蛋白質組學的應用及發(fā)展趨勢

1、蛋白質組學的應用與發(fā)展趨勢,小組成員：張維旭 馬國軍 楊億 主講人 ： 馬國軍,,（一）、蛋白質組學的應用 1 在臨床疾病中的應用 2 在微生物蛋白質組學中的應用 3 在植物研究中的應用 4 在腎臟病學領

2、域的應用（二） 蛋白質組學的發(fā)展趨勢 1 在基礎研究方面 2 在應用研究方面 3 在技術發(fā)展方面,,（一）、蛋白質組學的應用,,1、在臨床疾病中的應用,,1.診斷：　　如疾病篩查、疾病分期分型等。因為不同病理過程中蛋白質的種類和數(shù)量會有不同的變化，有的蛋白質呈現(xiàn)明顯的上調，有的則較正常生理過程出現(xiàn)缺失或明顯下調，把這些疾病特異和疾病相關的蛋白質作為生物標志物(biomark

3、er)。對于特定蛋白質在特定疾病中的作用的深入研究，為最終找到疾病的病因、發(fā)病機制提供了客觀依據(jù)，也是疾病臨床分期分型的分子基礎。 2.指導治療：　　如病程分析、用藥、手術時機的選擇等。 　 3.提供藥物開發(fā)的臨床依據(jù)：　　如確定藥物靶點、新藥開發(fā)(某些藥物本身就是蛋白質)等。 4.預后判斷：　　如根據(jù)生物標志物在不同疾病中的變化，從而判斷疾病的性質和嚴重程度等,1.1 在腫瘤方面的應用,惡性腫瘤

4、的發(fā)生主要是由于相關基因發(fā)生突變，導致蛋白質的空間構成翻譯后被修飾發(fā)生改變，造成細胞周期失控，細胞凋亡機制紊亂，細胞轉移能力提高等方面的異常。蛋白質組學可以分析、鑒定細胞同腫瘤細胞的蛋白差異，對疾病的診斷、治療、預后評估提供有用的信息。,1.2 在胰腺癌上的應用,胰腺癌是外科治療效果最差的腫瘤之一，其５年生存率不到5％，這與缺乏早期診斷的可靠辦法有關。糖鏈抗原19-9（CA19-9）作為胰腺癌組織分泌的黏蛋白抗原，敏感性較高，但特異

5、性不高，在胰腺癌早期診斷篩查中的應用受到了限制。,1.2 在胰腺癌上的應用,現(xiàn)在可利用SELDI技術分析胰腺癌病人同正常人的血清并鑒定出兩個最具有識別能力的蛋白質峰，診斷敏感度為78％，特異性為97％，高于現(xiàn)有的血清標準標記物CA19-9。并且二者聯(lián)用的診斷準確率更高。,1.3 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的應用,隨著我國人口老齡化的到來，老年病尤其是老年性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病率日趨升高，臨床上主要有阿爾茨海默癥（AD）帕金森癥等，臨床上尚未找到

6、特效的治療方法．也很難抓住良好的治療時機。,1.3 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的應用,應用蛋白質組學技術發(fā)現(xiàn)AD的腦脊液和/或血漿蛋白特異性改變，可為AD的診斷、治療藥物的設計和篩選奠定基礎。通過分析AD病人血漿蛋白后發(fā)現(xiàn)，AD相關蛋白載脂蛋白E、tau-1和早老蛋白２均可在病人血漿中檢測到，提示位于細胞器的tau-1和早老蛋白２外流到血漿中，并且達到可檢測的水平，對這些蛋白在血漿中異構體的分析將有助于腦部疾病的診斷，而不需要損傷腦組織。,,

7、2 在微生物蛋白質組學中的應用,2.1 病毒微生物蛋白質組學,由于病毒微生物與感染性疾病密切相關，研究這些致病微生物的蛋白質組學對于了解其毒性因子、抗原以及疫苗的制備非常重要。在已完成基因組測序的47種致病蘇白及其菌株中，有14種已進行過蛋白質組研究，其中對大腸埃希菌、流感嗜血桿菌、結合分支桿菌等三種菌還進行過模式菌和臨床病菌的差異蛋白質組比較研究,2.1.1 遺傳與變異方面的研究,遺傳與變異方面的研究主要是通蛋白質研究結果與基

8、因組預測的（開放閱讀框）ORF相比較來校正基因組的研究結果。蛋白質組的研究結果可以對基因組的研究結果起到補充和修正的作用，而且通過同一致病菌不同菌株的蛋白質研究，可以對病株進行分類。,2.1.2 病原菌致病機理及毒力因子的研究,通過在整體水平上比較病原菌和非致病菌的蛋白質譜，以及在各種環(huán)境下致病菌毒力和蛋白質譜的變化，可以發(fā)現(xiàn)致病株的毒力調控機制和毒力因子。,2.1.3 研究宿主和微生物的相互關系，尋找免疫靶點，開發(fā)新型疫苗,蛋白質

9、組研究方法與免疫雜交方法相結合的研究已廣泛應用于宿主對病原菌的體液和細胞免疫應答研究中，并形成了蛋白質的一個新的分支——免疫蛋白質組。通過細菌蛋白質組與宿主多克隆血清的雜交反應，可以發(fā)現(xiàn)新的抗原決定因子群，以用于疫苗開發(fā)和診斷分析。,2.1.4 藥物抗性的研究,通過抗性菌株與敏感菌株的差異蛋白質組研究，可以對細菌耐藥機制進行研究，發(fā)現(xiàn)抗藥性相關因子，為新藥研究提供線索。,2.1.5 抗菌藥物的開發(fā),首先是通過分析細菌對抗菌藥物有不同

10、反應的菌株的蛋白質組可以尋找新的抗菌藥物，篩選靶點和模式。而利用一組作用位點類似的抗菌藥物可以篩選出與該類藥物相應的標志物和作用模式，確定的標志物和作用模式又可用于篩選新的候選藥物或用于確證一些新的化合物的真實作用機制和位點。,2.2 模式微生物蛋白質組學,后基因組時代典型的模式生物具有適用于各種遺傳學研究方法、傳代時間短、有雄厚的研究基礎的特點，可以實現(xiàn)對于生物學問題的簡單化研究，因而模式微生物蛋白質組研究也是微生物蛋白質組研究的一

11、個重要方面。工作重點在于建立基礎數(shù)據(jù)庫、結構蛋白質組學、蛋白質表達與調控、蛋白質復合物和蛋白質相互作用研究等方面。研究最廣泛的模式微生物是原核的大腸桿菌和真核的酵母菌（包括釀酒酵母和裂殖酵母).,,3 在植物研究中的應用,3.1 植物生理蛋白質組學,植物生理蛋白質組學對于更好地了解非生物脅迫的傷害機制、植物對非生物環(huán)境的適應機制、生物之間的相互作用機制、植物激素的調節(jié)作用等有重要意義。Renaut 等于2004 年對歐洲山楊低溫

12、下適應反應的蛋白質研究表明, 低溫誘導一系列伴侶蛋白、應激蛋白、解毒酶和信號傳導相關蛋白質含量增加或重新合成,而細胞壁和功能相關的蛋白質減少。,3.1 植物生理蛋白質組學,Christian L 等于2005 年為了研究NO 信號分子在植物中的調節(jié)作用, 采用蛋白質組學研究的方法對由NO 處理后的擬南芥【Arabidopsisthaliana (Linn.) Heynh】中發(fā)生硫基亞硝化的蛋白質進行研究發(fā)現(xiàn), NO 可能是通過蛋白質的

13、硫基亞硝化作用來調節(jié)細胞中的應激反應、氧化還原反應、信號調節(jié)、細胞骨架、代謝作用等相關信號途徑。,3.2 植物遺傳多樣性蛋白質組學,植物遺傳多樣性蛋白質組學主要以蛋白質組學標記為紐帶聯(lián)系基因多樣性和表型多樣性, 有助于了解植物種內(nèi)和種間進化趨勢。David 等及Picard等于1997 年分別利用D-PAGE 分析了親緣關系很近的硬粒小麥(Triticum aestivum Linn.)不同株系的遺傳多樣性, 發(fā)現(xiàn)品系間的多態(tài)性很低,

14、 并且7 個蛋白可以用于基因型的鑒定。,3.2 植物遺傳多樣性蛋白質組學,Barreneche 等比較了6個歐洲國家的23 種櫟屬(Quercus Linnaeus)植物,分析了幼苗的總蛋白質, 共得到530 種蛋白質, 其中101 個具有多態(tài)性。 試驗結果顯示, 種內(nèi)和種間的距離非常接近, 并且證實無?；礫Q. petraea(Mattuschka) Lieblein]和夏櫟(Q. robur Linn.) 2 個種的遺傳

15、分化水平很低。,3.3 植物組織器官蛋白質組學,主要研究植物根、莖、葉、種子、芽、種皮、愈傷組織等的蛋白質組, 有助于我們了解特定組織器官、重要生理過程相關的蛋白質功能和理解植物發(fā)育過程機制。Komat等以雙向凝膠電泳分離水稻綠葉和枯葉中蛋白質組后, 從中篩選出85 種蛋白質進行N 端Edman降解測序。對其中21 種蛋白質的N 端序列作了鑒定, 結果顯示綠色葉子中有促進光合作用的蛋白質。另外, 枯黃葉子中只發(fā)現(xiàn)了L-抗壞血酸鹽過氧化

16、物酶, 顯示枯黃葉子中含油氣保護作用的過氧化物酶。,3.3 植物組織器官蛋白質組學,Ricardo 等于2004 年對大麻(Cannabissativa Linnaeus)的葉、花、槲果組織特異性蛋白的研究表明, 大麻醇在這些組織中表達顯著不同, 主要在槲果中分布。Hajduch 等于2005 年對大豆(Glycine max Linn.) 種子飽滿期的數(shù)百種蛋白質進行了鑒定, 其中還有許多與種子飽滿相關的裂解酶、半胱氨酸和蛋氨酸的生

17、物合成酶、脂肪氧化酶及未知蛋白質的積累等還在繼續(xù)研究中。,3.4 植物亞細胞蛋白組學,研究一個細胞器內(nèi)表達的蛋白質組。目前研究較多的是葉綠體, 對線粒體和其他細胞器的蛋白質組學研究也有報道。分析煙草、擬南芥、水稻亞細胞結構的質膜、線粒體膜、高爾基體膜、液泡膜等的蛋白質組, 為在基因水平上研究植物的功能提供了有利線索。許多參與光合作用的基因也已經(jīng)用蛋白質組學技術作了鑒定, 如Lieselbach 等于2000 年分析擬南芥葉綠體類囊體腔

18、內(nèi)蛋白質組時, 鑒定到一種新型的質體藍素。此外, 對擬南芥胞質核糖體、植物次生壁生長、花粉授粉的種間隔離和線粒體內(nèi)分子鑒定研究中, 也開始使用蛋白質組學技術。,,4 在腎、臟病研究中的應用,4 在腎臟病學領域的應用,疾病蛋白質組學：疾病蛋白質組學研究是利用蛋白質組學技術，通過比較正常和病理狀態(tài)下的細胞或組織中的蛋白質在表達數(shù)量、表達位置和修飾狀態(tài)上的差異，可以發(fā)現(xiàn)與病理改變有關或疾病特異性蛋白質。這些蛋白質，不僅可為探索疾病發(fā)病機

19、制提供線索，還可作為疾病診斷的分子標記，以及作為藥物開發(fā)的作用靶點。,4 在腎臟病學領域的應用,4.1 應用于腎臟疾病發(fā)病機制的研究 蛋白尿的發(fā)生機制研究 糖尿病腎病的病理機制研究 腎毒性損傷機制的研究 構成尿毒癥毒素的蛋白質4.2 應用于腎臟疾病的診斷4.3 應用于腎臟疾病的治療及藥理研究,,（二） 蛋白質組學的發(fā)展趨勢,1 在基礎研究方面,近兩年來蛋白質組研究技術已被應用到各種生命科學領域，如

20、細胞生物學、神經(jīng)生物學等。在研究對象上，覆蓋了原核微生物、真核微生物、植物和動物等范圍，涉及到各種重要的生物學現(xiàn)象，如信號轉導、細胞分化、蛋白質折疊等等。在未來的發(fā)展中，蛋白質組學的研究領域將更加廣泛。,2 在應用研究方面,蛋白質組學將成為尋找疾病分子標記和藥物靶標最有效的方法之一。在對癌癥、早老性癡呆等人類重大疾病的臨床診斷和治療方面蛋白質組技術也有十分誘人的前景，目前國際上許多大型藥物公司正投入大量的人力和物力進行蛋白質組學方面的

21、應用性研究。,3 在技術發(fā)展方面,蛋白質組學的研究方法將出現(xiàn)多種技術并存，各有優(yōu)勢和局限的特點，而難以像基因組研究一樣形成比較一致的方法。除了發(fā)展新方法外，更強調各種方法間的整合和互補，以適應不同蛋白質的不同特征。,3 在技術發(fā)展方面,另外，蛋白質組學與其它學科的交叉也將日益顯著和重要，這種交叉是新技術新方法的活水之源，特別是，蛋白質組學與其它大規(guī)?？茖W如基因組學，生物信息學等領域的交叉，構成組學（omics）生物技術研究方法，