基于生物质谱的乙酸酐稳定同位素标记定量蛋白质组学方法的建立与优化

建立了一种基于生物质谱的乙酸酐稳定同位素标记,定量蛋白质组学研究方法,优化了影响标记效率的各种条件。在pH8.0的Na2B4O7/H3BO3缓冲体系中,当乙酸酐摩尔浓度25倍过量于肽段摩尔量,22℃反应30 min时,标记即可完全。对多对H6/D6-乙酸酐标记肽段在基质辅助激光解吸电离质谱中的动态范围及定量准确度进行了考察,并通过串联质谱分析确定了乙酰化位点。结果表明:在10倍和30倍动态范围内,线性关系良好(r=0.99,r=0.98),理论值和观测值的偏差分别为0.5%和20%。     

基于生物质谱的乙酸酐稳定同位素标记

建立了一种基于生物质谱的乙酸酐稳定同位素标记,定量蛋白质组学研究方法,优化了影响标记效率的各种条件.在pH 8.0的Na2B4O7/H3BO3 缓冲体系中,当乙酸酐摩尔浓度25倍过量于肽段摩尔量,22℃反应30 min时,标记即可完全.对多对H6/D6-乙酸酐标记肽段在基质辅助激光解吸电离质谱中的动态范围及定量准确度进行了考察,并通过串联质谱分析确定了乙酰化位点.结果表明: 在10倍和30倍动态范围内,线性关系良好(r=0.99, r=0.98),理论值和观测值的偏差分别为0.5%和20%.     

基于稳定同位素标记与质谱分析的蛋白质定量算法研究进展

蛋白质定量研究已成为蛋白质组学的热点,它是疾病相关生物标志物发现的重要途径.基于稳定同位素标记的质谱分析技术是蛋白质定量最常用的方法之一.随着实验方法的发展和改进,定量数据处理方法也在不断更新与完善.一般来说,定量数据处理包括四步:搜库鉴定、图谱定量信息提取与计算、肽段丰度比计算和蛋白质丰度比计算及差异显著性分析,其中后三步是数据处理的核心.目前,后三步中每步都有多种可选算法,这些算法一般都是针对特定实验技术而提出的,缺乏深入的工作对它们进行系统比较和优化.为此,在总结目前主要实验技术方法的基础上,论述了定量算法的现状和存在问题,并针对一些问题提出了可行的解决办法.     

基于稳定同位素标记的蛋白质组学定量方法研究进展

定量蛋白质组学已经成为后基因时代的重要研究方向之一。目前该领域的研究主要采用无标记定量方法和稳定同位素标记定量法。其中,基于稳定同位素标记的蛋白质组定量方法发展非常迅速,已为生命科学研究提供了重要的技术支撑。本文分析了基于稳定同位素标记的蛋白质组学定量方法,包括相对定量方法和绝对定量方法,并对其发展进行了展望。     

改进的~(18)O同位素标记法标记蛋白质多肽

针对18O同位素标记反应两个重要影响因素——肽段分散度和胰酶灭活方法,进行了标记条件的改进和灭活方法的优化。在H218O中加入RapigestTM SF助溶剂并微波辅助加热,使α-酪蛋白胰酶酶切肽段的标记效率得到明显改进(18O/16O峰面积比值>99%)。标记后,对胰酶进行还原烷基化化学修饰彻底灭活,使标记后的肽段稳定性显著提高,放置6d不发生回交反应。对标准蛋白质甲状腺球蛋白酶切肽段混合物标记后的质谱实验结果表明:优化的标记方法能快速稳定地标记蛋白质酶切多肽。     

18O同位素标记定量肽段串联体蛋白质结合同位素稀释-多反应监测质谱的蛋白质绝对定量新方法

建立了定量肽段串联体蛋白质(concatamers of Q peptides, QconCATs)结合¹⁸O同位素标记-多反应监测质谱的蛋白质绝对定量新方法。首先对QconCAT重组蛋白质进行了纯度表征,十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)表征结果表明重组蛋白质的纯度在99%以上,相对分子质量约为63.4 kDa。对QconCAT重组蛋白质酶切后的肽段混合物进行质谱分析,并经pFind和pLabel软件处理,验证了目标肽段。还考察了QconCAT重组蛋白质的酶切效率和¹⁸O标记效率,并对QconCAT蛋白质结合¹⁸O标记-同位素稀释-多反应监测质谱方法进行了评价。实验结果表明,采用该方法对腾冲嗜热厌氧菌(Thermoanaerobacter tengcongensis, TTE)中选定蛋白质的肽段进行绝对含量测定时,相对标准偏差小于20%,准确度较高,说明该方法可用于复杂生物样本中蛋白质的绝对定量。更重要的是所建方法不仅解决了细胞培养氨基酸稳定同位素标记(SILAC)技术的重标试剂价格昂贵的问题,也为定量蛋白质组学提供了一种新的方法。     

基于质谱技术蛋白质定量方法的研究进展

质谱技术已经成为目前蛋白质鉴定的重要工具。定量分析细胞内蛋白质组的动态变化,是当前研究蛋白质功能、揭示细胞生物机理、寻找疾病蛋白标记物和药物靶标的迫切需要。本文综述了基于质谱技术蛋白质定量的策略、方法和应用等方面近年来的进展,评述了几种蛋白质质谱定量方法的特点和应用潜力。     

小硅藻光合作用脂13 C稳定同位素定量标记分析

以小硅藻( Nitzschia closterium f. minutissima)作为研究对象,利用超高压液相色谱联用四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱技术,研究了处于平台期的小硅藻中的光合作用脂被13 C标记的程度和速度。结果显示：在平台期13 C人工标记的10天内,所有4类光合作用脂均被13 C明显标记,其中二酰甘油双半乳糖脂( DG-DG)、磷脂酰甘油( PG)、二酰甘油硫代糖脂( SQDG)被13 C标记的总量,从刚进入平台期到平台期第8天逐渐增加,此后出现下降趋势,在第8天分别达到最大值(173±24) ng/mg,(473±41) ng/mg 及(1224±21) ng/mg,标记率分别达到56.3%,38.4%和62.6%;而二酰甘油单半乳糖脂(MGDG)被13C标记的总量在整个平台期呈现持续上升趋势,并在第10天达到(956±51) ng/mg,标记率为87.3%。可见,不同脂质在藻体内合成的先后时间有差别,为了清晰地了解生物摄食过程中对微藻中特定脂类的同化机理,需要藻体内被13 C标记的每类脂质含量的最大化,针对DGDG、PG、SQDG,应选取标记了8天的微藻来投喂生物,而针对MGDG,则应选取标记了10天的微藻投喂生物。     

螯合稀土金属标记蛋白质技术的建立与优化

建立了一种基于螯合稀土金属标记蛋白质的技术,优化了影响标记效率的各种条件.在50 mmol/L TEAB缓冲体系(pH 7.5),DTPA与肽段摩尔比为100: 1,常温反应30 min的条件下,DTPA标记完全;在100 mmol/L乙酸铵缓冲液(pH 6.0),稀土金属与DTPA摩尔比为4: 1,37 ℃反应1 h的条件下,稀土金属螯合反应完全.考察了不同稀土金属的螯合效率,发现离子半径最小的Lu螯合效率最高.本方法被成功应用于肽混合物标记.     

等电聚焦分离与18O稳定同位素标记联用的磷酸化蛋白质组学定量方法研究

磷酸化蛋白质组学定量分析,要对磷酸化修饰富集技术和定量技术进行研究。基于此,本研究采用18O稳定同位素标记技术对胰蛋白酶酶解肽段混合物进行标记,并对其标记时间和标记后胰蛋白酶的变性条件进行优化。结果表明:在pH=4～5的KH2PO4缓冲体系中,37℃,标记反应持续19～24h,除了C-端肽之外,几乎所有的肽段都可达到100%标记;采用TCEP可以有效地抑制16O-18O回标现象。建立了与18O标记技术兼容性良好的IPG-IEF技术对磷酸化肽段进行选择性富集,富集后共从HepG2细胞中鉴定到491个磷酸化位点、362个磷酸化肽段和356个磷酸化蛋白,表明IPG-IEF在大规模磷酸化肽段分离富集中是有效的;最后与高准确度高灵敏度高分辨率的LTQ-FTICR质谱仪联用,建立了基于18O-IPG-IEF-LTQ-FTICR的磷酸化蛋白质组定量技术。实验结果表明,该技术可以实现磷酸化肽段的有效定性和定量。本研究为磷酸化蛋白质组学定量研究提供了实用技术。     

比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术

比较蛋白质组学是指在蛋白质组学水平上研究正常和病理情况下细胞或组织中蛋白质表达变化,以期发现具有重要功能的生物标识物,为疾病的早期诊断提供依据。近年来它正成为蛋白质组学研究的热点和发展趋势。比较蛋白质组学的研究方法和策略有多种,本文就最近几年来稳定同位素标记技术(体内代谢标记技术和体外化学标记技术)在比较蛋白质组学研究中的进展进行综述。     

Quantitative mass spectrometry in proteomics: a critical review

The quantification of differences between two or more physiological states of a biological system is among the most important but also most challenging technical tasks in proteomics. In addition to the classical methods of differential protein gel or blot staining by dyes and fluorophores, mass-spectrometry-based quantification methods have gained increasing popularity over the past five years. Most of these methods employ differential stable isotope labeling to create a specific mass tag that can be recognized by a mass spectrometer and at the same time provide the basis for quantification. These mass tags can be introduced into proteins or peptides (i) metabolically, (ii) by chemical means, (iii) enzymatically, or (iv) provided by spiked synthetic peptide standards. In contrast, label-free quantification approaches aim to correlate the mass spectrometric signal of intact proteolytic peptides or the number of peptide sequencing events with the relative or absolute protein quantity directly. In this review, we critically examine the more commonly used quantitative mass spectrometry methods for their individual merits and discuss challenges in arriving at meaningful interpretations of quantitative proteomic data.     

Quantification of intact covalently metal labeled proteins using ESI‐MS/MS

Mass spectrometric methods matured from the successful qualitative characterization of proteins in complex mixtures into methods for quantitative proteomics often based on chemical tags with stable isotope labeling. In the study presented here, we extended the application of lanthanide‐ion‐based tags from the quantification using inductively coupled plasma‐MS into the quantification of labeled intact proteins using electrospray ionization (ESI)‐MS and ESI‐MS/MS. We applied the metal chelate tag MeCAT‐iodoacetamide (IA) (1,4,7,10‐tetraazacyclododecane N,N′,N″,N″ ′‐tetra acetic acid with a IA reactive site). Labeled proteins were separated using C3‐reversed phase‐high‐performance liquid chromatography interfaced to ESI‐MS. We could prove that even large proteins were completely labeled at all available cysteine residues using MeCAT‐IA with only a small excess of reagent. Fragmentation of labeled proteins either using infrared multiphoton dissociation in Fourier transform ion cyclotron resonance‐MS or higher‐energy collision dissociation with an Orbitrap gave characteristic fragments. We used these fragments to quantify several intact proteins avoiding digestion. To demonstrate the applicability, human serum albumin was quantified in blood serum. The high‐performance liquid chromatography/ESI‐MS/MS quantification data were validated using inductively coupled plasma‐MS. Because the metal within the tag may be any of the lanthanides, multiplexing capabilities are inherent. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Quantitative Mass Spectrometry-Based Proteomics for Biomarker Development in Ovarian Cancer

Ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy among women. Approximately 70–80% of patients with advanced ovarian cancer experience relapse within five years and develop platinum-resistance. The short life expectancy of patients with platinum-resistant or platinum-refractory disease underscores the need to develop new and more effective treatment strategies. Early detection is a critical step in mitigating the risk of disease progression from early to an advanced stage disease, and protein biomarkers have an integral role in this process. The best biological diagnostic tool for ovarian cancer will likely be a combination of biomarkers. Targeted proteomics methods, including mass spectrometry-based approaches, have emerged as robust methods that can address the chasm between initial biomarker discovery and the successful verification and validation of these biomarkers enabling their clinical translation due to the robust sensitivity, specificity, and reproducibility of these versatile methods. In this review, we provide background information on the fundamental principles of biomarkers and the need for improved treatment strategies in ovarian cancer. We also provide insight into the ways in which mass spectrometry-based targeted proteomics approaches can provide greatly needed solutions to many of the challenges related to ovarian cancer biomarker development.     

热表面电离同位素质谱在人体钙同位素示踪研究中的应用

研究了用热表面电离质谱测量经同位素示踪的人尿中钙同位素丰度比的方法。方法主要涉及生物样品的化学前处理程序和质谱测量技术,并就不同的样品前处理方法等因素对测量结果的影响进行了讨论,测量结果用于钙吸收率的计算。     

用稳定同位素质谱技术检测肉鸡色素的来源

通过分析肉鸡中稳定同位素δ13C值和δ15N值,推断肉鸡色素的来源,证明稳定同位素质谱技术可以作为调查动物饲料来源、追溯动物产品的方法。结果表明:添加色素组,随着色素添加量的增加RCF值显著升高(P<0.05);撤除色素后,各处理间的RCF值差异不显著(P>0.05);鸡肉粗蛋白中δ13C值在撤除色素前后的差异不显著(P>0.05)。饲喂不同含量的玉米组,随着玉米含量的增加,各组的RCF值有显著的差异(P<0.05);当饲料中玉米的含量由10%换成70%时,鸡爪的RCF值大幅度升高(P<0.05),反之,鸡爪的RCF值大幅度降低(P<0.05);鸡肉粗蛋白中δ13C值随着玉米含量的变化呈现显著差异(P<0.05)。另外,添加色素组和饲喂玉米组,当RCF值相同时,鸡肉粗蛋白中δ13C值有显著差异。     

一种规模化蛋白质组分离和鉴定新方法研究及其应用

建立了一种规模化的蛋白质组分离和鉴定新方法。通过对在生命发育过程中具有重要研究价值的人胎肝线粒体蛋白质组的分离分析，表明与毛细管液-质联用的不同分离方法的组合可以增大检测动态范围和分辨率。研究共鉴定了2977个肽段，归属于915种蛋白质。去除批次间冗余后，鉴定的蛋白质为477种，其中291种为唯一蛋白质，186种为蛋白质簇，144种蛋白质明确定位于人胎肝线粒体中。所鉴定蛋白质的分子量分布范围为7000Da～330000 Da，pI值分布在4．0～11．89，克服了两维凝胶电泳在分子量和pH方面的歧视性问题。实验中发现的蛋白质簇以及确定一种蛋白质需要最少肽段数的问题还需要进一步研究。