基于活性的蛋白质组分析

众多物种基因组解码工作的完成极大地丰富了我们对这些生命体系组成复杂度的认知, 然而下一个更为严峻的挑战是如何快速准确地解析这些基因编码蛋白的分子功能, 这也是当前蛋白质组学领域亟待解决的一个重要科学问题. 基于活性的蛋白质组分析是近些年来一项新兴的技术平台, 它致力于在复杂的生命体系中系统地鉴定某类具有特定功能的蛋白质分子. 在本篇短综述中, 我们将对该化学生物学技术的发展做一个简要的回顾, 重点介绍该技术在未知蛋白的功能解析、小分子抑制剂的筛选以及活性小分子靶标蛋白的鉴定等方面的工作, 最后将对该技术未来发展的走向及其拓展应用做前瞻性的讨论.     

生命科学中的分析化学--蛋白质组分析

概述了分析化学在生命科学中的重要作用和蛋白质组分析的现状与展望。介绍了生物试样的制备、双向凝胶电泳分离蛋白质以及生物质谱鉴定蛋白质等蛋白质组分析的主要技术平台。     

蛋白质组磷酸化和糖基化分析的新趋势

1磷酸肽富集的新材料与新机理 2激酶特异性磷酸肽的选择性富集技术 3糖蛋白质组分析中样品预处理步骤的集成 4糖肽的固相富集与标记     

赖氨酸胍基化对蛋白质组分析的影响

赖氨酸胍基化在蛋白质组学定性和定量研究中起着重要作用,本文系统分析了胍基化前后,HeLa细胞蛋白质经胰蛋白酶酶解产生的3种不同类型肽段的质谱鉴定情况,并探讨了不同肽段质谱响应改变的内在原因。发现赖氨酸在侧链能选择性地发生胍基化反应（其选择性达到96.8%）,转化为高精氨酸,碱性增强。因此在正离子质谱模式下,C端为赖氨酸的肽段产生了更多的y离子,提供了许多新的离子碎片信息。在鉴定结果中,此类肽段所占总肽段的比例由原来的51.7%上升为57.3%,并且有1015条新的肽段被检测到。对于不含有赖氨酸的肽段,其鉴定结果在胍基化前后基本没有变化。结果表明,胍基化可以在一定程度上提高质谱鉴定的灵敏度和互补性,提高蛋白质分析的覆盖率。     

基于温敏型材料的固定化酶的制备及其在蛋白质组快速分析中的应用

蛋白质组学通过规模化鉴定、分析从细胞、组织或有机体中提取的蛋白质,从而获得蛋白表达、修饰、组成和定量的变化信息。在目前最为有效的“鸟枪法”蛋白质组学策略中,固定化酶试剂基质常用固相载体材料,该固定化酶试剂在酶解蛋白质时为异相体系,存在固液界面传质阻力和空间位阻,限制了酶解效率和样品处理通量。针对这一技术瓶颈,本研究利用温敏聚合物对外界温度变化的响应能力,制备了一种新型的基于可溶性温敏聚合物的固定化胰蛋白酶试剂。该固定化酶特有的温度敏感特性,使其具有“高温均相酶解,低温异相分离”的特色,且兼具酶切时间显著缩短、酶可重复利用的优势。 BSA 1 min固定化酶解产物肽段的氨基酸序列覆盖率可达94%,高于传统溶液酶解12 h所得覆盖率为(74%)。进一步将该固定化酶试剂应用于HeLa细胞全蛋白质组的酶解,其酶解效果与相同条件下溶液酶解12 h相当。该固定化酶试剂对复杂蛋白质的快速、高效酶解充分证明其在蛋白质组学研究中的应用潜力。     

蛋白质组学技术筛选与鉴定鲤鱼嗅脑急性创伤后的应激蛋白质

优化建立鲤鱼(cyprinus carpio,CC)嗅觉端脑(嗅脑)全蛋白提取技术。联用低渗透裂解和液氮冻溶法破碎鲤鱼嗅脑组织(rhinencephalon tissue of cyprinus carpio,CCRT)、低速离心提取CCRT全蛋白,并采用双向凝胶电泳(2D-PAGE)技术进行有效分离。经分析与统计,每张CCRT的2D-PAGE图谱中的蛋白质斑点数目约为1200个。分别分离CCRT的脂溶性和水溶性全蛋白,并获得高分辨率的2D-PAGE图谱。选用差异蛋白质组学技术筛选经10%冰醋酸创伤后的CC,其端脑组织所表达出的6种应激蛋白质,并用肽质量指纹谱(peptide mass fingerprinting,PMF)和数据库检索技术给予鉴定。其中3种蛋白质为70S热休克蛋白、β微管蛋白和DNA链接酶IV,有望作为研究大脑急性创伤后的应激修复途径和机理的指示蛋白质。     

基于在线二维色谱的不同生长时期鹿茸的比较蛋白质组分析

建立了基于在线二维弱阴离子交换色谱-反相液相色谱(2D-WAX-RPLC)的蛋白质分离系统,并用于不同生长时期鹿茸的比较蛋白质组分析。以5种标准蛋白质的混合物为样品,考察了系统的重现性。通过改变标准蛋白质之间的浓度比,研究了该系统进行蛋白质相对定量的能力。在此基础上,针对4个不同生长时期的鹿茸样品,分别采用5种不同的方法进行蛋白质提取,经2D-WAX-RPLC分离后,收集各生长时期对应蛋白质的峰高最大比超过2的组分。酶解后,采用微柱反相液相色谱-串联质谱(μRPLC-MS/MS)进行肽段的分离鉴定;共从9个差异蛋白质峰中鉴定到了22个差异蛋白质。研究结果表明,利用基于蛋白质水平的在线二维液相色谱分离技术找寻差异蛋白质,具有重现性好、自动化程度高等优点,可用于开展比较蛋白质组学的研究。     

色谱保留时间在蛋白质组研究中的应用

液相色谱与串联质谱联用(LC-MS/MS)技术是蛋白质组学研究中的常见方法。保留时间作为独立于质谱信息的参数已经被用于蛋白质的鉴定和定量工作中。在多肽鉴定领域,多肽的色谱保留时间预测与常规的二级串联质谱数据库搜索算法结合可以提高鉴定的可信度。鉴定的灵敏度也可以通过匹配多次LC-MS实验中具有相同精确质量数和保留时间的峰而提高。另一方面,由于色谱条件的微小改变即会引起保留时间的变化,因此对多次实验结果进行保留时间比对是进行非标记定量的不可或缺的步骤。另外,联合保留时间偏移和质量数信息还可以进行蛋白质翻译后修饰(post-translational modification, PTM)的鉴定。     

蛋白质组质谱分析中基于串并联支持向量机的肽段色谱保留时间预测方法

基于质谱的大规模蛋白质鉴定中,在线液相色谱分离发挥了重要作用。色谱保留时间(retention time,RT)是肽段鉴定和定量的重要信息。由于整个色谱分析运行时间中,流动相中的有机相采用了非线性浓度曲线以及样品中肽段之间的相互影响等因素,基于肽段序列的RT预测还存在精度不高、模型推广性能差等问题。本文提出了一种基于串并联支持向量机(serial and parallel support vector machine,SP-SVM)的RT预测方法,能够表征洗脱过程中有机相浓度的非线性变化和肽段之间的相互影响,显著提高了肽段保留时间预测的精度。利用复杂样本数据集验证结果表明,预测RT和实验RT之间的决定系数达到了0.95,超过95%的鉴定肽段的RT预测误差范围小于总运行时间的20%,超过70%的鉴定肽段的RT预测误差范围小于总运行时间的10%。本文提出的模型的性能达到了目前已知的最好水平。     

磷酸化蛋白质组分析的数据处理新方法研究(Ⅰ)

蛋白质可逆磷酸化在胞外信息传递到核内、细胞生长、分裂、分化和代谢等生命活动过程中起着关键的作用。蛋白质磷酸化对众多蛋白质生物化学功能担负着开/关调控责任,是一种普遍的调控机制,与各种生命活动息息相关。因     

石耳中微量元素的测定

用原子吸收法和原子荧光法测定了洞口石耳中的微量元素.结果表明,洞口石耳中含有丰富的微量元素铁、钙、锌、硒等,为进一步开发和利用洞口石耳提供了参考.     

4-(2-苄氧基乙氧基羰基)氧杂环丁-2-酮的合成及表征

通过16例人肺鳞癌和小细胞肺癌组织中表达蛋白的二维电泳分离和质谱分析,经数据库检索鉴定了53个蛋白,其中24个蛋白与肺癌发病机制相关,4个蛋白在其它癌症中有报道,表达呈现差异的蛋白点有44个,其中34个在表达量上有差异,lO个蛋白在鳞癌和小细胞癌间表现为有和无的关系,蛋白功能分析提示人肺鳞癌与小细胞癌的蛋白质组表达存在差异,分析这些差异蛋白有利于肺癌分型及其生物标志物研究。     

Isolation,Characterization, and Medicinal Potential of Polysaccharides of Morchella esculenta

Mushroom polysaccharides are active medicinal compounds that possess immune-modulatory and anticancer properties. Currently, the mushroom polysaccharides krestin, lentinan, and polysaccharopeptides are used as anticancer drugs. They are an unexplored source of natural products with huge potential in both the medicinal and nutraceutical industries. The northern parts of Pakistan have a rich biodiversity of mushrooms that grow during different seasons of the year. Here we selected an edible Morchella esculenta (true morels) of the Ascomycota group for polysaccharide isolation and characterization. Polysaccharopeptides and polysaccharides from this mushroom were isolated using the green chemistry, hot water treatment method. Fourier transform infrared spectroscopy revealed the sugar nature and possible beta-glucan type structure of these polysaccharides. Antioxidant assays showed that the deproteinized polysaccharides have moderate free radical scavenging activity. These isolated polysaccharides exhibited good acetylcholinesterase (AChE) and butyryl cholinesterase (BChE) inhibition activities. Therefore, these polysaccharides may be valuable for the treatment of Alzheimer’s and Parkinson’s diseases. Further bioassays are needed to discover the true potential of M. esculenta polysaccharides for medicinal purposes.     

Solid‐state cross‐polarization magic angle spinning 13C and 15N NMR characterization of Sepia melanin,Sepia melanin free acid and Human hair melanin in comparison with several model compounds

This paper presents the high‐resolution ¹³C and ¹⁵N cross‐polarization magic angle spinning (CP/MAS) NMR spectra of three natural melanin solids: Sepia officinalis melanin, Sepia officinalis melanin free acid (MFA) and Human hair melanin. The functional group characterization of Human hair melanin by NMR is the first to date and the ¹³C CP/MAS NMR spectra reported here show improved resolution of chemically inequivalent sites. The observed spectral regions of the solid melanin samples can be assigned to the postulated structural unit of the polymer chain of Sepia MFA derived from solution‐state NMR studies. To assist in the assignment of functional groups in the spectra, the solid‐state CP/MAS NMR spectra are compared with high‐resolution ¹³C and ¹⁵N CP/MAS spectra of four model compounds, L ‐dopa, dopamine, 2‐methoxycarbonyl‐3‐ethoxycarbonyl‐4‐methylpyrrole and ethyl 5,6‐dimethoxyindole‐2‐carboxylate. To aid further in the assignment of protonated and non‐protonated carbon atoms, CP contact time dependence and non‐quaternary carbon suppression (NQS) experiments were performed on the melanin samples. The ¹⁵N CP/MAS spectra of the melanin samples confirm the presence of indole and pyrrole units in the melanin polymer chain. The NMR peaks observed in all of the melanin samples are relatively broad, presumably owing to the presence of free radicals. Electron spin resonance (ESR) data shows that all three melanin samples contain localized free radicals (g = 2.007), with the Sepia melanin containing a 10‐fold higher free radical density than Human hair melanin. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于等质量肽段末端标记策略的质谱鉴定新算法

等质量肽段末端标记(Isobaric peptide termini labeling,IPTL)是一种使用轻、重同位素分别对肽段的C端和N端进行等重标记的技术.在对使用这种标记技术得到的数据进行一级谱分析时,由于肽段的质量相同,不会增加样本的复杂性,而在处理二级谱的数据时,可利用成对的b、y离子进行分析.本研究利用IPTL方法得到的实验数据设计了一种新的打分算法:全部离子打分算法(All ions scoring algorithm,AISA).AISA在对数据进行处理时,可以同时得到定性和定量信息.在Q-Exactive HeLa和Human-HCC-HL数据集上的蛋白定量覆盖率分别达到99%和100%.在Q-Exactive HeLa 2D RPLC数据集上,AISA算法鉴定到的PSM、唯一肽段和蛋白质分别比Morpheus高15%、26%和22%.在Human-HCC-HL数据集上,AISA算法鉴定到的PSM、唯一肽段和蛋白质分别比Morpheus高24%、39%和27%.在Q-Exactive HeLa和Human-HCC-HL数据集上蛋白质定量比值的平均值非常接近1,分别为1.18和0.90;在0.5~2.0区间内的定量比值分别为91%和94%.     

无标记定量法研究冠心病不稳定性心绞痛血瘀证的差异蛋白质组

应用高解析离子淌度质谱(HDMS)与纳升级超高效液相色谱(UPLC)联用, 寻找冠心病不稳定性心绞痛血瘀证血浆差异蛋白, 探索冠心病不稳定性心绞痛血瘀证的蛋白质组学特点. 采用美国Agilent公司多克隆抗体亲和柱去除冠心病不稳定性心绞痛血瘀证患者和健康人血浆中6种丰度最高的蛋白后, 进行无标记定量蛋白质组(Label free proteome)分析. 结果表明, 本方法的离子强度变异系数小于5％, 保留时间变异系数小于3％, 具有良好的重现性. 动态范围约104数量级. 总蛋白数3843种, 差异倍数大于1.5倍的差异蛋白数25种, 上调蛋白数13种(包括心绞痛血瘀证患者独有蛋白3种), 下调蛋白数12种. ACTA1, ITIH3和 LBP仅在冠心病不稳定性心绞痛血瘀证患者血浆中表达, Haptoglobin, SAA, CP, C6, MYH11, APOH和ANXA6在冠心病不稳定性心绞痛血瘀证患者中高表达, 而HBB, HBA, HBE, HBD, HBG, HRG, IGHG, GSN和TF在冠心病不稳定性心绞痛血瘀证患者中低表达. 表达上调的差异蛋白根据功能可分为: (1) 急性时相反应蛋白; (2) 补体蛋白; (3) 细胞骨架蛋白; (4) 凝血相关蛋白. 表达下调的差异蛋白根据功能可分为: (1) 载脂蛋白; (2) 运输蛋白; (3) 抗凝血相关蛋白; (4) 免疫球蛋白; (5) 细胞骨架调控蛋白. 以上结果提示, 冠心病不稳定性心绞痛血瘀证可能属于一种炎症反应; 冠心病不稳定性心绞痛血瘀证患者可能同时存在心肌损伤、凝血因子异常、脂代谢紊乱与氧运输障碍; 这些方面相互影响, 互为因果. 这些差异蛋白可为研究或发现抗心绞痛药物作用的新靶标提供线索. 本研究结果表明, 非标记定量蛋白质组学(Label free proteomics)是疾病及证候生物标志物研究的一种有效手段.     

维拉帕米作用下急性心梗大鼠比较蛋白质组学研究

以急性心梗大鼠为研究对象, 应用双向凝胶电泳法(2-DE)分析比较了维拉帕米作用下急性心梗大鼠心肌蛋白表达的差异, 从蛋白质水平探讨了维拉帕米心肌保护作用的发生机制. 结果表明, 与假手术组及模型组相比, 维拉帕米给药组心肌组织中有8个蛋白点表达显著上调, 7个蛋白点表达显著下调. 采用质谱(MALDI-TOF-MS)分析结合数据库检索, 共鉴定了其中的15种蛋白质, 可按功能分为如下4类: (1) 能量代谢及线粒体功能相关蛋白; (2) 氧化应激相关蛋白; (3) 细胞骨架蛋白; (4) 其它蛋白. 研究结果表明, 维拉帕米的心肌保护作用与恢复心肌损伤过程中的能量供应及对抗氧化应激等作用有关.     

乙型肝炎病毒相关性肝癌患者的比较蛋白质组学研究

筛选并鉴定了乙型肝炎病毒(HBV)相关性肝癌的血清差异表达蛋白. 采用蛋白芯片及表面增强激光解吸电离飞行时间质谱(SELDI-TOF-MS)技术对正常人与乙型肝炎病毒相关性肝癌患者术前血清分别进行检测, 共发现了44个差异蛋白, 其中21个上调, 23个下调. 通过高效液相色谱技术分离纯化其中表达差异最明显的蛋白, 并进行质谱鉴定. 通过蛋白功能结果分析表明, 这些蛋白的差异表达可能与乙型肝炎病毒相关性肝癌的发生机制密切相关.     

在镉盐胁迫下用蛋白质组学技术筛选与鉴定海兔亚口腔神经节的差异蛋白质

以蓝斑背肛海兔(Notarcus leachii cirrosus Stimpson, NLCS)的口腔神经节(Buccal ganglion, BG)为研究对象, 按BG形态对称性, 解剖成亚BG(sub-BG, SBG), 并分为左SBG和右SBG, 简称为LSBG和RSBG. 用双向凝胶电泳(2D-PAGE)技术优化分离LSBG和RSBG全蛋白质, 并采用蛋白质组学和数据库比对技术筛选与鉴定差异蛋白质. 实验结果表明, LSBG和RSBG之间的差异蛋白质主要由活性多肽的前体蛋白或降解后大片段多肽组成, 它们对维持BG的生理功能起着重要的作用. 在急性镉盐(10 μg/mL)胁迫下, NLCS的LSBG和RSBG表达了由镉盐诱导的差异蛋白质, 并采用蛋白质组学技术分别分离、筛选和鉴定, 其主要的差异蛋白质有下调的肌球蛋白、钙结合蛋白、上调的热休克蛋白和硫氧还蛋白. 这些蛋白质可能与BG细胞抗镉毒性有关, 部分差异蛋白质适合于监测镉盐污染且开展毒理学研究的蛋白指示物.