1、蛋白質組與臨床蛋白質組學1蛋白質組學proteomics碩士生學位課程：蛋白質組與臨床蛋白質組學2n總學時數(shù)：36n教學目的和要求n1. 掌握蛋白質組與蛋白質組學的基本概念，基本理論與基本方法。n2. 熟悉蛋白質組研究的關鍵技術。n3. 熟悉利用蛋白質組研究策略設計研究課題的基本思路。n4. 培養(yǎng)開展臨床蛋白質組學與疾病蛋白質組學研究的基礎能力。 蛋白質組與臨床蛋白質組學3按照課程的總體要求，將課程分為12個專題進行講授： n1、蛋白質組與蛋白質組學 n2、蛋白質組學研究中的樣品制備與分離技術n3、生物質譜 n4、蛋白質研究的其它方法（1）n5、蛋白質研究的其它方法（2）n6、臨床蛋白質組學與

2、疾病蛋白組學n7、藥物蛋白質組學及其臨床應用n8、血漿/血清蛋白質組學和體液蛋白質組學n9、亞細胞蛋白質組學及研究進展n10、心血管系統(tǒng)與消化系統(tǒng)疾病蛋白質組學n11、神經系統(tǒng)蛋白質組學n12、臨床腫瘤蛋白質組學蛋白質組與臨床蛋白質組學4授課教師n第1講: 邱宗蔭 教授n第2講: 顏玉蓉 副教授n第3講: 母昭德 副教授n第4講: 周 蘭 教授n第5講: 張雪梅 教授n第6講: 馮 濤 教授n第7講: 張雪梅 教授n第8講: 何於娟 副教授n第9講: 顏玉蓉 副教授n第10講: 馮 濤教授n第11講: 周 蘭教授n第12講: 周 蘭教授蛋白質組與臨床蛋白質組學5參考教材與文獻 n主要參考教材：

3、n邱宗蔭，尹一兵 等 編著，臨床蛋白質組學臨床蛋白質組學?？茖W出版社，2008.4。n其它參考教材：n1、r.j.simpson. proteins and proteomics : a laboratory manual.（影印版）。科學出版社，2003。 n2、r.j.simpson. purifying proteins for proteomics. （影印版）?？茖W出版社，2004。n3、夏其昌 曾 嶸 等編著。蛋白質化學與蛋白質組學蛋白質化學與蛋白質組學?？茖W出版社，2004。n4、陳主初 肖志強 主編。疾病蛋白質組學疾病蛋白質組學。化學工業(yè)出版社，2006。 蛋白質組與臨床蛋白質

4、組學6主要參考雜志 n1、proteomics(wiley-vch verlag gmbh & co. kgaa, weinheim)n2、proteomics-clinical applications (wiley-vch verlag gmbh & co. kgaa, weinheim)n3、electrophoresis (wiley-vch verlag gmbh & co. kgaa, weinheim)n4、molecular & cellular proteomics（mcp）american society for biochemistry a

5、nd molecular biology (asbmb)n5、journal of proteome research (american chemical society)蛋白質組與臨床蛋白質組學7相關雜志nproceedings of the national academy of science of the united state of america(美國國家科學院院刊), 簡稱pnas.njournal of the national cancer institute(journal of nci) oxford university press (oup) and nation

6、al cancer institute (美國國家癌癥研究所, nci)njournal of biological chemistry (jbc) (american society of biochemistry and molecular biology, inc.) 蛋白質組與臨床蛋白質組學8授人以魚，不如授人以漁。授人以魚，三餐之需；授人以漁，終生之用。 我們應該從這門課程中學習當今生命科學前沿領域的研究思想，觀點和方法。蛋白質組與臨床蛋白質組學9第1講:蛋白質組與蛋白質組學proteome and proteomics重慶醫(yī)科大學藥學院邱宗蔭蛋白質組與臨床蛋白質組學10本次講授的內

7、容n、從基因組到蛋白質組n、蛋白質組與蛋白質組學的內涵n、關于蛋白質n、蛋白質組與基因組的差別n、蛋白質組學的研究策略蛋白質組與臨床蛋白質組學11、從基因組到蛋白質組蛋白質組與臨床蛋白質組學12對人類文明產生重大影響的科學技術工程n曼哈頓計劃n阿波羅計劃n人類基因組計劃蛋白質組與臨床蛋白質組學13人類基因組計劃在科學上的目的，是測定組成人類基因組的30億個核苷酸的序列。從而奠定闡明人類所有基因的結構與功能，解讀人類的遺傳信息。蛋白質組與臨床蛋白質組學14the human genomenthe international human genome consortiumninitial sequ

8、encing and analysis of the human genomennature, 409, february 15, 860-921 (2001)nventer et al. (celera)nthe sequence of the human genomenscience, 291, february 16, 1304-1351 (2001)蛋白質組與臨床蛋白質組學15genes predicted in human genome intl consortium celeraknown genes 14,882 17,764novel genes 16,896 21,350to

9、tal 31,778 39,114蛋白質組與臨床蛋白質組學16人類基因數(shù)縮水再縮水n由于測序技術方法的不斷發(fā)展，對基因組分析的誤差也在逐漸縮小。人類基因組數(shù)量也從34萬，縮水到了25000左右。n2007年，根據(jù)broad研究所一一項發(fā)表在pnas上的研究表明，人類基因目錄如ensembl、refseq和vega包括了許多開放閱讀框，它們是任意出現(xiàn)的而不是蛋白質編碼區(qū)域。這些發(fā)現(xiàn)將人類基因組中的蛋白質編碼基因數(shù)目減少到了20500個。n隨著研究的進一步深入，這個數(shù)目還可能會有變化。而人類基因組中蛋白質編碼基因數(shù)量之少，也是令人驚訝的。蛋白質組與臨床蛋白質組學17人們認識生命過程分子機制的60年

10、歷程n1944 avery et. al. provide evidence that dna is the hereditary materialn1953 watson & crick publish the double helical structure of dna n1963 nirenberg elucidates the genetic coden1964 perutz connects the 3-d structure of proteins to the amino acid sequencen1972-74 development of recombinant

11、dna technologyn1975-85 development of techniques for rapid dna sequencing蛋白質組與臨床蛋白質組學18post-genome eran1990 initiation of the human genome projectn1995 first complete genome published(流感嗜血桿菌基因組序列首次被破譯，在此后不到兩年的時間，近50個細菌的基因組序列已被完成)n1996 affymetrix publishes about genechipn2001 human genome project com

12、pleted蛋白質組與臨床蛋白質組學19in the news:“if 2000 was the year of the genome, 2001 will be the year of the proteome”nightly business report 12/27/00time magazine 7/3/00the economist 12/9/00chemistry & engineering news 7/31/00scientific american 7/00蛋白質組與臨床蛋白質組學201994年，澳大利亞科學家marc wilkins提出蛋白質組概念。nthe ter

13、m was coined by marc wilkins in 1994 in the symposium: 2d electrophoresis: from protein maps to genomes in siena, italy, and was subsequently published in 1995, which was part of his phd thesis. wilkins used it to describe the entire complement of proteins expressed by a genome, cell, tissue or orga

14、nism.nwasinger vc, cordwell sj, cerpa-poljak a, yan jx, gooley aa, wilkins mr, duncan mw, harris r, williams kl, humphery-smith i. (1995). progress with gene-product mapping of the mollicutes: mycoplasma genitalium. electrophoresis 7 (7): 109094. 蛋白質組與臨床蛋白質組學21n2001年2月15日，英國自然周刊在發(fā)布人類基因組框架圖時，同期登載了一條關

15、于人類蛋白質組研究組織（human proteome organization,hupo ）成立的消息，標題就叫“現(xiàn)在是蛋白質組了”。n人類蛋白質組組織（hupo）是一個國際事務、學術和政府成員的聯(lián)盟 。 hupo成立后，歐洲、亞太地區(qū)相繼成立了區(qū)域性蛋白質組研究組織。蛋白質組與臨床蛋白質組學22 nature, march 13, 2003蛋白質組與臨床蛋白質組學23hupo的工作重點為人類疾病與健康協(xié)調公共蛋白質組組織的活動鼓勵有關人類蛋白質組和生物模型蛋白質組知識的廣泛傳播將各國和各地區(qū)的蛋白質組研究組織統(tǒng)一在一個國際性的組織之中蛋白質組與臨床蛋白質組學24 dna complete d

16、escription of genes in an organism rna complete description of mrna in a genome proteincomplete description of proteinsexpressed by a genome metabolites complete description of metabolites expressed by a genomecatalog of all protein-dna,protein-rna, and protein-protein interactionsgenome genomics tr

17、anscriptome transcriptomicsproteome proteomics metabolome metabolomicsinteractome system biologyglobaltargetedglobaltargeted global targetedfunctional genomics or “phenomics”蛋白質組與臨床蛋白質組學25蛋白質組與臨床蛋白質組學26、蛋白質組與蛋白質組學的內涵蛋白質組與臨床蛋白質組學27蛋白質組n蛋白質組的英文是proteome，它來源于proteins和genome兩個詞的組合，意思是proteins expressed

18、by a genome，即由基因組表達的蛋白質。n隨后，學者們對蛋白質組學的含義作了進一步的闡述，認為“proteome”代表一個完整生物或生物體不同細胞組合中的全部蛋白質。n因此，目前認為蛋白質組的內涵是一個細胞、一類組織或一種生物的基因組所表達的全部蛋白質。 蛋白質組與臨床蛋白質組學28蛋白質組學n蛋白質組學（ proteomics）旨在闡明生物體全部蛋白質的表達模式及功能模式，其內容包括鑒定蛋白質的存在方式（修飾形式），研究其結構、功能、定量和相互作用等。 蛋白質組與臨床蛋白質組學29proteomicsnproteomics can be defined as the qualitat

19、ive and quantitative comparison of proteomes under different conditions to further unravel biological processes.n“proteomics includes not only the identification and quantification of proteins, but also the determination of their localization, modifications, interactions, activities, and, ultimately

20、, their function.”(stanley fields. proteomics in genomeland. science 16 february 2001 291: 1221-1224)蛋白質組與臨床蛋白質組學30從認識生命的科學理論體系看，蛋白質組學屬于系統(tǒng)生物學的范疇。 n在過去的半個多世紀里，生物學和醫(yī)學的研究主要是基于分析方法或還原方法（reduction approach）來探求生命現(xiàn)象的本質。其基本的研究思路是建立在將生物系統(tǒng)分解，或還原成各個組成部分的基礎上。人們按照這種還原主義的研究策略已經獲得了大量和重要的關于生物學“部件”的認識，特別是對于單個基因和蛋白質的

21、結構和功能有了越來越深入的了解。n但是，還原主義研究策略的固有缺陷是難以從整體上了解生命系統(tǒng)的協(xié)同行為，更談不上去了解生命系統(tǒng)協(xié)同行為的變化如何導致人類疾病的發(fā)生、發(fā)展，以及生命現(xiàn)象紛繁復雜的變化。蛋白質組與臨床蛋白質組學31 系統(tǒng)生物學(system/systems biology)n系統(tǒng)生物學將生命過程作為一種大系統(tǒng)，而不是作為孤立的很多部分來進行定性和定量研究。它借助和發(fā)展多學科交叉的新的技術策略和方法，研究生命系統(tǒng)中所有組成成分的系統(tǒng)行為、相互聯(lián)系以及動力學特性，進而揭示生命系統(tǒng)的基本規(guī)律與調控手段。n以生物系統(tǒng)內的所有組成部分及其相互關系為對象，通過大規(guī)模動力學分析，用數(shù)學方法抽象出

22、生物系統(tǒng)的設計原理和運行規(guī)律。蛋白質組與臨床蛋白質組學32將當前生物科學知識全面系統(tǒng)地聯(lián)系在一起組建超級數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡-對盲人摸象認識論的革命n盲人摸象這個諺語是對“只見樹木、不見森林”認識論的諷刺。遺憾的是，我們都曾經受到過這種認識論的影響。n隨著對大象表觀基因組、基因組、轉錄組，蛋白質組以及糖組越來越精確的分析，人們越來越多地了解到事物的整體屬性及其本質。n但即便如此，我們仍需要知道各部分是怎樣協(xié)調運作從而組成一個完整的大象的。整體由部分構成圖片來源：wildlife stock pictures蛋白質組與臨床蛋白質組學33mining proteomesto identify as many

23、 components of the proteome as possiblemapping of proteomes of various organisms and tissuescomparison of protein expression levels for the detection of disease biomarkersdepartment of genomics & proteomicsdepartment of genetics & biochemistrystanley fields. proteomics in genomeland. science

24、 16 february 2001 291: 1221-1224蛋白質組與臨床蛋白質組學34、關于蛋白質proteins are polyamides, their monomeric units are comprised of 20 different - amino acids蛋白質組與臨床蛋白質組學35proteinsnmain building blocks and functional molecules of the celln20% of cell weight (water: 70%)nfour levels of structuren3 10 nm蛋白質組與臨床蛋白質組學3

25、6function of proteinsnenzymatic proteins (catalysts for such functions as digestion)nstructural proteins e.g. collagen and elastin (connective tissue)ncontractile proteins e.g. myosin (muscle movement)ntransport proteins e.g. hemoglobin molecules (oxygen transport)nstorage proteins e.g. casein (majo

26、r source of aa for baby mammals)nhormonal proteins e.g. insulin (regulates sugar conc. in the blood)nreceptor proteins (build into the membrane of nerve cells)ndefensive proteins (antibodies to protect against diseases)蛋白質組與臨床蛋白質組學37h3n+oorhnr is commonly one of 20 different side chainsnat ph 7 both

27、 the amino and carboxyl groups are ionizedaminogroupalphacarboncarboxylgroupside chaingroupamino acid氨基酸是組成肽和蛋白質的基本單位蛋白質組與臨床蛋白質組學38families of amino acidsnthe common amino acids are grouped according to whether their side chains are:nacidic d, enbasic k, r, hnuncharged polar n, q, s, t, ynnonpolar g

28、, a, v, l, i, p, f, m, w, cnhydrophilic amino acids (uncharged polar) are usually on the outside of a protein whereas nonpolar residues cluster on the inside of proteinnbasic or acidic amino acids are very polar and are generally found on the outside of protein molecules蛋白質組與臨床蛋白質組學39or3hnhor4hh3n+o

29、r1hnhor2hnhopeptide bondsnamino acids are joined together by an amide linkage called a peptide bond.nthe two bonds on either side of the rigid planar peptide unit exhibit a high degree rotationpeptidebondsrotation occurs here蛋白質組與臨床蛋白質組學40proteins are molecules that contain one or more polypeptide c

30、hainsnpolymers containing:n2 amino acid residues are called dipeptidesn3 -/- tripeptidesn3-10 -/- oligopeptidesnmany -/- polypeptides蛋白質組與臨床蛋白質組學41蛋白質的分子結構有四個層次1234序列構型活性調節(jié)mathews et al (2000) biochemistry (3e) p.195蛋白質組與臨床蛋白質組學42alpha-helixbeta-sheetprimary structuresecondary structuretertiary stru

31、cturequaternary structure蛋白質組與臨床蛋白質組學433d structure of proteinalpha-helixbeta-sheetloop and turnturn or coil蛋白質組與臨床蛋白質組學44heme groups in hemoglobin蛋白質組與臨床蛋白質組學45positivelychargedcanyon蛋白質組與臨床蛋白質組學46蛋白質的物理化學特性(一) n1.蛋白質的大小與形狀 蛋白質分子量變化范圍很廣，從幾千到幾十萬，大多數(shù)蛋白質的平均分子量約為4萬5萬，更大的蛋白質通常由多個亞基組成。n2.蛋白質的構象 不需要共價鍵的變化

32、，就能使立體結構改變的立體結構現(xiàn)象稱為構象（conformation）。蛋白質的構象取決于其一二三四級結構。某些蛋白質的構象還受結合輔基的影響。 蛋白質組與臨床蛋白質組學47蛋白質的物理化學特性(二)n3.蛋白質的電荷n通常每個蛋白質含有一個氨基末端和一個羧基末端，往往還有帶電荷的氨基酸側鏈。因此，蛋白質在溶液中呈現(xiàn)酸-堿效應。n當ph為某一數(shù)值時，蛋白質所帶正電荷和負電荷數(shù)相等，分子凈電荷為零，此ph即為蛋白質的等電點（pi）。n當phpi時，蛋白質分子帶負電荷；當ph 200 known typesnpresent on at least 80% of eukaryotic protein

33、snfound in all speciesnlocated at specific sequence motifs (sequons)noften transientnusually present at substoichiometric levelsnoften act together蛋白質組與臨床蛋白質組學69this schematic figure shows the location and role of a selection of some of the most important of more than 200 types of post-translational

34、 modification (ptm).phosphorylation cascades are involved in many signalling pathwaysplasma membraneproteins can carryn-glycansthe histone codecontrols many nuclear processesnuclear and cytoplasmicproteins can carry o-glycansvarious modification regulate microtubule functionplasma- membrane proteins

35、can be linked to the membrane by a gpi anchorpolyubiquitylationcan induce proteindegradationac, acetyl group; gpi, glycosylphosphatidylinositol; me, methyl group; p, phosphoryl group; ub, ubiquitin.蛋白質組與臨床蛋白質組學70蛋白質的糖基化是低聚糖以糖苷的形式與蛋白上特定的氨基酸殘基共價結合的過程。蛋白質組與臨床蛋白質組學71glycosylation：carbohydrates added to

36、basic protein structurefolded protein structure (schematic)葡萄糖（glc） 甘露糖（man）半乳糖（gal）n-乙酰葡糖胺（glcnac）唾液酸，泛指的（sia）蛋白質組與臨床蛋白質組學72泛素與泛素化n以色列科學家阿龍切哈諾沃(aaron ciechanover, 1947-) 、阿夫拉姆赫什科（avram hershko, 1937-）和美國科學家歐文羅斯（irwin rose, 1926-）因在“泛素調節(jié)的蛋白質降解”方面的出色研究而獲得2004年諾貝爾化學獎。n這三位科學家發(fā)現(xiàn)，一種被稱為泛素的多肽在需要能量的蛋白質降解過程中

37、扮演著重要角色。這種多肽由76個氨基酸組成，它最初是從小牛的胰臟中分離出來的。它就像標簽一樣，被貼上標簽的蛋白質就會被運送到細胞內的“垃圾處理廠”，在那里被降解。蛋白質組與臨床蛋白質組學73泛素與泛素化n泛素泛素: 泛素（ubiquitin）是由76個氨基酸組成的高度保守的多肽鏈,因其廣泛分布于各類細胞而得名。n泛素化泛素化:泛素共價地結合于底物蛋白質的賴氨酸殘基，被泛素標記的蛋白質將被特異性地識別并迅速降解，泛素的這種標記作用是非底物特異性的。泛素化是細胞維持對那些受組成型調節(jié)和環(huán)境刺激產生的蛋白質水平的基本調節(jié)方式。n泛素泛素-蛋白酶體途徑蛋白酶體途徑: 是真核細胞內重要的蛋白質質控系統(tǒng)，

38、參與調節(jié)細胞周期進程，細胞增生與分化，以及信號傳導等多種細胞生理過程，因此細胞內蛋白質泛素化降解是蛋白質重要的轉錄后修飾方式之一。蛋白質組與臨床蛋白質組學74ubiquitin:proteins are usually tagged for selective destruction in proteolytic complexes called proteasomes by covalent attachment of ubiquitin, a small, compact, highly conserved protein. an isopeptide bond links the ter

39、minal carboxyl of ubiquitin to the -amino group of a lysine residue of a condemned protein.蛋白質組與臨床蛋白質組學75ubiquitin isopeptide bondtargetproteintarget lysinee e-amino groupubcarboxyterminus蛋白質組與臨床蛋白質組學76ubiquitination蛋白質組與臨床蛋白質組學77n大量研究證實，這種泛素調節(jié)的蛋白質降解過程在生物體中的作用非常重要。通常有30新合成的蛋白質通過泛素化被銷毀。因此，可以認為，泛素化是一個

40、把關的過程，如果它把關不嚴，就會使一些不合格的蛋白質蒙混過關；如果把關過嚴，又會使合格的蛋白質供不應求。這都容易使生物體出現(xiàn)一系列問題。比如，p53蛋白質可以抑制細胞發(fā)生癌變，但如果對p53蛋白質的生產把關不嚴，就會導致人體抑制細胞癌變的能力下降，誘發(fā)癌癥。n泛素調節(jié)的蛋白質降解在生物體中如此重要，因而對它的開創(chuàng)性研究也就具有了特殊意義。目前，在世界各地的很多實驗室中，科學家不斷發(fā)現(xiàn)和研究與這一降解過程相關的細胞新功能。這些研究對進一步揭示生物的奧秘，以及探索一些疾病的發(fā)生機理和治療手段具有重要意義。泛素化過程(死亡之吻)蛋白質組與臨床蛋白質組學78phosphorylationn磷酸化是通過

41、蛋白質磷酸化激酶將atp的磷酸基轉移到蛋白的特定位點上的過程。大部分細胞過程實際上是被可逆的蛋白磷酸化所調控的, 至少有30%的蛋白被磷酸化修飾。 n磷酸化的作用位點為蛋白上的ser, thr, tyr殘基。在磷酸化調節(jié)過程中酶，細胞的形態(tài)和功能都發(fā)生改變。 n可逆的磷酸化過程幾乎涉及所有的生理及病理過程，如細胞信號轉導、腫瘤發(fā)生、新陳代謝、神經活動、肌肉收縮以及細胞的增殖、發(fā)育和分化等。 蛋白質組與臨床蛋白質組學79acetylation乙酰化也是細胞內蛋白質翻譯后修飾的一種重要形式。組蛋白等許多蛋白都可以發(fā)生乙?；?蛋白質組與臨床蛋白質組學80palmitoylation棕櫚?；?十六(

42、烷)?；?蛋白質棕櫚?；堑鞍踪|翻譯后脂質共價修飾的一種重要形式,對象主要是胞質蛋白質。對蛋白質功能產生多重影響。蛋白質組與臨床蛋白質組學81磷酸化棕櫚?；腔瘬p傷損傷泛素化泛素化approximately 200 different types of posttranslational modifications have been reported.the life cycle of a protein蛋白質組與臨床蛋白質組學82factoren die bijdragen aan de complexiteit van het proteoomaantalgenen6,20019,00

43、032,000alternatieve splicing-/+ aantal verschillendedomeinen3001,0001,800multi-domeineiwitten+post-translational modifications +fosforylering,glycosylering,acetylering,carboxylering,sulfatering,proteolytische,klieving,myristoylering,adp-ribosylering,ubiquitineringproteome complexity蛋白質組與臨床蛋白質組學8330

44、000多個基因多個基因120 000種可能的種可能的mrna24 000 000種可能的蛋白質同型異構體種可能的蛋白質同型異構體(protein isoforms)預計有預計有2 000 000種行使功能的蛋白質種行使功能的蛋白質46種可變剪切形式種可變剪切形式200種的翻譯后修飾種的翻譯后修飾(ptm)方式方式預計的基因組與蛋白質組的數(shù)量關系 蛋白質組與臨床蛋白質組學84蛋白質組與基因組的重要差別之二：時空性n在測定基因組的dna序列時不需要考慮時空的影響。在蛋白質組的研究中，時間和空間的影響都是不可忽略的。n1. 在個體發(fā)育的不同階段或細胞的不同活動時期，細胞內產生的蛋白質種類是不一樣的。

45、n2. 不同蛋白質的壽命也不一樣。有些蛋白質在合成后成為細胞的結構成分，相當穩(wěn)定；而有些蛋白質在產生后被用來進行某種細胞活動，比如基因轉錄的調控，工作一旦完成就被迅速降解。蛋白質組與臨床蛋白質組學85n3. 不同的蛋白質通常分布在細胞的不同部位，它們的功能與其空間定位密切相關。要想真正了解蛋白質的功能，通常還需要知道蛋白質所處的空間位置。n4.更為重要的是，許多蛋白質在細胞里不是靜止不動的，它們在細胞里常常通過在不同亞細胞環(huán)境里的運動發(fā)揮作用。例如細胞周期的調控過程、細胞的信號轉導和轉錄調控，都依賴于蛋白質空間位置的變化和運動。n因此，在進行蛋白質組分析時，需要把時間和空間作在進行蛋白質組分析

46、時，需要把時間和空間作為重要的參數(shù)。為重要的參數(shù)。 蛋白質組與臨床蛋白質組學86蛋白質組與臨床蛋白質組學87n蛋白質間主要以相互作用的形式參與生命活動。也許可以說，不與其不與其他蛋白質發(fā)生作用的他蛋白質發(fā)生作用的“孤立蛋白質孤立蛋白質”根本就不存在根本就不存在。n蛋白質之間的相互作用大致有三類n一、與生命活動相關的蛋白質相互作用網(wǎng)絡； n二、結構型或功能型蛋白質復合體的形成，包括：多亞基蛋白質、多成分的蛋白質復合物等；n三、控制著重要細胞內活動的、瞬時的蛋白質相互作用。蛋白質組與基因組的重要差別之三：相互作用蛋白質組與臨床蛋白質組學88anne-claude gavin, et al. nat

47、ure, 2002, vol. 415, p141-147functional organization of the yeast proteome by systematic analysis of protein complexesthe protein complex network, and grouping of connected complexes. 作者提出,真核生物蛋白質組是一個多蛋白復合體網(wǎng)絡. 圖中不同的彩色代表不同的多蛋白復合體,如:細胞周期;信號傳導;轉錄;dna保持;染色體結構;蛋白質和rna運輸;rna代謝;蛋白質合成;能量代謝;膜生物合成等. 蛋白質組與臨床蛋白

48、質組學89n英國、德國及丹麥科學家近日研究表明，人類和果蠅等簡單有機體的巨大差別不在于基因數(shù)，而在于他們體內蛋白質相互作用（protein interactions）的數(shù)量。研究人員將人體內蛋白質相互作用的總數(shù)稱作“人類相互作用組”（human interactome），意在與人類基因組相比較。n在最新的研究中，英國倫敦帝國理工學院生命科學系的michael stumpf和同事設計了一種新穎的數(shù)學工具，結合相關數(shù)據(jù)能夠估計出一個有機體蛋白質相互作用網(wǎng)絡的尺寸。n結果顯示，人體內蛋白質相互作用的數(shù)量大約為65萬，是果蠅的10倍，是單細胞酵母等的20倍。這與之前基因數(shù)的比較結果相差巨大人類的基因數(shù)

49、與果蠅的基因數(shù)相比，二者相差不到2倍。nstumpf說：“僅僅了解人類基因組肯定不足以解釋我們與其它物種的差別。我們的研究表明，蛋白質相互作用應該是一把開啟生物體之間差別程度原因之鎖的鑰匙。”人體內蛋白質相互作用的數(shù)量michael p.h.stumpf, et al. estimating the size of the human interactome. pnas, 2008, 105: 6959-6964蛋白質組與臨床蛋白質組學90蛋白質相互作用的網(wǎng)絡圖譜n德國海德堡的科學家erich e. wanker等為系統(tǒng)檢測人類蛋白質間相互作用，選擇了4 456個誘餌蛋白和5 632個獵物蛋白

50、，采用酵母雙雜交方法進行研究。結果，在1 705種蛋白質間之間確定了3186種新的相互作用關系。采用免疫共沉淀和pull-down技術驗證了這一結果。通過拓撲學等評價，至少確認了401種蛋白質間有911種相互作用聯(lián)系。n進一步研究這些蛋白質間相互作用與人類疾病的關系，發(fā)現(xiàn)了至少兩個新的與axin-1相互作用的蛋白質anp32a和crmp1能夠調節(jié)wnt信號通路，從而影響發(fā)育，腫瘤等。雖然這僅僅篩選了這兩個新蛋白，但可以肯定的是，這一研究成果中包含有大量的重要信息有待更深入地發(fā)掘。 erich e. wanker et al. a human protein-protein interactio

51、n network: a resource for annotating the proteome. cell, 2005(122): 957968 蛋白質組與臨床蛋白質組學91蛋白質相互作用的重要意義n200種蛋白質及2000種組合結構進行解析后，發(fā)現(xiàn)其中三分之一的蛋白質相互組合會導致疾病，容易導致疾病的蛋白質和其它蛋白質結合以后也將變得十分活躍，致使發(fā)病和病情惡化。 n絕大多數(shù)疾病都是由10萬種以上的特定蛋白質相互作用所致。 n蛋白質蛋白質相互作用和識別在諸如生物催化、轉運、信號傳導、免疫、細胞調控等多種生命過程起著重要的作用。 蛋白質組與臨床蛋白質組學92可以說，蛋白質間的相互作用、相互

52、協(xié)調是細胞進行一切代謝活動的基礎n蛋白質-蛋白質相互作用控制著生命的各個過程，決定著幾乎所有的生物功能，是整個生命結構和生命活動的基礎和重要特征之一。n細胞各種重要的生理過程，包括信號的轉導、細胞對外界環(huán)境及內環(huán)境變化的反應等，都是以蛋白質間相互作用為紐帶，并形成網(wǎng)絡。n高等動物基因組已有的研究結果也表明，調節(jié)生物體復雜性的不是基因數(shù)量的增加，而是基于更為復雜的蛋白質蛋白質間發(fā)生的相互作用。n蛋白質之間的相互作用不限于過去認識到的連鎖反應或級聯(lián)反應，它是一個復雜交錯和具有精密調控的反應網(wǎng)絡，n因此，要了解細胞的功能，必須從孤立情況下和與別的蛋白質相互作用情況下這兩個層面來認識蛋白質的功能。相對

53、來說，基因之間并不發(fā)生這種直接的相互作用。蛋白質組與臨床蛋白質組學93proteomics- the study of the proteomegenomicssequencemrnaproteinproductfunctionalproteintranscriptionalcontroltranslationalcontrolpost-translationalcontrolmrna stabilitymrna secondary structureprotein processingprotein modificationprotein stabilityprotein complex f

54、ormation(levels of control)information: critical to understanding disease mechanisms35,000genes1,000,000proteins蛋白質組與臨床蛋白質組學94、蛋白質組學的研究策略與研究模式蛋白質組與臨床蛋白質組學95提取的樣品蛋白質或多肽提取的樣品蛋白質或多肽bottom up策略策略 top down 策略策略 蛋白質分離蛋白質分離高分辨高分辨ms/ms質譜鑒定質譜鑒定, 序列分析序列分析雙向電泳分離雙向電泳分離電泳策略電泳策略酶解得到肽混合物酶解得到肽混合物質譜測定肽質量指紋譜質譜測定肽質量指紋

55、譜（maldi-ms,esi-ms)利用質譜分析數(shù)據(jù)利用質譜分析數(shù)據(jù), 以分析軟件通過互聯(lián)網(wǎng)上的蛋白質數(shù)據(jù)庫搜索目標蛋白質以分析軟件通過互聯(lián)網(wǎng)上的蛋白質數(shù)據(jù)庫搜索目標蛋白質 shotgun策略策略酶解得到肽混合物酶解得到肽混合物多維色譜分離多維色譜分離ms/ms質譜鑒定質譜鑒定, 序列分析序列分析ms分析分析m/z 譜譜比較分析比較分析蛋白質功能分析蛋白質功能分析( (western blot、免疫組織化學、激光共聚焦顯微技術、免疫組織化學、激光共聚焦顯微技術、分子生物學技術分子生物學技術) 蛋白質組與臨床蛋白質組學96蛋白質組與臨床蛋白質組學97top-down versus bottom-

56、up proteomicsntop-downnadvantagesncomplete protein sequence accessnptm locationnno protein digestion requiredndisadvantagesnms equipments are expensive to purchase and operatendoes not work well for large proteins (50kda)nlimitation in coupling with online separationsnprotein fragmentation poorly un

57、derstoodnbottom-upnadvantagesnmore mature techniquencan be fully automatednfeasible for complicated samplesnquantificationndisadvantagesnpartial sequence coveragenloss of information of ptmsnloss of information about low-abundance proteins蛋白質組與臨床蛋白質組學98蛋白質組學通常分為4種研究模式n1、完全蛋白質組學，是檢測特定細胞或組織內所有蛋白質組成、定位

58、、理化參數(shù)等；n2、功能蛋白質學，研究與某一功能相關的所有蛋白質；n3、修飾蛋白質組學，研究蛋白質修飾，如甲基化、磷酸化、泛素化等；n4、比較蛋白質組學（差異蛋白質組學），通過比較分析不同狀態(tài)下細胞或組織蛋白質表達圖譜，著重研究不同生物體在不同時刻或狀態(tài)下蛋白質表達的變化情況，發(fā)現(xiàn)與特定生理病理狀態(tài)密切相關的差異表達蛋白，從而闡明特定生理病理狀態(tài)產生的本質規(guī)律。pandey a , mann m. proteomics to study genes and genomes. nature ,2000 ,405(6788) :837 - 846.蛋白質組與臨床蛋白質組學99蛋白質組與臨床蛋白質組

59、學100比較蛋白質組學n比較蛋白質組學（comparative proteomics）針對不同空間、不同時間上動態(tài)變化著的蛋白質組的整體進行比較，分析不同蛋白質組之間在表達數(shù)量、表達水平和修飾狀態(tài)上的差異，可以發(fā)現(xiàn)與病變相關的特異蛋白質。ncomparative proteomics：study the proteomic changes in different states by identifying differentially expressed proteins and their modification蛋白質組與臨床蛋白質組學101comparative proteomicsp

60、urposes：therapeutic target discovery diagnostic/prognostic marker development mechanistic study 空間上的差異時間上的差異蛋白質組與臨床蛋白質組學102ndndnd01000994.5245.9228.9186.9175.1171.3159.044.069.9893.41056.11326.71923.42100.66002200624.3769.8994.51501.91759.86002200attttaaaatattcctatttaaaaaaaatgaaatta m k l gatccatcaaaatgtgttcaagtttcaatctctggttta