蛋白质组学

Cell重磅:人类蛋白质全谱研究

 

不同组织内RNA和蛋白质的表达水平进行定量分析是了解人类生物学和疾病的基础。迄今为止,大多数研究都集中在 RNA 检测上。然而事实上,位于转录下游的蛋白质,作为直接参与细胞重要活动的大分子,其表达水平通常与转录本水平之间的相关性较弱。因此对蛋白质组的详细研究可以补充转录组学研究,提供转录后调控机制以及人类生物学和疾病的见解。640 (1).png

2020年9月10日,来自美国斯坦福大学医学院遗传学系的Michael P. Snyder团队在Cell期刊上发表题为“A Quantitative Proteome Map of the Human Body”的文章,该研究运用蛋白质组学技术手段对GTEx项目(Genotype-Tissue Expression Project)提供的大样本人体组织进行分析,研究结果表明器官专一性蛋白和RNA分布揭示了疾病治疗的潜在位点,更重要的是器官专一性蛋白分布能解释基因疾病的表型形态,而单凭转录组信息是做不到的。

 

 

 

技术路线

 

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结果速递

1.跨组织中蛋白质定量分析

该研究首先应用TMT 10plex标记定量蛋白质组学对来自14个正常个体的32种不同组织类型的201个GTEx样品进行定量分析,共鉴定12627种蛋白质,平均每种组织类型中都检测到超过7500种蛋白质,其中样本共有蛋白质有6,357种。640 (3).png

 

图1:跨组织定量蛋白质组学分析结果概述

研究人员利用组织特异性(TS)分数来定义组织特异性蛋白,按组织类型在蛋白质水平进行层次聚类分析,来自生理相关组织的样本聚集在一起。然而在相似的组织中也发现了差异富集的蛋白质。这些蛋白的共同分布和特异性分布均反映其与组织功能的对应关系。

 

2.RNA和蛋白质水平之间的相关性

转录组和蛋白质组数据是从同一组织标本中产生的,可以更好的评估蛋白质和RNA之间的相关性。对于6228 / 12627个基因,其蛋白质水平在统计学上与RNA水平呈显着正相关,极少数(60)显示为负相关。其中(2899 / 12245)仅在RNA水平富集,而在蛋白质水平却不富集。这些结果表明,组织特异性表达在蛋白质水平进一步受到控制,组织特异性功能不能仅凭RNA信息来区分。640 (4).png

 

图2:组织内的蛋白质和RNA相关性分析

 

3.RNA和蛋白质差异表达揭示了蛋白质分泌的新见解

研究人员认为,在某些情况下,RNA与蛋白质之间的不一致可能是由于蛋白质向其他组织的组成型分泌所致。通过作者研究表明蛋白质根据组织差异可能会经历不同的合成和分泌模式,并且蛋白质水平的分析可以深入了解其调节的分泌和作用部位。640 (5).png

 

 

图3:组织内的分泌蛋白质和RNA一致性分析

 

4.通过组织特异性蛋白质表达了解代谢

通过对组织特异性蛋白质的KEGG分析,研究人员发现某一代谢途径的蛋白质经常出现在多个不同的组织中,揭示了物质和能量代谢是利用多个关键器官相互配合完成的。研究人员以BCAA为例,通过分析代谢酶的组织特异性表达揭示了BCAA代谢在以下这些组织中的重要性,并且它们的不同分布表明能量代谢是跨多个器官相互协调完成的。

640 (6).png图4:以BCAA为例解释不同组织间的复杂交互作用

此外,研究人员还提出蛋白质组织特异性表达可用于解释或补充某些基因无法说明的潜在疾病机制。本项研究鉴定出了1,329种潜在的药物靶向蛋白,其中421种是FDA批准的药物靶向蛋白。在这些靶向蛋白中,有742个富集在不同的组织中,其中约一半(368)富集于多个组织中。对于在靶器官外富集的蛋白质药物靶点,药物可能会在靶标外组织中产生副作用。

总而言之,这项研究中产生的蛋白质组学信息将为人类生物学和疾病提供有价值的见解。

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