gastroenter-
ology，2006，130（7）：2113－2129．［36］Hwang JH，Voortman J，Giovannetti E，et al．Identi？
cation of microRNA－21as a biomarker for chemoresis-
tance and clinical outcome following adjuvant therapy in
resectable pancreatic cancer［J］．PLoS One，2010，5
（5）：e10630．
［37］Childs G，Fazzari M，Kung G，et al．Low－level expres-sion of microRNAs let－7d and miR－205are prognostic
markers of head and neck squamous cell carcinoma［J］．
Am J Pathol，2009，174（3）：736－745．
［38］Motoyama K，Inoue H，Mimori K，et al．Clinicopathologi-cal and prognostic significance of PDCD4and microRNAs－
21in human gastric cacer［J］．Int J Oncol，2010，36
（5）：1089－1095．
［39］Dillhoff M，Liu J，Frankel W，et al．MicroRNA－21is overexpressed in pancreatic cancer and a potential predic-
tor of survival［J］．J Gastrointest Surg，2008，12（12）：
2171－2176．
（上接第181页）
［12］Shen L，Lan Z，Sun X，et al．Proteomic analysis of lantha-num citrate－induced apoptosis in human cervical carcino-
ma SiHa cells［J］．Biometals，2010，23（6）：1179－1189．［13］Sp nkuch－Schmitt B，Bereiter－Hahn J，Kaufmann M，et al．Effect of RNA silencing of polo－like kinase－1
（PLK1）on apoptosis and spindle formation in human
cancer cells［J］．J Natl Cancer Inst，2002，94（24）：
1863－1877．
［14］Elhasid R，Sahar D，Merling A，et al．Mitochondrial pro－apoptotic ARTS protein is lost in the majority of acute lym-
phoblastic leukemia patients［J］．Oncogene，2004，23
（32）：5468－5475．
［15］Herrmann PC，Gillespie JW，Charboneau L，et al．Mito-chondrial proteome：altered cytochrome c oxidase subunit
levels in prostate cancer［J］．Proteomics，2003，3（9）：
1801－1810．
［16］Kim HK，Park WS，Kang SH，et al．Mitochondrial altera-tions in human gastric carcinoma cell line［J］．Am J Phys-
iol Cell Physiol，2007，293（2）：C761－C771．
［17］Li Xing，Pan Wei，Qiu Feng，et al．Comparative proteome analysis of hepatoma cells at subcellular level［J］．JMCB，2006，39（5）：399－406．
［18］Chen YW，Chou HC，Lyu PC，et al．Mitochondrial pro-teomics analysis of tumorigenic and metastatic breast canc-
er markers［J］．Funct Integr Genomics，2011，11（2）：
225－239．
［19］Jiang YJ，Sun Q，Fang XS，et al．Comparative mitochondri-al proteomic analysis of Rji cells exposed to adriamycin
［J］．Mol Med，2009，15（5－6）：173－182．
［20］Ciocca DR and SK Calderwood．Heat shock proteins in cancer：diagnostic，prognostic，predictive，and treatment
implications［J］．Cell Stress Chaperones，2005，10（2）：
86－103．
［21］Szakács G，Annereau JP，Lababidi S，et al．Predicting drug sensitivity and resistance：profiling ABC transporter genes
in cancer cells［J］．Cancer Cell，2004，6（2）：129－137．［22］Fusaro G，Wang S，Chellappan S．Differential regulation of Rb family proteins and prohibitin during camptothecin－
induced apoptosis［J］．Oncogene，2002，21（29）：4539－
4548．
［23］Dai Z，Yin J，He H，et al．Mitochondrial comparative pro-teomics of human ovarian cancer cells and their
platinum－resistant sublines［J］．Proteomics，2010，10
（21）：3789－3799．
［24］Jiang Y，Liu X，Fang X，et al．Proteomic analysis of mito-chondria in Raji cells following exposure to radiation：im-
plications for radiotherapy response［J］．Protein Pept
Lett，2009，16（11）：1350－1359．
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蛋白质组学的应用研究进展 蛋白质组学的应用研究进展 尹稳1 伏旭2 李平1 （1. 兰州大学第二医院，兰州 730030 ；2. 兰州大学第二医院急救中心，兰州730030） 摘要：蛋白质组学（Proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成 及其功能的新兴学科。虽然基因决定蛋白质的水平，但是基因表达的水平并不能代表细胞内活性蛋白的水平，蛋白质组学分析是对蛋白质翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。蛋白质组学相关技术的发展极大地推动了蛋白质组学的研究进展，使其在各研究领域得到了广泛的应用。对蛋白质组学相关技术及其在各领域的应用进行了综述，最后对蛋白质组学的发展趋势和应用前景作出展望。 关键词：蛋白质组学双向凝胶电泳 质谱 生物信息学 应用现状 Application Research Progress of Proteomics （1. Lanzhou University Second Hospital，Lanzhou 730030 ；2. Department of Emergency，Lanzhou University Second Hospital，Lanzhou 730030） Abstract: Proteomics is an emerging discipline for studying proteins composition and function in a type of cell, tissue or body fluids in a large-scale, high-throughput and systematic level. While genes determine the level of protein, but the level of gene expression can not represent the intracellular reactive protein levels. Proteomic analysis is a complement to the study of translation and modification and also an indispensable tool for a comprehensive understanding of genome expression. The development of proteomic technologies has greatly promoted the progress of proteomic research, and it has been widely used in various research fields.This paper revieweded the proteomic technologies and the applications in various fields are also briefly reviewed. Finally, some future issues are presented.
生物信息学分析FAQ CHAPTER ONE ABOUT GENE ONTOLOGY ANNOTATION (3) 什么是GO？ (3) GO和KEGG注释之前，为什么要先进行序列比对（BLAST）？ (3) GO注释的意义？ (3) GO和GOslim的区别 (4) 为什么有些蛋白没有GO注释信息？ (4) 为什么GO Level 2的统计饼图里蛋白数目和差异蛋白总数不一致？ (4) 什么是差异蛋白的功能富集分析&WHY？ (4) GO注释结果文件解析 (5) Sheet TopBlastHits (5) Sheet protein2GO/protein2GOslim (5) Sheet BP/MF/CC (6) Sheet Level2_BP/Level2_MF/Level2_CC (6) CHAPTER TWO ABOUT KEGG PATHWAY ANNOTATION (7) WHY KEGG pathway annotation? (7) KEGG通路注释的方法&流程？ (7) KEGG通路注释的意义？ (7) 为什么有些蛋白没有KEGG通路注释信息？ (8) 什么是差异蛋白的通路富集分析&WHY？ (8) KEGG注释结果文件解析 (8) Sheet query2map (8) Sheet map2query (9) Sheet TopMapStat (9) CHAPTER THREE ABOUT FEATURE SELECTION & CLUSTERING (10) WHY Feature Selection? (10)
聚类分析（Clustering） (10) 聚类结果文件解析 (10) CHAPTER FOUR ABOUT PROTEIN-PROTEIN INTERACTION NETWORK (12) 蛋白质相互作用网络分析的意义 (12) 蛋白质相互作用 VS生物学通路？ (12) 蛋白质相互作用网络分析结果文件解析 (12)
?综述与专论? 2014年第1期 生物技术通报 BIOTECHNOLOGY BULLETIN 随着基因组计划的完成，生命科学研究开始进入以基因组学、蛋白质组学、营养组学、代谢组学等“组学”为研究标志的后基因组时代。蛋白质组（proteome）一词最早是由澳大利亚科学家Wilkins 和Williams 于1994年提出［1］，1995年7月最早见诸于Electrophoresis 杂志［2］，意指一个细胞或组织中由基因组表达的全部蛋白质。蛋白质组学（proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织、体液中的所有蛋白质组成、功能及其蛋白之间的相互作用的学科。 虽然基因决定蛋白质的水平，mRNA 只包含了转录水平的调控，其表达水平并不能代表细胞内活 收稿日期：2013-09-05基金项目：甘肃省科技计划基金资助项目（0708NKCA129），兰州大学第二医院医学研究基金项目（YJ2010-08）作者简介：尹稳，女，硕士，研究方向：蛋白质组学；E -mail ：yinwen0508@https://www.doczj.com/doc/115316342.html, 通讯作者：伏旭，男，硕士，研究方向：生物化学与分子生物学；E -mail ：fuxu0910@https://www.doczj.com/doc/115316342.html, 蛋白质组学的应用研究进展 尹稳1 伏旭2 李平1 （1.兰州大学第二医院，兰州 730030；2.兰州大学第二医院急救中心，兰州 730030） 摘 要： 蛋白质组学（Proteomics）是一门大规模、高通量、系统化的研究某一类型细胞、组织或体液中的所有蛋白质组成及其功能的新兴学科。虽然基因决定蛋白质的水平，但是基因表达的水平并不能代表细胞内活性蛋白的水平，蛋白质组学分析是对蛋白质翻译和修饰水平等研究的一种补充，是全面了解基因组表达的一种必不可少的手段。蛋白质组学相关技术的发展极大地推动了蛋白质组学的研究进展，使其在各研究领域得到了广泛的应用。对蛋白质组学相关技术及其在各领域的应用进行了综述，最后对蛋白质组学的发展趋势和应用前景作出展望。 关键词： 蛋白质组学 双向凝胶电泳 质谱 生物信息学 应用现状 Application Research Progress of Proteomics Yin Wen 1 Fu Xu 2 Li Ping 1 （1. Lanzhou University Second Hospital ，Lanzhou 730030；2. Department of Emergency ，Lanzhou University Second Hospital ，Lanzhou 730030） Abstract: Proteomics is an emerging discipline for studying proteins composition and function in a type of cell, tissue or body fluids in a large -scale, high -throughput and systematic level. While genes determine the level of protein, but the level of gene expression can not represent the intracellular reactive protein levels. Proteomic analysis is a complement to the study of translation and modification and also an indispensable tool for a comprehensive understanding of genome expression. The development of proteomic technologies has greatly promoted the progress of proteomic research, and it has been widely used in various research fields.This paper revieweded the proteomic technologies and the applications in various fields are also briefly reviewed. Finally, some future issues are presented. Key words: Proteomics Two -dimensional gel electrophoresis Mass spectrometry Bio -informactics Application status 性蛋白的水平［3］，且转录水平的分析不能反应翻译后对蛋白质的功能和活性起至关重要作用的蛋白修饰过程［4］，如酰基化、泛素化、磷酸化或糖基化等。而蛋白质组学除了能够提供定量的数据以外，还能提供包括蛋白定位和修饰的定性信息。只有通过对生命过程中蛋白质功能和蛋白质之间的相互作用以及特殊条件下的变化机制进行研究，才能对生命的复杂活动具有深入而又全面的认识。近年来，蛋白质组学技术取得了长足的发展，随着新技术的不断涌现，其应用范围也不断扩大。本文对蛋白质组学相关技术及其在各研究领域的应用进行了简要的归纳和评述，并对蛋白质组学的发展趋势和应用前景
线粒体遗传性 线粒体复制后，细胞分裂后线粒体不均等分布。不均等分离，随机分配 遗传瓶颈genetic bottleneck卵细胞mtRNA从100，000到10~100不等。 mtRNA阈值效应:引起特定组织器官功能障碍的突变mtDNA最少数目 mtRNA阈值的影响因素：1、mtDNA突变类型；2、组织器官的功能状态；3、组织器官的能量依赖程度；4、发育阶段。 mtRNA的遗传特征：1、mtRNA复制具半自主性2、mtRNA遗传密码和通用密码不完全相同3、mtRNA为母系遗传4、复制分离5、mtRNA杂质行与阈值效应6、mtRNA突变率极高。 蛋白质组 信号蛋白、膜蛋白、血清蛋白、受体、酶、遗传 一、蛋白质功能调节：变构效应、磷酸化去磷酸化（与生长、分化、成活、凋亡有关）、蛋白质的酶切激活 基因功能研究方法：蛋白质的鉴定、研究蛋白质相互作用方法、动物水平研究蛋白质功能蛋白印迹法注意事项：蛋白质常温容易失活、一抗二抗浓度是关键、封闭做得不好容易出现非特异杂交 SDS-PAGE电泳--转膜--封闭--一抗--洗涤--酶标二抗反应--洗涤--显色或化学发光显影 蛋白质在酸性条件下是氨基电离，碱性条件下是羧基 2DE(差异凝胶电泳) 双向电泳：第一向进行等电聚焦，蛋白质沿PH梯度分离至各自的等电点；第二向再沿垂直的方向进行SDS-PAGE胶的电泳，按分子量进行分离。染色：银染、考马斯亮蓝 二、质谱：差异性蛋白的检测、鉴定不同的蛋白质。准确、微量 1、串连质谱：1、分离、消化肽段； 2、应用高能气体原子撞击成更小的片断； 3、推测小肽段的氨基酸序列。 基质辅助激光飞行时间质谱术、蛋白质指纹图谱技术 2、飞行时间质谱术：肽段与有机酸混合，然后在金属或陶瓷片上干燥。再用激光使其电离子成离子化气体。这些初始能量相同的带电离子被加速飞行经过一米的零电场导管到达粒子侦测器。由于飞行距离L是已知的定数，精确记录离子的飞行时间t，即可得到离子的速度v=L/t.动能E=(1/2)mv^2，可得到离子的质量。 测得的离子飞行时间即可得到原子或分子的质量。 3、免疫共沉淀法（IP）当细胞在非变性条件下被裂解时，完整细胞内存在的许多蛋白质-蛋白质间的的相互作用的现象被保留下来。应用特异性抗体将目标蛋白和与其作用的蛋白质共沉淀下来。 收获培养的细胞--裂解细胞--收集上清--加入适量抗体--加入proteinG-Sepharose--离心弃上清--收集沉淀--SDS-PAGE胶。 4、双杂交系统 1）已知蛋白之间相互作用的检测；2）蛋白质的功能域研究：通过对其中某一个蛋白质作缺失或定点突变，再用此系统检测是否还存在相互作用，可阐明其功能域或关键氨基酸；3）克隆新基因和新蛋白。 5、噬菌体展示：一种基因表达产物和亲和选择相结合的技术。以改构的噬菌体为载体，氢待研究的蛋白质基因片段定向插入噬菌体外壳蛋白基因区。感染大肠杆菌后，产生大量噬菌体病毒颗粒。进而通过亲各富集法收集有特异肽或蛋白质的噬菌体。 主要用途：大规模筛选与目标蛋白相互作用的大量蛋白质或肽段。 三、研究蛋白质相互作用的方法
基金项目：国家863高技术研究发展计划项目（2006AA02A309） 收稿日期：2011－10－14；修回日期：2012－02－13作者简介：凌孙彬（1989－），男，浙江杭州人，大连医科大学七年制学生。E －mail ：lsb0330@126．com 通信作者：王立明，教授，博士生导师。E －mail ：Wangbcc259@yahoo．com．cn 第34卷第2期2012年4月 大连医科大学学报 Journal of Dalian Medical University Vol．34No．2Apr．2012 线粒体蛋白质组学在肿瘤研究中的进展 凌孙彬1 ，唐 博2，王立明 2 （1．大连医科大学七年制2007级，辽宁大连116044；2．大连医科大学附属第二医院普外三科，辽宁大连116027） 摘要：线粒体DNA 的突变和蛋白表达谱的异常，将严重影响细胞的凋亡和能量代谢过程，这一变化可能是恶性肿瘤细胞代谢及功能异常的重要组成部分。蛋白质组学技术可以分析肿瘤细胞或组织在某一时间点内全蛋白的表达情况及活性，而基于亚细胞水平研究的线粒体蛋白质组学较传统蛋白质组学研究有更高的分辨率。线粒体蛋白质组的改变与多种肿瘤相关，随着亚细胞分离技术和蛋白质鉴定技术的发展，线粒体蛋白质组学在寻找新的肿瘤相关特性蛋白研究中显示出越来越重要的意义。关键词：肿瘤；线粒体；蛋白质组学中图分类号：R34 文献标志码：A 文章编号：1671－7295（2012）02－0179－03 Advance of mitochondrial proteomics in cancer research LING Sun －bin 1，TANG Bo 2，WANG Li －ming 2 （1．Grade 2007，Department of Seven －year Curriculum ，Dalian Medical University ，Dalian 116044，China ；2．Department of General Surgery ，the Second Affiliated Hospital of Dalian Medical University ，Dalian 116027，China ） Abstract ：The mutational mitochondrial DNA and abnormally expressed mitochondrial proteins ，inducing a severe impact on apoptosis and energy metabolism of cells ，may serve as a significant composition of overall metabolic and functional dis-order in malignant cells．Proteomics displayed the capability on analysis of entire proteins expression in certain period in cells or tissues．Furthermore ，mitochondrial proteomics ，focusing on phenotype on subcellular level ，has higher resolution．Numbers of researches have shown the correlation between changes in mitochondrial proteome and tumors．Along with the progress of subcellular isolation and proteins identification technics ，mitochondrial proteomics plays an increasingly signifi-cant role in finding cancer －related specific molecules．Key words ：tumor ；mitochondria ；proteomics 近年来，蛋白质组学的发展为肿瘤研究提供了 全新的方法和思路，细胞水平的肿瘤蛋白质组学研究得到了广泛的开展，但是，现有分离技术下往往难以一步到位地获得细胞的全蛋白质组，大量的低丰度蛋白质未能得到显现和分析。因此，亚细胞蛋白质组学的开展可以作为传统蛋白质组学的重要补充，同时也极大地降低了针对全细胞蛋白质组学研 究的复杂性。线粒体（mitochondria ， Mt ）是真核细胞中一种重要的细胞器，除作为能量产生的场所外，已发现其参与包括肿瘤细胞发生发展在内的多种病理 生理过程［1］ 。线粒体蛋白质组学已被运用于部分 肿瘤的研究中， 进一步阐明线粒体蛋白质与肿瘤的关系，有助于寻找新的肿瘤相关特异性蛋白。本文就线粒体蛋白质组学在肿瘤研究中的进展进行综
进展评述 比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术 刘新1,2 应万涛1,2 钱小红1,23 (1军事医学科学院放射与辐射医学研究所 北京 100850;2北京蛋白质组研究中心 北京 102206) 摘 要 比较蛋白质组学是指在蛋白质组学水平上研究正常和病理情况下细胞或组织中蛋白质表达变化,以期发现具有重要功能的生物标识物,为疾病的早期诊断提供依据。近年来它正成为蛋白质组学研究的热点和发展趋势。比较蛋白质组学的研究方法和策略有多种,本文就最近几年来稳定同位素标记技术(体内代谢标记技术和体外化学标记技术)在比较蛋白质组学研究中的进展进行综述。 关键词 比较蛋白质组学 稳定同位素标记 体内代谢标记 体外化学标记 Application of Stable Isotope Labeling in Comparative Proteomics Liu X in1,2,Y ing Wantao1,2,Qian X iaohong1,23 (1Beijing Institute of Radiation Medicine,Beijing100850; 2Beijing Proteome Research Center,Beijing102206) Abstract C omparative proteomics is the research of protein expression changing between normal and pathological cell or tissue on the proteome level.P otential biomarkers w ould be discovered from the research by comparative proteomics, which will be helpful to the diagnosis and therapy of diseases.In the recent years,it has been becoming the hot spot of the proteomics research and many strategies used in comparative proteomics have been developed.During those approaches,the strategies based on stable is otopic labeling coupled with mass spectrometry have been extensively used and lots of success ful applications have been reported.In contrast to the traditional radioactive is otope labeling method,stable is otope labeling technique was not radioactive and the operation is simple.Metabolic labeling in viv o and chemical labeling in vitro are tw o parts of stable is otope labeling technique,which both have various advantages and disadvantages.This paper reviewed the progress of stable is otope labeling technique in comparative proteomics. K ey w ords C omparative proteomics,S table is otope labeling,Metabolic labeling in viv o,Chemical labeling in vitro 随着人类基因组精确图谱的公布,基因组功能的阐明已经成为生命科学研究中一项极重要的任务[1]。蛋白质是基因的最终产物同时也是基因功能的最终执行体,因而人类基因的表达及其功能有待于在蛋白水平上揭示。蛋白质组学的研究目的是分离和鉴定组织或细胞中的所有蛋白质。生物体在生长发育过程中,基因组是相对稳定的,而蛋白表达是高度动态变化的,并且具有严格调控的时间和空间特异性[2]。为了研究生物体在不同状态下表达的所有蛋白质的动态变化,比较蛋白质组学应运而生,即在蛋白组学水平上,研究在正常生理和病理状态,或受到不同的外部环境刺激下,或在突变等因素影响下,蛋白质表达的变化情况,以期发现生物体内关键的调控分子及与疾病相关的蛋白质标志物,最终为疾病的防诊治、新型疫苗的研发等提供理论依据。 为了研究蛋白质表达的动态变化,基因表达检测技术,如微阵列法[3]、DNA(脱氧核糖核酸)芯片法[4]等曾被广泛使用。这些方法虽然能够实现对mRNA(信使核糖核酸)进行定性和定量分析,但 刘新 男,27岁,博士生,现从事比较蛋白质组学研究。 3联系人,E2mail:qianxh1@https://www.doczj.com/doc/115316342.html, 国家自然科学基金(20505019、20505018)、国家重点基础研究发展规划项目(2004C B518707)和北京市科技计划重大项目(H030230280190)资助项目 2006207220收稿,2006209221接受
线粒体蛋白质组学的研究进展(一) 【摘要】线粒体是真核细胞重要的细胞器，随着蛋白质组技术的发展和完善，一些新方法也被应用于线粒体蛋白质的研究，线粒体蛋白质组研究虽然已取得了一些成果，但线粒体蛋白质组数据库中的数据仍较匮乏，并且还有一些问题亟待解决和改善。 【关键词】线粒体；蛋白质组学 人类体细胞中除了红细胞，其他所有细胞均含有线粒体。线粒体是真核细胞重要的细胞器，它不仅是机体的能量代谢中心，而且还参与多种重要的细胞病理过程。线粒体拥有自己的DNA（mtDNA），可以进行转录、翻译蛋白质合成。线粒体含有500～2000种蛋白质，约占整个细胞蛋白质种类的5%~10%。线粒体的蛋白质参与机体许多生理、病理过程，如参与电子传递和ATP合成、三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸降解等过程。线粒体蛋白质结构与功能的改变与人类许多疾病相关，如退行性疾病、心脏病、衰老和癌症。运用蛋白质组研究技术，从整体上研究这些蛋白质在生理及病理状态下的变化趋势及相互关系，可以为线粒体作用机制的探索提供新的有力的支持。 1线粒体的超微结构和功能 线粒体是机体细胞中重要的亚细胞器，它具有独特的超微结构和多种重要的生物学功能。线粒体由两层膜包被，外膜平滑，内膜向内折叠形成嵴，两层膜之间有腔，线粒体中央是基质。基质内含有与三羧酸循环所需的全部酶类，内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。线粒体是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所，有细胞“动力工厂”之称。线粒体合成的ATP供给几乎所有的细胞生理过程：从骨骼肌和心肌的收缩，到细胞膜跨膜离子梯度的维持、甚至激素和神经递质的分泌等。另外，线粒体有自身的DNA和遗传体系，但线粒体基因组的基因数量有限，因此，线粒体只是一种半自主性的细胞器。线粒体的主要化学成分是蛋白质和脂类，其中蛋白质占线粒体干重的65%~70%，脂类占25%~30%。在肝细胞线粒体中外膜、内膜、膜间隙和基质四个功能区，各蛋白质的含量依次为：基质67%，内膜21%，外膜8%，膜间隙4%。内膜含有三类功能性蛋白：（1）呼吸链中进行氧化反应的酶。（2）ATP合成酶复合物。（3）一些特殊的运输蛋白，调节基质中代谢物的输出和输入。细胞线粒体的功能，不仅限于生物学功能。它们在氨基酸和血脂新陈代谢、血红素和铁硫群生物合成、细胞信号与细胞凋亡发挥关键作用。 2线粒体蛋白质组学概述 2.1蛋白质组学的概念蛋白质组学（proteome）一词，源于蛋白质（protein）与基因组（genome）两个词的杂合，意指“一种基因组所表达的全套蛋白质”，即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。蛋白质组本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平、翻译后的修饰、蛋白与蛋白相互作用等，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代谢等过程的整体而全面的认识。 2.2蛋白质组学的研究内容蛋白质组学的研究内容主要有两个方面：即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。蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础，也能为多种疾病机制的阐明及攻克，提供理论根据和解决途径。 2.3线粒体蛋白质组的分析对蛋白质组组成的分析鉴定是蛋白质组学中与基因组学相对应的主要内容。目前线粒体蛋白质组的分析工作主要有:（1）通过双向电泳等技术得到正常生理条件下的蛋白质的图谱，建立相应的数据库。（2）比较病理组织细胞蛋白质组发生的变化，如蛋白质表达量的变化,翻译后修饰的类型和程度,或者可能的条件下分析蛋白质在亚细胞水平上定位的改变等。 2.4线粒体蛋白质组研究技术线粒体蛋白质组研究常用的技术有：（1）用于蛋白质相互作用
第31卷第3期济宁医学院学报2008年9月Vol131,No.3J O URNAL OF JIN ING M EDICAL COLLEGE Sep,2008 人类线粒体病的遗传学研究及治疗进展 郭岩1陈磊2高立1综述关晶1审校 (1济宁医学院2济宁医学院附属医院) 线粒体普遍存在于真核细胞的细胞质中,它是细胞物质氧化的主要场所和能量供给中心。线粒体是细胞核外含有遗传信息和表达系统的细胞器,其遗传特点表现为非孟德尔遗传方式,具有半自主性。线粒体病(m itochondr i opa t hy)是指因遗传缺损引起线粒体代谢酶的缺陷,导致AT P合成障碍、能量来源不足而出现的一组多系统疾病,因此,也被称为线粒体细胞病(m itochondr i a lcy topathy)[1,2]。 1线粒体基因组的特点 线粒体基因组是一个环状双DNA,核酸序列和组成比较保守,人类的线粒体基因组由16569bp组成,其外环为重(H)链,内环为轻(L)链,除一段非编码区(D-loop区)外,均为编码区,共编码13个多肽、22个t R NA和2个r RNA[3]。D-loop区是一大小约1000bp的调控区,其包含有重链复制起始点、保守序列节段、轻链启动子、重链启动子及终止结合序列等,几乎所有与m t DNA复制、转录和翻译相关的调控序列都位于该区。 2线粒体病的种类 线粒体病是遗传缺损引起线粒体代谢酶缺陷,使AT P合成障碍、能量来源不足导致的一组异质性病变。m t DNA有很高的突变率[4],当一种突变产生时,细胞同时含有野生型、突变型二种m t DNA时,称为异质性。异质细胞分裂时,突变和野生m t DNA随机分布到子细胞中。经过很多代的传递, m t DNA表型向野生型或突变型m t DNA占优势方向漂变,这一过程称为复制分离。随着突变型比例的增多,细胞获得能量的能力下降直到降低至阈值,即细胞或组织正常功能所必需的最小能量输出,超过这一点,就出现疾病症状[5]。一般情况下,线粒体病患者会有以上的两个至多个病症,其中的一些往往同时发生,以至于我们把它们归类为某综合征[6]。 2.1肌阵挛性癫痫伴肌肉蓬毛样红纤维综合征(M ERR F) 是由于m t DNA8344或8356发生了点突变造成的一种罕见的、杂质性母系遗传病,具有多系统紊乱的症状,包括肌阵挛性癫痫的短暂发作、不能够协调肌肉运动(共济失调)、肌细胞减少(肌病)、轻度痴呆、耳聋、脊髓神经退化等等。患者肌纤维紊乱、粗糙,线粒体形态异常并在骨骼肌细胞中积累,用Gom or iT r ichrom e染色显示为红色,称破碎红纤维。M ER-R F病一般在童年初发,病情可持续若干年[7]。 2.2慢性进行性眼外肌麻痹综合征(K SS) 病因尚未明确,50%有家族史,认为系线粒体肌病的一个亚型;也有人提到自身免疫或脂质代谢异常。20岁前起 技术的进展,期待更敏感、更特异的方法面世,这对于病理状态中细胞凋亡的研究将具有重要意义。 参考文献 [1]李跃林,李丽,邓卓军.实验性脂肪性肝病大鼠肝细胞凋亡与组织 病理的对比研究.河北医药,2004,26:9292 [2]B axa D M,Luo X,Yos h i m ura FK.Gen istei n i nduces apoptos i s i n T l y m pho m a cell s v i a m itochondri al da m age.Nu tr C ancer,2005,51 (1):93 [3]Rob ert W,N i co l e G,E li sabeth G,M anfred W.Tw o2col or,fl uores2 cence2based m i crop late assay f or apoptosis d etecti on.B io T ech2 n i ques,2002,32(3):666 [4]S aafi EL,Konarko w ska B,z h ang S,et a1.U ltrastruct u ral ev i dence t h at apop t os i s is t h e m echan i s m by w h i ch hum an a m yli n evokes deat h i n RINm5F pan creatic i s l et beta-cells.cell B i ol Lnt,2001,25:339 [5]袁兰,陈英玉.用激光扫描共聚焦显微镜原位检测细胞凋亡1新 技术应用,2003,(1):47 [6]王晓翔1细胞凋亡检测方法的研究进展1体育科技2005,26 (3):43 [7]Bai J,C ederb au m A I.Cycl ohexi m i de p rotects H epG2cells fro m se2 rum w it hdra w al i nduced apop tosis by d ecreasi ng p53and phospho2 rylated p53level s.J Phar m acol Exp Ther,2006,319(3):1435 [8]Ravagnan L,Roum i er T,K roe m er G.M it ochondria,the k ill er organ- ell es and t heir w eapons.J CellPhysi o,l2002,192:131 [9]Chaturved i R,S ri vastava RK,H i sats une A,Shankar S,L illehoj EP, K i m KC.Augm entati on of Fas li gand2i ndu ced apoptosis by M UC1 m uci n.Int J Onco,l2005,26(5):1169 [10]Pavlovs ky Z,Vagunda V.Apop t os i s2sel ect ed m et hod s of detecti on of apoptosis and as soci ated regu l atory f act ors on ti ssue secti on s of t um ors.C esk Pat o,l2003,39(1):6 [11]张丽娟1细胞凋亡的检测方法及其在药物流产中的应用1医学 综述,200814(11):1660 [12]Lecoeu rH.Nu clear apop t os i s detecti on by n o w cyt o m etry::i nfl uen ce of endogenou s endonu cl eases.E xp C ellR es,2002,277(1):1 [13]Dobru cki J,Darz ynk i e w i cz Z.Ch ro m ati n condensation and sens i ti vity of DNA i n s i tu t o den aturati on duri ng cell cycl e and apop tos i s-a con f ocalm i croscopy s t udy.M icron,2001,32(7):645 [14]尹琰,寿伟璋.流式细胞术Annex i nV细胞凋亡检测方法探讨.东 南大学学报,2003,22:169 [15]Span L P,Penn i ngs AH,V ier w i nden G,et a.l The dyna m i c proces s of apop t osis anal yzed by fl o w cyto m etry us i ng Annexi nV/p rop i d i um i o- d i d e and am odifi ed i n sit u end abeli ng tec hn iqu e.C yt o m etry,2002, 47(1):24 (收稿日期2008-06-11) # 260 #
第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) Journa l o fN anji n g Forestry Un i v ersity (Natural Sc ience Ed ition) V o.l 35,N o .1Jan .,2011 htt p ://www.n l dxb .com [do :i 10.3969/.j issn .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10KJ B220002) 作者简介:甄艳(1976)),副教授,博士。*施季森(通信作者),教授。E-m ai:l js h @i n jfu .edu .cn 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 * (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 Application of m ass spectro m etry i n proteo m ics studies Z HEN Yan ,SH I Jisen * (K ey Labo ra t o ry o f F orest G eneti cs and B i o techno l ogy M i n istry o f Educati on , N an ji ng Forestry U n i versity ,N an ji ng 210037,Chi na) Abstrac t :W ith the rap i d develop m ent o f pro teo m i cs ,m ass spec trom etry i s m aturi ng to be a po w erfu l too l and core tech -nology fo r proteo m ics st udies dur i ng the recen t years .The super i or ity o fm ass spectrom etry lies i n providi ng the through -pu t and the m olecu lar infor m ati on ,w hich no other techno logy can be m a tched i n proteom ics .In th i s rev ie w,w e m ade a g lance on the outli ne o fm ass spectrome try -based proteo m ics .A nd then w e addressed on t he advances o f data ana l y si s o f m ass spec trom etry -based proteom ics ,quantitati ve m ass spectro m etry -based pro teom i cs ,post -translati onal m odificati ons based m ass spectrom etry ,targeted proteo m ics and functiona l proteo m ics based -mass spectrome try .K ey word s :m ass spectrome try;proteo m ics ; quantitative pro teom i cs ; post -trans l ation m odifica ti on ; targ eted pro - teo m i cs ;f uncti ona l proteom ics 蛋白质组学(Pr o teo m ics)是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。 目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(electro spray ion izati o n,ESI )和基质辅助激光解析离子化(m a -tri x assisted laser desorpti o n i o nization ,MALD I)的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(ion trap ,I T),飞行时间(ti m e of fli g h,t TOF),串联飞行时间(TOF -TOF),四级杆/飞行时间(quadr upo le /TOF hybrids),离子阱/轨道阱(I T /orbitrap hybri d )和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /Four i e r transfor m ioncyclotron resonance m ass spectro m eters hybr i d s ,I T /FT M S),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化
第35卷 第1期2011年1月 南京林业大学学报(自然科学版) J o u r n a l o f N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) V o l .35,N o .1 J a n .,2011 h t t p ://w w w .n l d x b .c o m [d o i :10.3969/j .i s s n .1000-2006.2011.01.024] 收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26 基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10K J B 220002) 作者简介:甄艳(1976—),副教授,博士。＊施季森(通信作者),教授。E -m a i l :j s h i @n j f u .e d u .c n 。 引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J ].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108. 质谱技术在蛋白质组学研究中的应用 甄 艳,施季森 ＊ (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 南京 210037) 摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究 进展。 关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q 81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06 A p p l i c a t i o n o f m a s s s p e c t r o m e t r y i n p r o t e o m i c s s t u d i e s Z H E NY a n ,S H I J i s e n ＊ (K e y L a b o r a t o r y o f F o r e s t G e n e t i c s a n d B i o t e c h n o l o g y M i n i s t r y o f E d u c a t i o n , N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210037,C h i n a ) A b s t r a c t :W i t ht h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f p r o t e o m i c s ,m a s s s p e c t r o m e t r y i s m a t u r i n g t o b e a p o w e r f u l t o o l a n dc o r e t e c h -n o l o g y f o r p r o t e o m i c s s t u d i e s d u r i n g t h e r e c e n t y e a r s .T h e s u p e r i o r i t y o f m a s s s p e c t r o m e t r y l i e s i n p r o v i d i n g t h e t h r o u g h -p u t a n d t h e m o l e c u l a r i n f o r m a t i o n ,w h i c hn o o t h e r t e c h n o l o g y c a n b e m a t c h e di np r o t e o m i c s .I nt h i s r e v i e w ,w e m a d e a g l a n c e o n t h e o u t l i n e o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e d p r o t e o m i c s .A n dt h e nw e a d d r e s s e d o n t h e a d v a n c e s o f d a t a a n a l y s i s o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,q u a n t i t a t i v em a s ss p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,p o s t -t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n s b a s e d m a s s s p e c t r o m e t r y ,t a r g e t e d p r o t e o m i c s a n df u n c t i o n a l p r o t e o m i c s b a s e d -m a s s s p e c t r o m e t r y . K e yw o r d s :m a s ss p e c t r o m e t r y ;p r o t e o m i c s ;q u a n t i t a t i v ep r o t e o m i c s ;p o s t -t r a n s l a t i o n m o d i f i c a t i o n ;t a r g e t e d p r o -t e o m i c s ;f u n c t i o n a l p r o t e o m i c s 蛋白质组学(P r o t e o m i c s )是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(e l e c t r o s p r a y i o n i z a t i o n ,E S I )和基质辅助激光解析离子化(m a -t r i x a s s i s t e d l a s e r d e s o r p t i o n i o n i z a t i o n ,M A L D I )的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分 析的离子化和分子质量大的测定问题[1] ,蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(i o n t r a p ,I T ),飞行时间(t i m e o f f l i g h t ,T O F ),串联飞行时间(T O F -T O F ),四级杆/飞行时间(q u a d r u p o l e /T O F h y b r i d s ),离子阱/轨道阱(I T /o r b i t r a ph y b r i d ) 和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /F o u r i e r t r a n s f o r m i o n c y c l o t r o nr e s o n a n c em a s s s p e c t r o m e t e r s h y b r i d s ,I T /F T M S ),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2] 。质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。因此,有学者指出质谱技术 已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3] 。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化