1、精選優質文檔-傾情為你奉上蛋白質組學研究技術摘要：蛋白質組學是繼基因組測序計劃后崛起的一門新興學科，逐漸成為后基因組時代的研究前沿和熱點領域。作為2l世紀的核心學科之一，其研究技術得到了迅猛發展。本文綜述了蛋白質組學的研究技術。關鍵詞：蛋白質組學；蛋白質組學研究技術1994年澳大利亞科學家Marc Wilkins1提出蛋白質組的概念，指的是一個基因組所表達的全部蛋白質。蛋白質組學(proteomics)是指應用各種技術手段來研究蛋白質組的一門新興科學，其目的是從整體的角度分析細胞內動態變化的蛋白質組成成分、表達水平與修飾狀態，了解蛋白質之間的相互作用與聯系，揭示蛋白質功能與細胞生命活動規律。隨

2、著蛋白質組學的問世，蛋白質組學研究技術也已被應用到各種生命科學領域，且不斷發展成熟。蛋白質組的研究能為生命活動規律提供基礎，本文就蛋白質組學研究技術作一綜述。1 蛋白質樣品制備技術樣品制備是蛋白質組分析成功與否的關鍵，必須具有良好的重復性，同時需與后續的蛋白質分離和鑒定方法相匹配2。目前常用的樣品制備技術有液相等電聚焦、亞細胞分級、吸附色譜、連續多步提取方法等3。激光捕獲顯微切割技術是上世紀末期發展起來的新技術。利用激光切割組織，能高效地從復合組織中特異性地分離出單個細胞或單一類型細胞群，顯著提高樣本的均一性。2 蛋白質分離技術21雙向凝膠電泳(2-DE) 雙向凝膠電泳的原理是第一向基于蛋白質

3、的等電點不同用等電聚焦分離，第二向則按分子量的不同用SDS-PAGE分離，把復雜蛋白混合物中的蛋白質在二維平面上分開。近年來經過多方面改進已成為研究蛋白質組的最有使用價值的核心方法。22差異凝膠電泳(DIGE)雙向凝膠電泳是蛋白質組分離技術中的經典技術。但其繁瑣、不穩定和低靈敏度等缺點阻礙蛋門質組學的進一步發展；提高雙向凝膠電泳的分離容量、靈敏度和分辨率以及對蛋白質差異表達的準確檢測是目前雙向凝膠電泳技術發展的關鍵問題。DIGE是一種標記分離蛋白技術，其方法是將兩種或多種樣品中的蛋白質采用不同的熒光標記后混合，在同一凝膠內進行電泳做定量蛋白質組分析。DIGE是以質譜為基礎的選擇性定量分析法，在

4、一些領域中能夠克服質譜的缺陷，例如，對蛋白質作完整的分析。DIGE不僅能檢測到高豐度蛋白，且極大地提高了結果的準確性、可靠性和重復性4。當前，還有二維色譜(2DLC)、二維毛細管電泳(2DCE)、液相色譜-毛細管電泳(LCCE)等新型分離技術。3 蛋白質鑒定技術31 氨基酸組成分析氨基酸組成分析法可提供蛋白質一級結構信息，耗資低，但速度較慢，所需蛋白質或肽的量較大，在超微量分析中受到限制；且存在酸性水解不徹底或部分降解而致氨基酸變異的缺點，故應結合蛋白質的其它屬性鑒定。32 生物質譜鑒定技術生物質譜鑒定技術已成為蛋白質組研究中主要的蛋白質鑒定技術5-6，具有高靈敏度、高分辨率、動態范圍廣、可應

5、用于所有的生命科學領域等優點7。其基本原理是帶電粒子在磁場中運動的速度和軌跡依粒子的質量與攜帶電荷比的不同而變化，從而可以據其來判斷粒子的質量及特性8。目前常用的質譜主要有兩種：電噴霧質譜和基質輔助激光解析電離飛行時間質譜；當然，要精確鑒定某一蛋白質，通常要聯合幾種技術。以質譜技術為核心，開發出質譜鳥槍法(shot-gun)、毛細管電泳-質譜聯用等新技術直接鑒定全蛋白質組分9-10。33 蛋白質芯片技術蛋白質芯片技術11的出現給蛋白質組學的研究帶來了新思路。它是用于分析蛋白質功能及相互作用的生物芯片。待分析樣品中的生物分子與蛋白質芯片的探針分子雜交或相互作用或用其他分離方式分離后，用激光共聚焦

6、顯微掃描儀檢測和分析雜交信號，從而實現高通量檢測多肽、蛋白質及其他生物成分的活性、種類和相互作用。此技術快速、操作簡便、樣品用量少，可平行檢測多個樣品，可直接檢測不經處理的各種體液和分泌物等。在蛋白質組學研究中較目前用的常規方法有明顯優勢12。4 蛋白質間相互作用技術蛋白質間相互作用是細胞生命活動的基礎和特征。目前主要的研究方法有以下幾種。41 酵母雙雜交系統酵母雙雜交系統是在真核模式生物酵母中進行的，靈敏度很高。目前此技術不但可用于體內檢驗蛋白質之間，蛋白質與小分子肽、DNA、RNA之間的相互作用，而且能用于發現新的功能蛋白質，研究蛋白質的功能，對于認識蛋白質組特定代謝途徑中的蛋白質相互作用

7、關系網絡發揮了重要作用。這種技術可用于研究大量蛋白質間的相互作用，易自動化、高通量，但存在假陽性和假陰性現象。酵母雙雜交系統提供的蛋白質之間可能的相互作用信息，還需通過進一步的生物化學實驗確定和排除。42 噬菌體展示技術主要是在編碼噬菌體外殼蛋白質基因上連接一單克隆抗體基因序列。噬菌體生長時表面會表達出相應單抗，噬菌體過柱時，如柱上含有目的蛋白質，則可特異性地結合相應抗體。該技術具有高通量及簡便的特點，與酵母雙雜交技術互為補充，彌補了酵母雙雜交技術的一些限制。缺陷是噬菌體文庫中的編碼蛋白均為融合蛋白，可能改變天然蛋白質的結構和功能，體外檢測的相互作用可能與體內不符13。43 串聯親和純化(TA

8、P) 利用一種經過特殊設計的蛋白標簽，經過兩步連續親和純化，獲得更接近自然狀態的特定蛋白復合物。TAP技術可在低濃度下富集目的蛋白，得到的產物可用于活性檢測及結構分析。因其高特異性和選擇性可減小復雜蛋白質組分離的復雜性。 TAP技術的開發是研究蛋白質相互作用方法學上的巨大突破。該方法集成了經典的親和純化和免疫共沉淀兩種技術的優點，可快速得到生理條件下與目標蛋白真實相互作用蛋白質的特點。這些分離技術與2-DE相互補充或不同分離模式組合，將成為蛋白質組學高通量分析的重要工具14。44 表面等離子共振技術(SPR) 為研究蛋白質之間相互作用的全新手段。典型代表是瑞典BIACORE的單元蛋白質芯片。S

9、PR技術的特點是檢測快速、安全，不需標記物或染料，靈敏度高。除用于檢測蛋白質之間的相互作用外，還可用于檢測蛋白質與核酸及其他生物大分子之間的相互作用，并且能實時監測整個反應過程。因此，SPR技術在檢測生物大分子特異性相互作用上比傳統方法更具優勢。5 蛋白質組生物信息學基因組學和蛋白質組學的研究產生了大量的數據,由于蛋白質組比基因組有著更大的復雜性，因而蛋白質組生物信息學研究有著更大的必要性和復雜性。蛋白質組生物信息學的研究內容主要包括大量蛋白質組學實驗信息的產生，對這些數據的處理，以及結果的分析和發布等。一些主要的數據庫有SWISS - PROT、TrEMBL、PIR 等15，另外還有一些二維

10、膠的數據庫和蛋白質相互作用的數據庫等。蛋白質組研究的整個過程實際上都與生物信息學密切相關，無論是雙向電泳圖譜的分析，還是質譜數據的解析，尤其是最終蛋白質組數據庫的建立，實驗室間的相互比較，都依賴于生物信息學的建立和發展。綜上所述，隨著蛋白質組學研究逐漸成為當前生命科學中的前沿熱點，相關研究技術也在不斷成熟，其受重視的程度和進展顯而易見。有理由相信，隨著蛋白質組學研究技術的不斷進步，蛋白質組學研究必將為疾病預防、早期診斷與有效治療帶來新的希望。參考文獻1 WasingerV C, Cordwell S J , Cerpa-poljak A, et a1. Progress with gene-p

11、roduct mapping of the Mollicutes: Mycoplasma genitaliumJ. Electrophoresis, 1995, 16: 1090-1094.2 徐菲菲，劉秀華. 蛋白質組學技術進展及其在微循環研究中的應用J. 生理科學進展，2010, 41(6): 429-434.3 楊國堂 ，李艷艷 ，張偉 ，等. 蛋白質組學及其技術體系J. 食品與藥品，2010, l2 (05): 206-209.4 Timms JF, Cramer R. Difference gel electrophoresisJ. Proteomies, 2008, 8(23-24

12、): 4886-4897.5 Gstaiger M, Aebersold R. Applying mass spectrometry-based proteomics to genetics, genomics and network biologyJ. Nat Rev Genet, 2009, 10(9): 617-627.6 Liu H, Lang J, Wang X R, et a1. Comparative proteomic analysis of human adenomyosis using two-dimensional gel electrophoresis and mass

13、 spectrometryJ. Fertili Sterili, 2008, 89(6): 1625-1631.7 Francese S, Dani FR, Traldi P, et a1. MALDI mass spectrmnetry imaging, from its origins up to today: the state of the artJ. Comb Chem High Throughput Screen, 2009, 12(2): 156174.8 金鋒. 蛋白質組學研究相關技術與應用J. 明膠科學與技術，2008 (1) : 6-9.9 Lengqvist J, Uhl

14、en K, Lehtio J. iTRAQ compatibility of peptide immobilized pH gradient isoeleetrie focusingJ. Proteomics, 2007, 7(11): 17461752.10 Herrero M, Simo C, Ibanez E, et a1. Capillary eleetrophoresis-mass spectrometry of Spirulina platensis proteins obtained by pressurized liquid extractionJ. Electrophores

15、is, 2005, 26(21): 4215-4224.11 Heng Zhu, Melin Basin, Rhonda Bangham, et al. Global analysis af protein activities using proteome chips J. Science, 2001, 293: 2101-2105.12 Chen L, Fatima S, Peng J, el a1. SELDI protein chip technology for the detection of serum biomarkers for liver diseaseJ. Protein Pept Lett, 2009, 16(5): 467472.13 Thie H, Meyer T, Schirrmann T, et a1. Phage display derived therapeutic antibodiesJ. Curr Pharm Biotechnol, 2008, 9(6): 439-446.14 Gloeckne