蛋白质组学

蛋白质修饰分析

背景和意义
    由mRNA表达产生的蛋白质需要经过蛋白质翻译后的化学修饰,即蛋白质修饰,来完成蛋白质的特定功能。化学修饰会引起蛋白质的结构和理化改变,进而引起蛋白质的活性和功能改变。蛋白质修饰包括磷酸化、乙酰化、糖基化等,是调节蛋白质功能的重要方式。例如,蛋白质的磷酸化与细胞信号传导、细胞周期调节、生长发育以及癌症机理等诸多生物学问题具有密切关系;蛋白质的乙酰化是调节蛋白质活性的一种重要方式;蛋白质的糖基化对蛋白质的三维结构和功能具有重要影响;蛋白质的棕榈化对于跨膜蛋白质的活性具有重要的调节作用;蛋白质的硝基化和亚硝基化在蛋白质的氧化损伤方面具有重要作用。因此,对蛋白质修饰进行详细分析对阐明蛋白质的功能具有重要意义。

使用范围
    细胞信号传导、细胞周期调节、生长发育,氧化机制研究,肿瘤与癌症机理研究等。

分析流程

分析步骤:
1. 找到特定蛋白对应的序列文件
    根据蛋白质的名称,找到蛋白质组中的特定蛋白对应的序列文件,下载后进行后续数据处理,序列下载可用网站包括NCBI、EBI等。
2. 预测蛋白质的磷酸化位点、乙酰化位点和糖基化位点
    对蛋白质组学得到的重要蛋白质,进行功能位点预测,找到其中可能的磷酸化、乙酰化、糖基化位点。磷酸化位点预测对应的软件包括GPS、PhosphoSitePlus等,乙酰化位点预测对应的软件包括ASEB、NetAcet等,糖基化位点预测对应的软件包括NetNGlyc、DictyOGlyc等。
3. 预测蛋白质的棕榈酰化位点、硝基化位点和亚硝基化位点
    对蛋白质进行功能位点预测,找到其中可能的棕榈化、硝基化、亚硝基化位点。预测蛋白质棕榈化位点的软件包括SUMOsp等。预测硝基化位点和亚硝基化位点的软件包括GPS-SNO
4.修饰后蛋白质的GO富集分析
   收集具有特定修饰的蛋白质(例如具有磷酸化的蛋白质),对其进行GO富集分析,分析这些蛋白质生物学功能的相关性。对应的软件包括GO-slim等。


                          图1. 预测得到的蛋白质磷酸化位点,包含磷酸化的位置、长度和打分信息。图中红色标识的残基为特定
蛋白中具有磷酸化作用的残基位点。


图2. 对于特定蛋白预测得到的蛋白质N末端的乙酰化位点,包含乙酰化的残基名称和打分信息。


图3. 对于特定蛋白质预测得到的糖基化位点,包含蛋白质各个位置的糖基化可能性以及阈值。


图4. 预测得到的蛋白质棕榈化位点,包含棕榈化化的位置、打分和聚类信息。


图5. 预测得到的蛋白质硝基化位点,包含硝基化的位置、长度和打分信息。


图6. 磷酸化蛋白质的GO富集分析,包含蛋白质对应的GO分类、所占全部蛋白质的百分比以及P-value。
 

参考文献
[1] Ren, J., Gao, X., Jin, C., Zhu, M., Wang, X., Shaw, A., … Xue, Y. (2009). Systematic study of protein sumoylation: Development of a site-specific predictor of SUMOsp 2.0. Proteomics, 9, 3409–3412. doi:10.1002/pmic.200800646
[2] Gupta, R., Jung, E., Gooley, a a, Williams, K. L., Brunak, S., & Hansen, J. (1999). Scanning the available Dictyostelium discoideum proteome for O-linked GlcNAc glycosylation sites using neural networks. Glycobiology, 9(10), 1009–22.
[3] Kiemer, L., Bendtsen, J. D., & Blom, N. (2005). NetAcet: prediction of N-terminal acetylation sites. Bioinformatics (Oxford, England), 21(7), 1269–70. doi:10.1093/bioinformatics/bti130

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