嗅觉记忆相关蛋白的蛋白质组学研究

应用双向凝胶电泳结合质谱鉴定和数据库检索, 分析比较了C57BL/6J小鼠在嗅觉训练和记忆测试后嗅球蛋白表达的差异, 探讨了与嗅觉记忆相关的蛋白质. C57BL/6J小鼠经嗅觉训练后, 可对相应的气味保持记忆能力, 其嗅球蛋白表达存在明显差异, 5种蛋白与嗅觉记忆形成显著相关. 上述蛋白功能涉及神经发育, 信号转导及细胞骨架和核苷酸代谢, 其中神经发育和信号转导相关蛋白表达上调, 而细胞骨架和核苷酸代谢相关蛋白表达水平降低. 这些与嗅觉记忆形成相关的蛋白深化了对嗅觉记忆机制的认识, 为研究和治疗认知相关疾病提供了新靶标.     

色谱最新进展

1可媲美二维液相色谱-质谱联用技术的一维毛细管液相色谱-串联质谱技术 如今二维鸟枪式(shotgun)液相色谱结合串联质谱用于蛋白质组学的研究屡见报道,通常使用反相液相色谱和其他可以正交的分离模式联用结合串联质谱可以分离上千种蛋白质。由于整体硅胶柱具有优越的渗透性,因此其可以长柱形式实现高效分离;结合平缓的梯度洗脱可以分离高复杂性的样品。日本Keio University的Yasushi Ishihama等成功地将整体硅胶柱应用于一维液相色谱-串联质谱 (LC-MS/MS)中,鉴定了大肠杆菌细胞表达的蛋白质组。他们使用的是一根长350 cm、内径100 μm的整体硅胶-C18毛细管柱来进行鸟枪式蛋白质组分析。实验中将4 μg大肠杆菌的胰蛋白酶酶解物进样至整体柱,随后启动一个长达41 h的梯度程序,采用流量为500 nL/min、压力不超过20 MPa的非超高压液相色谱条件,最终大肠杆菌中2602种蛋白质(包括830种膜蛋白)的22196条非冗余肽段得到了鉴定。相比使用传统的15 cm长、3 μm粒径的C18硅胶填充柱的LC-MS/MS,该体系可以获得较之平均高约5倍的峰响应值。如此高的响应值可能是因为使用长的整体硅胶柱以及缓慢的梯度获得的高效分离大大降低了电离抑制影响的缘故。因为这个高分辨率的体系不需要任何预分离,这种单次蛋白质组学检测方法可以大大地简化鸟枪技术的工作量,也降低了所需样品量,虽然采用了长时间的缓慢梯度,但是仍然减少了总的分析时间。(来源: Anal. Chem., 2010, 82: 2616-2620) 2纳米结构启动质谱技术 质谱在检测生物分子方面有很大的潜力,但现有方法仍存在灵敏度不够高、需要基质分子促使分析对象发生离子化等缺陷。纳米结构启动质谱(nanostructure-initiator mass spectrometry, NIMS)技术使用纳米结构表面的“启动子”或者“笼状物”进行释放和离子化吸附在其表面的完整分子,能以极高的灵敏度分析非常小的区域,从而允许对肽阵列、血液、尿和单个细胞进行分析,而且还能用于组织成像。此技术克服了一般质谱方法灵敏度低和需要基质辅助离子化的缺陷。近几年,来源于动植物油脂及微生物代谢的生物柴油因其具有广泛的适用性而受到关注。由于柴油的品质与其脂肪酸的含量和性质密切相关,因此建立与当今代谢工程匹配的最佳脂肪酸克隆体高通量分析方法是生物柴油发展的关键。Wolfgang Reindl和Trent R. Northen将NIMS技术作为一种快速简便的分析手段用于植物及微生物脂肪酸的分析。研究证明,NIMS技术在负离子模式下可实现大量饱和及不饱和脂肪酸的直接检测,并且在几个数量级范围表现出良好的线性关系,检出限可达fmol级;另外,可以实现微量橄榄油、黄豆油和藻类短杆菌肽的定性及定量分析。NIMS的独特表面允许样品进行原位净化,这使得信噪比可以达到10倍以上。这项研究为植物及微生物油脂的快速分析奠定了基础,促进了生物柴油的发展。(来源: Anal. Chem., Article ASAP DOI: 10.1021/ac100159y, Publication Date (Web): March 31, 2010, in press) 3在线毛细管电泳-激光诱导荧光检测-多级质谱(CE-LIF-MSn)技术用于母乳喂养婴儿的食用母乳和粪便中寡聚糖图谱的建立 CE-LIF常被用在碳水化合物的检测分析中。没有紫外吸收的碳水化合物经过衍生可以在很低浓度水平被检出,灵敏度可达到pmol,所以在复杂生物样品的检测中CE-LIF备受关注。但是对检出物质进行确认却是一个复杂和耗时的过程。CE-MS则在物质鉴定方面有独特的优势。荷兰Wageningen University的Henk A. Schols教授课题组将在线CE-LIF-ESI(电喷雾离子源)-MSn用于母乳喂养婴儿的 食用母乳和粪便中的寡聚糖图谱的建立。LIF通过CE毛细管上的窗口进行柱上检测,毛细管中的液体通过一个鞘流接口进入到MS中。这种设计可以在同一次分析中既得到LIF信号又得到离子强度信号,并可将两组信号进行相关分析以进行物质确证。通过在线CE-LIF和ESI-MS串联对母乳喂养婴儿所食的母乳和其粪便中8-氨基芘-1,3,6-三磺酸钠盐(APTS)衍生的人乳低聚糖物质(HMOs)分析图谱的比较,对HMOs在胃肠道中的代谢有了进一步的认识。与母乳中的寡聚糖相比,在母乳喂养婴儿的粪便中确证了lacto-N-fucopentaose (LNFP)和lacto-N-neo-tetraose(LnNT)两种新的异构体。通过粪便中的寡聚糖图谱可以推断出高相对分子质量的HMOs在胃肠道中的生物转化和降解。(来源: Electrophoresis, 2010, 31: 1264-1273) 4动态针捕集技术在临床呼气试验中的应用 现代分析科学为各领域的实际应用提供了有效的途径和手段,在医药学领域,使用超痕量分析对人呼气中存在的挥发性生物标志物或药物进行检测的新型诊断方式便是一例。德国罗斯托克大学的Maren Mieth等曾提出个性化的动态针捕集技术用于呼吸气体的取样和富集(见: Anal. Chem., 2009, 81: 5851-5857)。动态针捕集技术利用装有吸附填料的捕集针对所要分析的气体进行采集,在样品处理方面较之固相萃取或者固相微萃取技术更加快速、灵敏、稳定、即时。最近,他们又首次在医疗机构的临床条件下,针对低量(20 mL)呼出气体,完成了多床层动态针捕集联合中心切割气相色谱/质谱法(GC/MS)和全二维气相色谱/飞行时间质谱法(GC×GC/TOF-MS)的分析。为了实现快速有效的分离分析,他们应用高通量自动化解吸和分离系统,采用22根不锈钢针（60 mm×0.41 mm i.d., 0.72 mm o.d.）捕集气体,针管吸附物可稳定存在约7.8 h。实验中首先建立中心切割GC/MS方法,在消除了高浓度的挥发性消毒剂和麻醉剂的背景干扰后,采用该体系成功地测定了11位接受心脏手术病人的呼出气体,找出了5种病人呼出物随时间变化(术前、 术后各时间点)的规律,显示了此方法具有作为判断病情发展的辅助手段的良好潜力。接下来又采用GC×GC/TOF-MS对被分析物进行无偏向性的筛查和鉴定,从一位麻醉后病人呼出物的分析结果可以看出,采用该方法能检测到超过200种物质,并可成功地鉴定其中的60种。因此,可将检测结果作为进一步筛查标志物的依据和基础。此项研究表明了动态针捕集技术结合色谱-质谱联用能够为临床呼气试验提供特定的解决问题的途径。(来源: Anal. Chem., 2010, 82: 2541-2551) 5采用小分子作为亲和色谱配体纯化蛋白质的新方法 亲和色谱(AC)是目前进行蛋白质纯化的最有效的色谱分离技术,但现有配体基本上是蛋白质,使该技术的使用范围受限,同时又具有价格昂贵和易降解的缺点。采用化学稳定的小分子配体将大大扩大AC在生物药品净化上的使用范围,但设计能与大分子蛋白质紧密并特异性结合的小分子存在很大的技术难度。丹麦University of Copenhagen的J. E. Rasmussen和K. J. Jensen等报道了一个完 整的用于开发和建立新型小分子亲和树脂的综合方法。该方法组合了虚拟筛选和颗粒上自动串行库筛选,其中使用了一种新的光编码方案促进结构的全面完整的“一珠一化合物”库的亲和力映射。他们用该方法制备了用于识别人生长激素(hGH)的小分子亲和树脂,并评价其对大肠杆菌裂解液中hGH的选择吸收和洗脱能力,hGH的纯度(91%)和回收率(61%)均较好。(来源: Angew. Chem. Int. Ed., published online: 18 Mar, 2010)     

毛细管整体柱在线二维分离系统应用于人体软骨的蛋白质组分析

将已建立的 7 cm 柱长的磷酸基团强阳离子交换富集整体柱与85 cm柱长的C12烷基反相整体柱结合的在线二维分离平台应用于软骨提取蛋白的蛋白质组分析。对20 μg软骨提取蛋白的酶解产物进行14个盐梯度的分级,然后对14个馏分进行反相色谱梯度分离及串联质谱鉴定,成功地鉴定得到了7434个独立肽段对应的1901个非冗余蛋白质。对所鉴定到的蛋白质进行定位分类,结果表明鉴定到的大部分蛋白质是来自于软骨细胞内部的低丰度蛋白质,这对于许多关节类疾病的研究有重要意义。     

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。     

基于TMT10-plex等量标记结合SMOAC富集磷酸肽的定量磷酸化蛋白质组性能评价

探索并建立了一种快速、 简便且高通量定量磷酸化蛋白质组的策略, 即采用连续互补的磷酸化富集方法SMOAC(Sequential enrichment of metal oxide affinity chromatography)结合TMT(Tandem mass tag)标记技术定量磷酸化蛋白质组学. 以3例经紫草素处理的及3例正常的人肝癌 HepG2 细胞为实验材料, 经Trypsin酶解后的肽段用TMT10-plex试剂进行等量标记, 标记肽段先经TiO₂富集, 收集包含磷酸化肽段的洗脱液, 接着用次氮基三醋酸铁(Fe-NTA)对TiO₂的流穿液和清洗液进行二次富集, 再次收集包含磷酸化肽段的洗脱液. 整个实验流程做2组, 对其中一组的2次洗脱液分别分析, 另一组的2次洗脱液合并分析. 在SMOAC的2次洗脱液合并分析中鉴定到4263个磷酸化蛋白上超过13000条磷酸化肽, 富集特异性>97%, 其中被定量的磷酸化蛋白为3848个, 占总鉴定量的90%以上. 研究结果表明, SMOAC 能够有效提高磷酸化肽段的鉴定效率, 且能与TMT等量标记试剂结合, 实现对少量蛋白样品的磷酸化蛋白定量分析.     

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.     

N-糖基化蛋白质组样品富集策略的研究进展

蛋白质的糖基化是生物体内重要的蛋白质翻译后修饰之一,但其丰度通常较低,糖基化蛋白质酶解肽段中仅有2%~5%为糖基化肽段,因此,为实现糖基化蛋白质组的深度覆盖分析,对糖基化蛋白质/肽段进行富集是非常必要的。该文对糖基化蛋白质组样品不同富集方法的原理、特点以及最新研究进展进行了综述,同时也对N-糖基化蛋白质组学富集策略的发展前景进行了展望。     

荧光标记法分析心绞痛血瘀证的差异蛋白

应用荧光标记法寻找心绞痛血瘀证血浆差异蛋白,探索心绞痛血瘀证的蛋白质组学特点。方法 采用三种荧光染料(Cy2, Cy3, Cy5)分别标记心绞痛血瘀证患者和正常人血浆样品,双向电泳检测后进行荧光扫描,分析图谱,寻找心绞痛血瘀证血浆差异蛋白,并对差异蛋白点进行质谱鉴定。结果发现Fibrinogen β chain,Fibrinogen γ chain,α1-Antitrypsin,Haptoglobin β chain,Haptoglobin α2 chain在心绞痛血瘀证患者中高表达,ApoA-Ⅳ,ApoA-Ⅰ,Transthyretin在心绞痛血瘀证患者中低表达。表达上调的差异蛋白主要是急性时相反应蛋白,表达下调的差异蛋白根据功能可分为：(1)急性时相反应负相蛋白;(2)载脂蛋白。研究表明, 心绞痛血瘀证可能属于一种炎症反应,并且与脂代谢紊乱有关,新发现的差异蛋白可能为研究或发现抗心绞痛药物作用的新靶标提供线索。荧光标记法适合于差异蛋白组学研究。     

疏水型色谱饼对人血清蛋白质组学样品的快速分离与制备

建立了疏水型色谱饼(10 mm×20 mm i.d.)与反相色谱(RPLC)离线二维色谱快速分离制备人血清蛋白质组学样品,并用基体辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)进行检测的方法。以4种标准蛋白质的稀溶液为模型进行分离富集,得到细胞色素c(Cyt-c)与肌红蛋白(Myo)的检出限均为1 pmol/μL,溶菌酶(Lys)和胰岛素（Ins）的检出限为0.1 pmol/μL。将此方法用于人血清蛋白质组学样品的分离与制备,随着血清处理量的增大,质谱可检出的组分数目与信号强度均增加,当血清处理量达到1.0 mL时,可检出低丰度蛋白质或多肽285个(相对分子质量均在15000以下)。研究中将1 μg Cyt-c加入到0.5 mL血清中,用上述方法在分离富集低丰度Cyt-c上取得了很好的效果。结果表明,采用疏水型色谱饼与反相色谱联用技术不仅可对血清样品中低丰度蛋白质进行有效的分离和富集,而且一次样品的处理量大,可显著提高低丰度蛋白质的分析、检测水平。     

微柱高效液相色谱-质谱/质谱快速鉴定混合蛋白质新方法

发展了一种混合蛋白质快速鉴定的新方法.将几种蛋白质的混合物于热变性后直接在溶液中酶解,利用微柱高效液相色谱-离子阱串级质谱进行肽谱/氨基酸序列分析,并结合Mascot数据库搜索处理功能,实现了混合蛋白质快速准确的鉴定.