石蜡包埋组织中组蛋白的提取分离和翻译后修饰的定量分析

组蛋白翻译后修饰(HPTMs)参与基因转录调控,其异常与肿瘤等重大疾病的发生发展密切相关。石蜡包埋组织是当前疾病研究的重要样本资源,对肿瘤机制和标志物研究具有重要意义。目前基于质谱的蛋白质组学技术已成为HPTMs分析的有力工具,而针对福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)组织样品的HPTMs分析还十分有限。该研究发展了一种基于高效液相色谱-串联质谱的FFPE组织样本HPTMs分离分析新方法。通过研究并优化组蛋白的提取策略,建立了FFPE组织样本脱蜡水化处理、蛋白质提取与聚丙烯酰胺凝胶电泳分离相结合的组蛋白提取和分离方法。通过研究FFPE切片数量、组蛋白化学衍生化方法等对组蛋白鉴定的影响,确定了组蛋白处理的具体步骤。通过HPLC分离结合非依赖性采集模式的质谱分析,鉴定了组蛋白修饰的类型、位点和丰度。最后,将优化的实验方法应用于FFPE临床样本的HPTMs分析,鉴定了2例人乳腺浸润性癌和癌旁正常组织的HPTMs图谱,均获得了100种以上的不同组蛋白修饰形式的多肽。定量分析了他们的差异性水平,通过主成分降维分析,发现浸润性癌和癌旁正常组织之间组蛋白修饰丰度存在明显的差异,且差异性具有一定的规律,特别是涉及转录调控的组蛋白修饰与乳腺癌的预后和治疗靶点具有相关性,进而探讨了乳腺癌中异常HPTMs的生物学意义。该研究对临床石蜡样本中组蛋白修饰的分离分析以及肿瘤表观遗传标志物的检测进行了有益的探索。     

蛋白质组驱动的精准医学研究进展

蛋白质是细胞的重要组成成分,参与人体各种代谢及生理功能的调控.蛋白质组学可以分析蛋白质表达水平、修饰状态和细胞内蛋白质相互作用,为研究这些分子在疾病发生和发展的不同阶段的变化提供了全局视角.近年来,临床蛋白质组学已被证实在疾病的早期诊断、预后和病情发展监测中发挥重要作用,并由此提出了蛋白质组学驱动的精准医学的概念.该文...     

质谱成像技术及其在乳腺癌研究中的应用

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤,其发病率在世界范围内呈现上升趋势,是威胁女性健康的重要疾病之一。随着现代医学技术的快速发展,早期有效的诊断和筛查方法能够改善乳腺癌患者生存率和提高其生活质量。由于乳腺癌肿瘤具有非常显著的异质性,这对于诊断和筛查带来了较大困难,亟须在肿瘤演进时间信息中,继续引入生物分子的空间信息,从而对其异质性、肿瘤微环境等进行准确的追踪。质谱成像技术,可在免标记的前提下利用离子质荷比的特性发现生物组织中的各种分子,并研究这些分子的时间和空间信息,对其进行准确的定性、定量和空间定位。目前,通过质谱成像技术可直接获取药物及其代谢物、内源性代谢物、脂质、多肽和蛋白质等在组织中的空间分布信息,为肿瘤分子分型诊断和确认以及相关抗肿瘤药物的筛选提供了新的思路和研究方向。该综述以乳腺癌相关的生物样品制备和研究进展为主要内容,从小分子样本、大分子样本、石蜡包埋样本、基质喷涂方式、常用离子源等方面阐述质谱成像中样本制备的重要性以及样品制备过程中存在的难点问题。同时,以细胞模型、动物模型和临床肿瘤标本为研究对象,汇总了质谱成像技术在乳腺癌方面的应用进展,并进行了展望,为开展癌症精准分型研究和药物药效的快速筛查提供了重要依据。     

色谱技术在蛋白质组学研究中的应用引言

蛋白质组是指一个有机体的基因组所表达的全部蛋白质。蛋白质组学是研究有机体蛋白质的组成及其变化规律的科学。蛋白质组成的高度复杂性和随时间、空间变化的特点,对蛋白质组的研究技术和方法提出了巨大挑战。色谱作为现代分离科学的核心技术之一,在蛋白质组研究中发挥了重要作用。我们可以通过对组织、细胞或体液中成千上万种蛋白质/多肽的色谱预分离,降低样本的复杂程度,提高蛋白质的鉴定率;我们可以通过亲和色谱对翻译后修饰的蛋白质/多肽进行特异性富集分离,去除非修饰的蛋白质/多肽,实现修饰蛋白的成功鉴定;我们还可以通过色谱 质谱联用技术,获得蛋白质/多肽在色谱分离中的保留时间或峰面积,实现蛋白质的规模化定量与鉴定等。 为了集中展示我国科学家在色谱技术及其在蛋白质组学研究中的应用方面所取得的成果,《色谱》杂志特此在2010年第2期编辑出版了“色谱技术在蛋白质组学研究中的应用”专栏。我们邀请了在该领域具有突出成绩或学术造诣的部分专家、学者撰写了相关的学术论文和综述。希望通过这些文章所介绍的工作,为进一步提高色谱技术在蛋白质组学研究中的应用水平,推动我国蛋白质组学的发展和取得创新性的研究成果作出贡献。     

毛细管电泳-质谱联用技术及其在蛋白质组学中的应用

蛋白质组学研究在生物学、精准医学等方面发挥着重要的作用。然而研究面临的巨大挑战来自生物样品的复杂性,因此在质谱（MS）鉴定技术不断革新的同时,发展分离技术以降低样品复杂度尤为重要。毛细管电泳（CE）技术具有上样体积小、分离效率高、分离速度快等优势,其与质谱的联用在蛋白质组学研究中越来越受到关注。低流速鞘流液和无鞘流液接口的发展及商品化推动了CE-MS技术的发展。目前毛细管区带电泳（CZE）、毛细管等电聚焦（CIEF）、毛细管电色谱（CEC）等分离模式已与质谱联用,其中CZE-MS应用最广泛。目前被广泛采用的蛋白质组学研究策略主要是基于酶解肽段分离鉴定的"自下而上（bottom-up）"策略。首先,CE-MS技术对酶解肽段的检测灵敏度高达1 zmol,已成功应用于单细胞蛋白质组学;其次,毛细管电泳技术与反相液相色谱互补,为疏水性质相近的肽段（尤其是翻译后修饰肽段）的分离鉴定提供了新的途径。基于整体蛋白质分离鉴定的自上而下"top-down"策略可以直接获得更精准、更完整的蛋白质信息。CE技术在蛋白质大分子的分离方面具有分离效率高、回收率高的优势,其与质谱的联用提高了整体蛋白质的鉴定灵敏度和覆盖度。非变性质谱（native MS）是一种在近生理条件下从完整蛋白质复合物水平上进行分析的质谱技术。CE与非变性质谱联用已被尝试用于蛋白质复合体的分离鉴定。该文引用了与CE-MS和蛋白质组学应用相关的93篇文献,综述了以上介绍的CE-MS的研究进展以及在蛋白质组学分析中的应用优势,并总结和展望了其应用前景。     

蛋白质组学定量的技术与方法研究进展

蛋白质组学是一门在整体水平上研究细胞内蛋白质组成及其活动规律的新兴学科。定量蛋白质组学是指通过某种方法或技术，对生物样品(细胞、组织或体液等)在某些过程中蛋白质的含量进行比较分析。近几年来，定量蛋白质组的技术发展很快，稳定同位素标记技术的提出，为准确定量在细胞或组织体系中发挥重要功能的低丰度蛋白质提供了一个理想的方法。本文综述了蛋白质组定量分析技术及其最新的研究进展。     

新型整体材料的制备及其在蛋白质组学中的应用

蛋白质组学是后基因时代生命科学研究的核心内容之一,其中发展高分辨、高灵敏度、高准确性和高通量的分析技术至关重要。整体材料具有制备简单、传质速度快、色谱柱反压低、表面易修饰等优点,因此已被广泛用于蛋白质组学研究中。本文对各种整体材料(包括有机聚合物整体材料、硅胶整体材料、有机-无机杂化整体材料)的制备方法及其在蛋白质组学研究(如蛋白质的酶解、蛋白质和肽段的分离以及在线酶解-分离-鉴定的高通量分析)中的应用进行了系统综述。     

蛋白质组学在人乳蛋白质研究中的应用

人乳是新生儿最理想的天然食物，蛋白质是人乳中最主要的营养成分之一。随着蛋白质组学技术的发展，利用蛋白质组学的方法研究人乳蛋白质也取得了一些研究成果。本文综述了近年来蛋白质组学技术在人乳蛋白质研究中的应用，分别从人乳蛋白质的组成研究、动态变化、人乳与其他来源乳汁的蛋白质差异比较、人乳磷酸化蛋白和糖基化蛋白研究、人乳内源肽的研究及人乳蛋白与疾病等几个方面进行了阐述。蛋白质组学技术使人乳蛋白质的研究进入了微量营养研究的时代，人乳蛋白质组学的研究成果将为母婴健康提供更好的保障。     

赖氨酸C端内切酶/胰蛋白酶顺序酶切在蛋白质组学样本制备中的评估

采用胰蛋白酶(Trypsin)单独酶切与不同酶量的赖氨酸C端内切酶(Lys-C/trypsin)顺序酶切两种方法,对293T细胞全蛋白样本进行酶解消化,系统评估Lys-C/trypsin顺序酶切与Trypsin单一酶切在蛋白质组学样本制备中的差别.实验结果表明,Lys-C/trypsin顺序酶切不仅能显著提高肽段和蛋白质的鉴定数目,同时降低遗漏K酶切位点的数目及比例,而且得到的肽段长度有利于质谱鉴定,蛋白质覆盖率明显提升.通过对酶的用量进行优化对比,最终确定了Lys-C/trypsin顺序酶切时酶的合理用量.本研究结果对提高蛋白质组学样本的制备质量以及蛋白质的序列鉴定覆盖度具有指导意义.     

完整糖基化肽段的富集与质谱解析新技术研究进展

蛋白质糖基化是生物体内最重要的翻译后修饰之一,在蛋白质稳定性、细胞内和细胞间信号转导、激素活化或失活和免疫调节等生理过程和病理进程中发挥重要作用。而异常的蛋白质糖基化往往和多种疾病的发生发展密切相关,目前应用于临床检测的多种肿瘤生物标志物大多属于糖蛋白或者糖抗原。因此在组学层次系统分析蛋白质糖基化的变化对阐明生物体内糖基化修饰的调控机理和发现新型疾病标志物都非常重要。基于质谱的蛋白质组学技术为全面分析蛋白质及其修饰提供了有效的分析手段。在自下而上的蛋白质组学研究中,由于完整糖基化肽段同时存在性质各异的肽段骨架和糖链结构、糖肽的相对丰度和离子化效率较低以及糖基化修饰有高度异质性等特点,完整糖肽的分析比其他翻译后修饰更加困难。近年来,为了更全面、系统地分析蛋白质糖基化,研究人员发展了一些新技术,包括完整糖肽的富集技术、质谱的碎裂模式和数据采集模式、质谱数据的解析方法和定量策略等等,大力推进了该领域的研究水平,也为研究蛋白质糖基化相关的生物标志物提供了技术支持。该篇综述主要关注近年来基于质谱的糖蛋白质组学研究中的新进展,重点介绍针对完整N-和O-糖基化肽段的富集新技术和谱图解析新方法,并讨论其在肿瘤早期诊断方面的应用潜力。     

A Pilot Study of Rare Renal Amyloidosis Based on FFPE Proteomics

Renal amyloidosis typically manifests albuminuria, nephrotic-range proteinuria, and ultimately progresses to end-stage renal failure if diagnosed late. Different types of renal amyloidosis have completely different treatments and outcomes. Therefore, amyloidosis typing is essential for disease prognosis, genetic counseling and treatment. Thirty-six distinct proteins currently known to cause amyloidosis that have been described as amyloidogenic precursors, immunohistochemistry (IHC) or immunofluorescence (IF), can be challenging for amyloidosis typing especially in rare or hereditary amyloidosis in clinical practice. We made a pilot study that optimized the proteomics pre-processing procedures for trace renal amyloidosis formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) tissue samples, combined with statistical and bioinformatics analysis to screen out the amyloidosis-related proteins to accurately type or subtype renal amyloidosis in order to achieve individual treatment. A sensitive, specific and reliable FFPE-based proteomics analysis for trace sample manipulation was developed for amyloidosis typing. Our results not only underlined the great promise of traditional proteomics and bioinformatics analysis using FFPE tissues for amyloidosis typing, but also proved that retrospective diagnosis and analysis of previous cases laid a solid foundation for personalized treatment.     

Are formalin‐fixed and paraffin‐embedded tissues fit for proteomic analysis?

Formalin‐fixed and paraffin‐embedded (FFPE)–tissue archives are potential treasure troves in the search for clinically interesting specimens. However, while the FFPE‐treatment provides excellent conservation of the three‐dimensional structure of the tissue and prevents degradation over decades, it also introduces numerous nonspecific and irreversible protein modifications. In this study, we have evaluated several published workflows for FFPE‐tissue by fit‐for‐purpose proteomics technologies. We demonstrate that many protein modifications and cross‐links remain after treatment and conclude that the proteomics of FFPE‐tissue is of value, but clear‐cut limitations must be kept in mind. The analysis of abundant proteins in FFPE is straightforward, but confident identification of low‐level proteins and/or biologically relevant modifications is seriously hampered by the FFPE‐treatment. Peptide assignment should only be performed on high‐quality spectra, even if this is at the cost of lower numbers of protein IDs. As Yergey and Coorssen stated in 2015: “Data quality is considered the primary criterion, and we thus emphasize that the standards of Analytical Chemistry must apply throughout any proteomic analysis.”     

A Method for Microalgae Proteomics Analysis Based on Modified Filter-Aided Sample Preparation

With the fast development of microalgal biofuel researches, the proteomics studies of microalgae increased quickly. A filter-aided sample preparation (FASP) method is widely used proteomics sample preparation method since 2009. Here, a method of microalgae proteomics analysis based on modified filter-aided sample preparation (mFASP) was described to meet the characteristics of microalgae cells and eliminate the error caused by over-alkylation. Using Chlamydomonas reinhardtii as the model, the prepared sample was tested by standard LC-MS/MS and compared with the previous reports. The results showed mFASP is suitable for most of occasions of microalgae proteomics studies.     

基于毛细管电泳技术的高灵敏度蛋白质组学技术发展

近年来,蛋白质组学技术在样品前处理、分离技术和质谱检测技术方面获得了快速发展,已经可以实现在几小时内对上万种蛋白的同时定性和定量分析。然而,目前的主流蛋白质组学技术仍无法满足极微量生物样品,尤其是单细胞样品的组学分析需求。毛细管电泳分离技术具有峰宽窄、柱效高、样品用量少等优势,是与高分辨质谱在线联用的理想选择之一。该文评述了集成化和在线样品前处理以及主流的纳升液相色谱-质谱联用系统在高灵敏度蛋白质组学分析领域的发展现状和挑战,认为该领域的重要技术挑战之一在于目前的纳升液相色谱分离已经无法完全匹配现代高分辨质谱超过40 Hz的超高扫描速度,从而导致质谱使用效率的降低。针对上述技术挑战,该文重点探讨了毛细管电泳-质谱联用技术的独特技术优势和潜在发展机遇,主要包括：（1）面向微量酶解多肽样品的高柱效毛细管电泳分离。通过采用毛细管电色谱可以进一步改善毛细管电泳柱容量不足的局限;（2）面向高灵敏度分析的无鞘液/鞘液接口开发;（3）高效毛细管电泳分离与高扫描速度质谱检测的协同化使用。总之,我们预期毛细管电泳-质谱联用技术的进一步发展有望在针对单细胞等超微量生物学样品的蛋白质组学分析中获得更广泛的应用。     

开管毛细管色谱柱的制备及其在蛋白质组学研究中的应用进展

近年来随着生命科学等领域的深入发展,人们对微量样本分离分析的需求越来越高,液相色谱系统的微量化受到了更多的关注。由于开管毛细管色谱柱具有较低的反向压力,可通过采用更长的色谱柱提高柱效,从而实现对复杂生物样本的高效分离,因而成为液相色谱柱新的发展方向。本文对开管毛细管色谱柱的制备方法及应用进展进行了综述。     

Evaluation of Sample Preparation Strategies for Human Milk and Plasma Proteomics

Sample preparation is the most critical step in proteomics as it directly affects the subset of proteins and peptides that can be reliably identified and quantified. Although a variety of efficient and reproducible sample preparation strategies have been developed, their applicability and efficacy depends much on the biological sample. Here, three approaches were evaluated for the human milk and plasma proteomes. Protein extracts were digested either in an ultrafiltration unit (filter-aided sample preparation, FASP) or in-solution (ISD). ISD samples were desalted by solid-phase extraction prior to nRPC-ESI-MS/MS. Additionally, milk and plasma samples were directly digested by FASP without prior protein precipitation. Each strategy provided inherent advantages and disadvantages for milk and plasma. FASP appeared to be the most time efficient procedure with a low miscleavage rate when used for a biological sample aliquot, but quantitation was less reproducible. A prior protein precipitation step improved the quantitation by FASP due to significantly higher peak areas for plasma and a much better reproducibility for milk. Moreover, the miscleavage rate for milk, the identification rate for plasma, and the carbamidomethylation efficiency were improved. In contrast, ISD of both milk and plasma resulted in higher miscleavage rates and is therefore less suitable for targeted proteomics.     

Improvement of a sample preparation method assisted by sodium deoxycholate for mass‐spectrometry‐based shotgun membrane proteomics†

In current shotgun‐proteomics‐based biological discovery, the identification of membrane proteins is a challenge. This is especially true for integral membrane proteins due to their highly hydrophobic nature and low abundance. Thus, much effort has been directed at sample preparation strategies such as use of detergents, chaotropes, and organic solvents. We previously described a sample preparation method for shotgun membrane proteomics, the sodium deoxycholate assisted method, which cleverly circumvents many of the challenges associated with traditional sample preparation methods. However, the method is associated with significant sample loss due to the slightly weaker extraction/solubilization ability of sodium deoxycholate when it is used at relatively low concentrations such as 1%. Hence, we present an enhanced sodium deoxycholate sample preparation strategy that first uses a high concentration of sodium deoxycholate (5%) to lyse membranes and extract/solubilize hydrophobic membrane proteins, and then dilutes the detergent to 1% for a more efficient digestion. We then applied the improved method to shotgun analysis of proteins from rat liver membrane enriched fraction. Compared with other representative sample preparation strategies including our previous sodium deoxycholate assisted method, the enhanced sodium deoxycholate method exhibited superior sensitivity, coverage, and reliability for the identification of membrane proteins particularly those with high hydrophobicity and/or multiple transmembrane domains.     

基于质谱的单细胞蛋白质组学分析方法及应用

细胞是生命体的最小组成单位,遗传及外部环境等因素使单细胞异质性广泛存在于众多生物体中。传统的生物学实验获得的结果多是大量细胞的平均测量值,因此在单细胞层面开展研究对于精确理解细胞的生长发育以及疾病的诊断与治疗至关重要。而作为重要的细胞和生命活动的执行者,蛋白质由于其不具备扩增特性,且种类繁多、丰度低、动态分布范围宽,与核酸等其他生物大分子相比,其单细胞组学研究相对滞后。而在所有的检测手段中,荧光检测以及电化学分析方法具有极高的灵敏度,但是囿于其研究通量有限,以及电化学活性依赖,很难成为普适性的单细胞蛋白质组学研究方法。质谱分析作为传统蛋白质组学中最为核心的研究技术,由于其高灵敏、高通量、结构信息丰富等特点,在单细胞蛋白质组学研究中独树一帜。该文综述了近年来基于质谱的单细胞蛋白质组学研究中的代表性方法,根据质谱分析前蛋白质分离方式的差异,将其分为基于毛细管电泳分离、液相色谱分离和无分离手段的直接检测3类方法,在介绍研究现状的同时对这些方法在细胞通量、蛋白质鉴定数目、灵敏度以及方法应用方面进行了总结与比较。最后,基于目前研究中面临的挑战以及发展趋势对基于质谱的单细胞蛋白质组学的研究前景进行了展望。     

高通量蛋白质组学分析研究进展

基于质谱的蛋白质组学技术已经日趋成熟,可以对细胞和组织中的成千上万种蛋白质进行全面的定性和定量分析,逐步实现“深度覆盖”。随着生物医学日益增长的大队列蛋白质组学分析需求,如何在保持较为理想的覆盖深度下实现短时间、快速的“高通量”蛋白质组学分析已成为当前亟需解决的关键问题之一。常规的蛋白质组学分析流程通常包括样品前处理、色谱分离、质谱检测和数据分析。该文从以上4个方面展开介绍近10年以来高通量蛋白质组学分析技术取得的一系列研究进展,主要包括:(1)基于高通量、自动化移液工作站的蛋白质组样品前处理方法;(2)基于微升流速液相色谱与质谱联用的高通量蛋白质组检测方法;(3)利用灵敏度高、扫描速度快的质谱仪实现短色谱梯度分离下蛋白质组深度覆盖的分析方法;(4)基于人工智能、深度神经网络、机器学习等的蛋白质组学大数据分析方法。此外,对高通量蛋白质组学面临的挑战及其发展进行展望。总而言之,预期在不久的将来高通量蛋白质组学技术将会逐步“落地转化”,成为大队列蛋白质组学分析的利器。