蛋白质组学

Nature子刊:构建迄今人体皮肤空间蛋白质组图谱

皮肤是人的身体器官中的器官,具有重要的屏障保护作用,同时,它还是人们健康状况最醒目的信号。皮肤包括多个组织层和多种细胞类型的复杂器官,尽管人体皮肤在人类健康和疾病中起着核心作用,但皮肤的组成蛋白尚未得到系统的表征。

 

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世界著名蛋白质组学专家Matthias Mann教授团队基于质谱的蛋白质组学结合先进的采样策略,分离出皮肤不同空间结构层和不同细胞类型,首次成功绘制了健康人皮肤的蛋白质组学图谱,为系统研究人类皮肤的生物学和病理学提供了宝贵资源。该研究成果“Spatially and cell-type resolved quantitative proteomic atlas of healthy human skin”于2020年11月5日发表在国际学术期刊Nature Communnications杂志上,接下来跟着小编一起来看看大牛团队研究成果吧~

 

结果速递

 

健康人皮肤的深入定量蛋白质组学图谱构建

研究团队使用整形外科的健康皮肤,利用刮除术解剖内表皮和外表皮,随后对真皮和皮下组织进行穿孔活检(图1a)。然后通过酶解和流式细胞术(FACS)分选出各种免疫细胞、黑色素细胞和内皮细胞等主要细胞类型。其中皮肤组织来自6个个体,免疫细胞来自多达21个供体,共计60多个蛋白质组样本。通过分馏分的策略,用DDA采集(label free)构建深度的蛋白质组库,共鉴定到173,228个序列特异性肽段,共10,701个蛋白,蛋白序列的中位数覆盖率为39.4%(图1b)。这是前所未有的覆盖深度,为全局蛋白质组学水平上研究皮肤功能和成分提供了极好的基础。研究人员利用DIA定量技术在外表皮(角质层)中鉴定出8987个蛋白质,在内表皮(包括从细胞层到基底膜) 中鉴定出9140个蛋白质。真皮和皮下由于存在高比例的细胞外基质,鉴定出的蛋白质数量略少,分别为8340和6334(图1c)。

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图1:基于MS的皮肤层及其细胞亚群蛋白质组学研究

 

研究人员使用外周血单核细胞 (PBMC) 蛋白质组作为分析皮肤相关表皮和真皮细胞的基准文库。总的来说,研究人员发现大部分蛋白质(56.3%)在所有四层中均表达,而(33.9%)在部分层中表达,只有极少数(5.3%)在某一层中表达。这些发现与先前在其他组织上所做的研究一致,表明大多数表达的蛋白质在多种组织类型之间共享,而蛋白质丰度则有很大差异。

 

 

健康人皮肤蛋白质组的空间梯度

皮肤的显著特征是其分层的成分,每一层都具有独特的功能作用。接下来研究人员通过DDA数据集深入分析来研究不同分层皮肤组织的功能特征(图2a-c)。首先,对表皮组织分析确定并量化了47种KRT角蛋白,它们代表了目前已知所有的皮肤角蛋白。还发现表皮中的KRT 1、5、10、14和6A含量最丰富,占总外表皮KRT的87%和内表皮中KRT的93%。外层肌肤具有机械稳定性的谷氨酰胺转胺酶表达也有存在明显的空间梯度。糖蛋白(例如弹性蛋白和层粘连蛋白)在真皮中含量高。

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图2:皮肤的空间蛋白质组成

 

此外还证明了存在大量的免疫活性蛋白,白细胞介素在防御感染和炎症性皮肤病中起关键作用,但由于丰度低,特别是在没有炎症的情况下,很难用蛋白质组学方法鉴定。值得注意的是,研究人员鉴定并量化白细胞介素细胞因子家族的空间和细胞表达模式(图2d-i),包括IL-18、IL-37和IL-36g 在内的成员主要在表皮层检测到,但是IL-36a,这个之前一直被忽略的家族成员,特异高表达于皮下组织。这些研究代表了人类皮肤不同结构分区和细胞类型的免疫活性蛋白的详细定量蛋白质组学分析。

此外,研究人员通过细胞亚群蛋白质组分析探索新蛋白,揭示了大量在皮肤生物学中功能尚未定义的的蛋白质,为进一步的探索提供了良好的基础。

 

总结

长期以来,皮肤蛋白质组的高动态范围(丰度差异较大)一直是全面定量蛋白质组学分析不可逾越的障碍,此外,许多细胞类型数量较低。研究人员通过刮除术,皮肤解剖,FACS分选和原代细胞培养相结合,将皮肤分为四层和九种细胞类型。利用蛋白质组学的手段(分级,Label Free,DIA定量)成功构建了迄今为止从人类皮肤获得的蛋白质组数据集。

 

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健康人体皮肤的空间及细胞特异定量蛋白质组图谱

Spatially and cell-type resolved quantitative proteomic atlas of healthy human skin

期刊名称:Nature Communications

IF:12.121

样本选择:表皮组织(外表皮和内表皮)、真皮组织和皮下组织,细胞样本

技术策略:Label Free、DIA定量蛋白质组学

 

 

 

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