蛋白质组学研究方法_cropped.doc

 ·基础医学 · 蛋 白 质 组 学 研 究 方 法 陈 姗 综述 刘志红 审校 关键词 蛋白质组学 2 2D 电泳 色谱技术 质谱技术 芯片技术 蛋白质相互作用 随着人类功能基因组计划的实施和推进 ,以蛋 白质组 ( P ro teom e ) 和蛋白质组学 ( P ro teom ic s) 的 提 出为标志 ,人类从蛋白质水平全面揭示生命本质的 研究进入一个全新的领域 。“工欲善其事 , 必先 利 其器 ”,近年来蛋白质组学的迅猛发展与研究方法 的改进和研究手段的提高是密不可分的 。蛋白质组 学的发展是伴随着蛋白质研究技术 ,尤其是双向凝 胶电泳 ( 2 2D 凝胶电泳 )和新型质谱技术以及生物信 息学的发展而发展的 。本文将对主要蛋白质组学技 术作一概述 。 从技术角度而言 ,主要得益于以下两方面的成功 : ① 蛋白分离技术 ,包括以凝胶为基础的或不需要凝胶 的 ,以 2 2D 凝胶电泳为代表 ; ②质谱技术 (m a ss sp ec2 tro scop y, M S) [ 4 ] 。此外 ,生物信息学的发展 ,包括生 物分析软件的完善和信息平台及数据库的建立也是 不可缺少的 。 基因虽是遗传信息的源头 ,而功能性蛋白是基 因功能的执行体 。同一个基因通过不同的翻译后修 饰 ( po sttran sla tiona l mod ifica tion s, PTM s) 可以产生不 同的蛋白 。蛋白质是生理功能的执行者 ,是生命现 象的直接体现者 ,对蛋白质结构和功能的研究将直 蛋白质组学及其研究技术平台 接阐明生命在生理或病理条件下的 变 化机 制 [ 4 , 5 ] 。 而我们要了解这些蛋白质的信息 ,就必须通过一系 列的蛋白质研究方法 。蛋白质组学方法的建立使我 们能够对生命体蛋白质进行更广 、更细 、更大通量的 研究 。一般来说 ,蛋白质组学平台包括以下几大部 分 :前期的样本提取纯化 ,中期的蛋白分离和蛋白分 析 、鉴定 ,以及后期的数据分析 。前期的样本提取纯 化是以既往的生物化学 、细胞生物学和分子生物学 技术为基础 , 近年来激光捕获微分离 ( la se r cap tu re m ic rod issec tion, LCM )等新方法的应用为样本更精 确和完备的制备提供了条件 。中期的蛋白分离和蛋 白分析 、鉴定是蛋白质组学技术的核心部分 ,后期的 数据分析是对其必不可少的辅助 。典型的蛋白质组 学分析是在蛋白提取后 ,先凝胶的 (如 2 2D 电泳 )或 非凝胶的 (如液相色谱 )方法分离蛋白 ,然后以不同 的质谱分析方法进行蛋白分析 、鉴定 ,接着以生物信 息学辅助获取和深入分析全面的信息 ,并可以指导 1994 年 , 澳 大 利 亚 M acqua rie 大 学 的 M a rc W ilk in s和 Ke ith W illiam s在意大利召开的一次科学 会议上首次提出了“蛋白质组 ”的概念 。蛋白质组 ( P ro teom e)一词是由英文单词蛋白质 ( P ro te in)的前 半部分加上基因组 ( Genom e)的后半部分组合而成 , 其意指 基 因 组 表 达 产 生 的 所 有 相 应 的 蛋 白 质 [ 1 ] 。 1995年 W a singe r等 [ 1 ] 第 一 次 在 出 版 物 中 ( E lec tro2 p ho re sis)使用了该词 ,并定义为“细胞或组织或机体 内全部蛋白质的存在及其活动方式 ”, 同时提出了 “蛋白质 组 学 ( P ro teom ic s) ”一 词 。自 此 以后 , 蛋 白 质组学成为生命科学中一个全新的领域 。蛋白质组 学是一门对某一生物或细胞在特定生理或病理状态 下表达的所有蛋白质的特征 、数量和功能进行系统 性研究的科学 [ 2 ] 。近年 来蛋 白 质组 学的 发 展非 常 迅速 ,以发表的相关文章为例 , 最早 1995 年只有 3 篇 ,至 2003 年 累 计 有 4 925篇 , 2004 年 已 近 10 000 篇 [ 3 ] 。蛋白质组学发展 ,除了基因组学的发展尤其 是人类和其他物种基因全长测序的基本完成以外 , [ 4 , 6～8 ] 更深层的功能蛋白质学研究 。 蛋白质组学研究技术 二维聚丙烯酰胺凝胶电泳 1975 年 O ’fa rre ll [作者单位 ] 南京军区南京总医院 解放军肾脏病研究所 (南京 , 210002 ) 和 Klo se首先在两个实验室分别建立了二维聚丙烯 酰胺 凝 胶 电 泳 技 术 ( two2d im en siona l po lyac rylam ide ge l e lec trop ho re sis, 2 2