蛋白质组学新技术 共68页PPT资料

2019年， 《Nature》 、《Science》杂志分别 发表了“And now for the proteome”和 “Proteomics in Genome land”，把蛋白质组 学列为21世纪六大研究热点之一。
2019年，有美国成立了国际人类蛋白质组研究 组织（HPO），并制定了人类蛋白质组计划 （Human proteome project，HPP）。
蛋白质研究的复杂性
转录水平调控
蛋白质表达调控 翻译水平调控
翻译后水平调控 蛋白质存在复杂的翻译后修饰，作为生命功能 的直接行使者，它比基因更能直接地反映生理过程 及其变化。 蛋白质相互作用及空间构向等问题是生命现象 复杂性的真实体现。
蛋白质研究的复杂性
细胞周期信号转导图
传统的蛋白质研究方法中存在的问题
蛋白质组学(Proteomics) ：是通过大规 模研究蛋白质的表达水平的变化、翻译后修饰、 蛋白质与蛋白质之间的相互作用，以获取蛋白 质水平上疾病变化、细胞进程及蛋白质网络相 互作用的整体综合信息的科学研究。
疾病蛋白质组学：蛋白质组学用于研究疾 病发病机制便发展为疾病蛋白质组学。
“如果说人类基因组计划是把人类 送上了月球，那么蛋白质组计划将促使 人类成功返回地球；如果说人类基因组 计划是写满人类生命奥秘的天书，那么 蛋白质组计划便是解读这本天书的方 法”。贺福初院士用形象的比喻，是蛋 白质组学变得浅显易懂。
蛋白质组学新技术-DIGE
主讲：胡水旺 南方医科大学病理生理学教研室
E-mail：hushuiwang163 QQ:493448858 2019年9月
第一部分：背景知识
生命科学研究的目标
寻找生命活动的起源及奥秘， 解释及探索生命活动的一般规律， 改善人类生活质量，延长人类寿命。
系统生物学
1.生命现象的发生往往是多因素的，必然涉及到 多个蛋白质。
2.多个蛋白质的参与是交织成网络的，或平行发 生，或呈级联因果。
3.在执行生理功能时蛋白质的表现是多样的、动 态的，并不像基因组那样基本固定不变。
随着人类基因组计划重点由结构基因组 到功能基因组的转移，生命科学开始进入后 基因组时代。
研究基因终产物及生命活动直接功能执行 者蛋白质的科学-蛋白质组学（Proteomics） 应运而生。
例如，美国纽约基因网络科学公司 （Gene Network Sciences）构建了一种人类癌 细胞模型，该模型内含有500多种基因和蛋白 质，可将以前分别孤立研究的生物过程联系在 一起，利用该生物网络模型，能够更好地理解 细胞的生物学行为。
第二部分：蛋白质组学的兴起
解析疾病机制手段的改进:DNA Protein
双向电泳原理
2. 第二向SDS-PAGE：SDS －PAGE是根据蛋白 和多肽的分子量大小将其分离的。它是在含有 十二烷基硫酸钠(SDS)的聚丙烯酰胺凝胶中进 行的。由于SDS 掩蔽了蛋白本身所带的电荷， 同时形成了阴离子复合物，使单位质量的蛋白 带有大约相等的阴离子电荷。
SDS
第一向等点聚焦系统组件
系统生物学是研究一个生物系统中 所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质 等）的构成，以及在特定条件下这些组 分间的相互关系的学科 。
基因组 转录组
合成生物学
蛋白质组 相互作用组
数据整合
模型构建
代谢组
系统干涉
表型组
组学实验
理论计算
系统生物学研究的两大技术方法：组学实验和理论计算
系统生物学应用举例
应用系统生物学的方法可以预测药物的 作用机制、病人对药物的应答，包括毒副作用 和疗效等。
2019年4月14日，科学家宣布人类基因组计划 已经顺利完成，99%的人类遗传密码被破译， 人类基因组图谱提前2年完成。蛋白质组学被 进一步提上日程。
蛋白质组最早是由澳大利亚Macquarie 大 学的Wilkins和 Williams在1994年的意大利举 办的双向电泳会议上首次提出来的。
Proteome一词由“蛋白质（PROTEin）” 与“基因组（genOME）”杂合而成，对于 “基因组学（Genomics）”,“蛋白质组学”定 义为一个基因组所表达的全套蛋白质。由 Proteome进一步派生出Proteomics。
蛋白质组学的研究任务
1.诠释基因功能； 2.寻找功能蛋白质：如LPS刺激； 3.研究生理和病理现象:如肿瘤； 4.开发蛋白质资源：如EPO、胰岛素等； 5.进行基础研究：如贺福初院士领衔的
“国际人类肝脏蛋白质组计划”。
背景知识
蛋白质组学的研究的机遇和挑战： 机遇：基因组计划的快速进行，大量基 因序列和EST的确定为蛋白质的快速鉴 定提供了良好的基础。 挑战：从单一蛋白质的研究转变到细胞 和组织的整体蛋白质研究，在理论和技 术上提出了挑战。
蛋白质研究技术的革命：蛋白质组学
第三部分:荧光差异双向电泳
蛋白质组学常用的两大技术平台
IPGphor IEF Unit
DALT Six Unit
双向电ห้องสมุดไป่ตู้原理
双向电泳法是O′Farrall和Klose分别在1975年根 据不同组份之间的等电点差异和分子量差异建立的。 1. 第一向等电聚焦：IEF是根据蛋白质的等电点 （pI）的不同而将他们分离的一种电泳技术。蛋白 质在环境pH 值低于pI 时带正电，高于pI 值时带负 电。在加上电压的情况下，蛋白质会向其最稳定的 状态即等电点位置移动。
Ettan IPGphorⅢ等电聚焦系统包括： 1.Immobiline DryStrip干胶条，含固相pH梯度， 通常称为IPG胶条； 2.两种胶条固定附件——Manifold 胶条槽和固 定长度式胶条槽； 3.Ettan IPGphor Ⅲ电泳仪，包括一个高压直 流电源、珀耳帖（Peltier）固相温控装置、和
蛋白质组学的研究内容
1.蛋白质：蛋白质组作图、蛋白质组成 分鉴定、蛋白质差异显示、同工体比较、 新型蛋白质发掘和数据库构建。
2.基因：完善功能基因组计划。 3.重要生命活动的分子机制：细胞周期、
肿瘤的发生发展、物种进化等。 4.医药靶分子的寻找与分析：新型药物
靶标、肿瘤恶性标志物。