Science發布大規模蛋白質組研究重大成果

通過在小鼠身上開展大規模的蛋白質組研究，科學家們獲得了有關脂肪和能量代謝紊亂分子背景的新知識。蛋白質組意指一種基因組所表達的全套蛋白質——在這項研究中，則指的是來自小鼠肝髒的蛋白質。

由蘇黎世聯邦理工學院Ruedi Aebersold教授領導的一個專攻蛋白質組學的研究小組，與瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）Johan Auwerx教授領導的專門研究線粒體生理學和肝髒疾病的課題組共同合作完成了這一開創性的研究項目。他們的研究論文發布在6月9日的《科學》(Science)雜誌上。
論文的主要作者之一Evan Williams說：“和人類一樣，小鼠也存在個體差異；例如，在膽固醇代謝或對脂肪肝一類代謝紊亂的易感性方麵。其中的一些差異可以從遺傳上進行解釋，但並非所有。”

最新的技術

科學家們收集了來自一大群小鼠的廣泛蛋白質數據，幫助他們解釋其他的代謝差異。他們采用了Aebersold研究小組近年開發的一種叫做SWATH-MS的質譜測量技術。這使得研究人員能夠檢測實驗室動物廣譜肝髒蛋白的濃度。
研究的共同主要作者、Aebersold研究組博士後Yibo Wu說：“檢測全套蛋白質比測序整個基因組要複雜得多。利用這一SWATH-MS技術，可以檢測數以百計樣本中成千上萬不同的蛋白質。”在這項研究中，研究人員檢測了肝髒組織樣本中2,600種不同的蛋白。要完成這些蛋白質組檢測，需要一個廣泛的蛋白質數據庫；近年來Wu在構建這樣的小鼠蛋白質數據庫中起著主導作用。

蛋白質組補充基因組

檢測的鼠群是由起源於同樣兩個祖先的40個小鼠品係構成，因此它們彼此親緣關係密切。每組小鼠均由這40個品係組成，研究人員給這些相同的小鼠組群分別喂給高脂飲食、人類角度的垃圾食品，或健康的低脂飲食。在幾周內，科學家們記錄了小鼠的常規醫學（生理）數據，並測試了它們的行為及它們通過身體活動減重的速度。如科學家們所預料的那樣，動物們以不同的方式響應高脂飲食。一些動物形成了脂肪肝一類的代謝紊亂，而另一些沒有。
為了進行評估，研究人員結合了這一生理數據和基因組（DNA）、轉錄組（RNA）及蛋白質組數據。從這一組合數據中，他們更精確地確定了幾種特異的蛋白質在脂肪與能量代謝中所起的作用。其中一個是COX7A2L。研究人員發現，在小鼠中這一蛋白負責形成線粒體中的超複合物。這些超複合物是由100多種不同的蛋白質構成，負責以適當的形式為細胞提供所需的能量。缺乏COX7A2L蛋白的小鼠無法提供足夠量的可用能量，會對整個生物體造成負麵影響。

在個體化醫療中的應用

這項研究是迄今為止采用SWATH-MS在哺乳動物中開展的最廣泛的蛋白質組研究。這一技術還準備用於人類的群體研究：Aebersold小組的研究人員已生成了相應的成千上萬人類蛋白質的數據庫。“就像本研究中的小鼠品係一樣，每位患者在遺傳上都是不同的。我們在小鼠組群中應用的這種方法現在被一對一地應用於人類疾病的研究，其尤其適用於個體化醫療。”
基於來自癌症基因組圖譜(TCGA)計劃的數據，一個多機構科學家小組完成了首個大規模的乳腺癌“蛋白質基因組學”（ proteogenomic）研究，將一些DNA突變與蛋白質信號聯係到一起，並幫助確定了一些驅動癌症的基因。這項研究旨在通過蛋白質和它們的修飾來更好地認識癌症。發表在2006年5月25日Nature雜誌上的研究論文，證實了相比於單獨采用任一種分析方法，整合基因組和蛋白質組數據來生成更完整的癌症生物學圖像的能力（Nature發布大規模癌症蛋白質基因組學研究重要成果）。
來自瑞士和荷蘭的科學家，對在22種不同生長條件下大腸杆菌表達的蛋白質，進行了定量和定性分析。確定了超過2300個蛋白質，其中一些處於每個細胞一個副本的平均水平。由此產生的數據集描述了細胞中大多數（> 90%）的蛋白質量，對細胞生物學家來說這將是一個寶藏。相關研究結果發表在2015年12月的Nature Biotechnology雜誌上（科學家發表蛋白質組學重要成果 ）。
來自德州農工大學、北京師範大學和北京生命科學學院等處的研究人員報告稱，他們通過繪製內質網（ER）-質膜（PM）交接處（junctions）的蛋白質組圖譜，確定了STIMATE是Ca2+內流的調控因子。這一研究發現發布在2015年8月31日的Nature Cell Biology雜誌上（北師大王友軍教授Nature子刊發布蛋白質組研究新發現 ）。