蛋白质组学

质谱分析与蛋白质组学研究

质谱分析法是蛋白质研究领域和生物大分子研究领域中最重要的分析技术。质谱仪不仅能够检测蛋白质多肽的分子量和氨基酸序列,还能发现蛋白质的结合位点以及翻译后修饰情况。近20年以来,对研究" >蛋白质组学的分析大大推动了质谱检测技术的发展。各种技术进步已经使质谱仪在准确度、分辨力、敏感度、定量分析能力等各方面都有了长足的进展,相应的,蛋白质组质谱检测策略方面也有了新突破。

蛋白质组学

总体来说,质谱仪的性能包括分辨率、敏感度或探测极限和准确性等,这些性能都与质谱仪的类型、采用的离子化方法和扫描能力有关。 在上世纪80年代末诞生了两项技术进步,即电喷射离子化技术和基质辅助激光解析离子化技术,这两项技术解决了生物大分子的离子化问题,它们的出现,极大地推动了质谱技术的发展,使我们可以使用质谱技术来分析蛋白质的组成问题。糖基化蛋白质组学随后又催生出了一大批新型的用于蛋白质和蛋白质组学研究领域的质谱检测仪,比如Q-Q-ToF质谱仪(Hybrid quadrupole time-of-flight instrument)和ToF-ToF质谱仪(tandem time-of-flight instrument)等。随着技术的发展,新的质谱仪不断出现,从离子阱质谱仪(Ion trap, IT)到离子回旋加速器与轨道离子阱质谱仪,一直到现在的轨道离子阱(orbitrap)质谱仪, 质谱仪在灵敏度、通量、分辨率、准确率等方面的性能不断提升。

目前业界已经通过串联质谱来鉴定和分析蛋白质,例如蛋白质的从头测序(de novo peptide sequencing). 可以针对数据库里没有的新蛋白或发 生翻译后修饰等情况的蛋白质, 不依赖数据库而直接利用质量较好的串联质谱 来获得序列信息. 除此以外,质谱技术的应用还体现在蛋白质相关疾病的诊断与治疗上。例如,我们可以知道对于某种疾病,哪些特异蛋白质的表达量与正常人相比发生了显著的变化, 如减少或增加, 这就对蛋白的定性和定量研究提出了要求。相应的,定量蛋白质组学(quantitative proteomics)已经成为当前蛋白质鉴定基础上的另一个重要问题。同时, 利用质谱 技术如何发现某些重大疾病, 如癌症的生物标记物和实现疾病的早期诊断是疾 病蛋白质组学(disease proteomics)的研究内容。多组学联合分析

定量蛋白质组学是从定量的角度研究蛋白质组, 通过定量蛋白质组学的技 术和方法, 可以实现大规模鉴定蛋白质和评估蛋白质的表达水平高低, 进一步认 识细胞和分子机制, 提供疾病和药物治疗的新的生物标记物。目前主要集中在 相对量化信息的获取研究上, 包括实验手段和计算手段两个方面。疾病蛋白质组学主要研究寻找各种疾病的特异性标志蛋白质, 进而应用在临 床诊断,尤其是早期诊断和药物开发、疗效监测等, 因此也常称为临床蛋白质组学(clinical proteomics)。很多学者认为, 多数疾病在症状明显出现之前就已经在蛋白质的种类和数 量上发生了一些变化, 这些发生了相对稳定表达量变化的特异蛋白质常被称为 疾病的“生物标志物(biomarker)”。 如果能够及时检测到这些变化, 对正常人群和 疾病人群的蛋白质组进行表达模式差异分析, 发现疾病的生物标志物, 就可以在 最早期阶段发现疾病。发现的蛋白质标志物会可能成为疾病早期诊断的灵敏工具, 这其中蕴涵着难以估量 的产业价值, 也将会极大地提高人类的健康水平和相关行业的发展。

以上的研究都离不开质谱技术的发展。展望未来, 质谱技术、计算技术和蛋白质组学在疾病诊断和药物设计等与人类健康息息相关的领 域中必将发挥出更加出色的作用。

 

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