差异蛋白质组学及其应用

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1、2002年8月北京师范大学学报（自然科学版）Aug.2002第38卷第4期JOurnaIOfBeijingNOrmaIUniversity（NaturaIScience）VOI.38NO.4#######################################################差异蛋白质组学及其应用!何大澄肖雪媛（北京师范大学生命科学学院，100875，北京"第一作者58岁，男，教授）摘要蛋白质组学是后基因组研究中最主要的部分，其研究策略有2种：一种是“完全”蛋白质组学，目的是检测一种细胞类型或一种组织内基因组表达的所有蛋白质；另一种是“差异

2、”蛋白质组学，主要是筛选和鉴定不同种类或状态下各样本之间蛋白质组的区别与变化.着重介绍了差异蛋白质组学的特点、研究内容和应用前景，简要介绍了适用于差异蛋白质组学研究的相关技术和近期发展概况.关键词蛋白质组学；差异蛋白质组学；特点；应用前景分类号O51；O516!蛋白质组是基因组研究逻辑性的发展人类基因组研究的兴起标志着生命科学进入一个从总体、综合角度理解生命活动分子基础的新阶段.2001年2月参与人类基因组计划的各国科学家宣布人类基因组图谱基本绘制完成，但对其调节及功能等仍远未解读.被赋予研究其表达调节及其产物功能任务的“后基因组学”也即因运而生.基因的功能主要通

3、过其编码的蛋白质来实现，蛋白质是生命活动的真正执行者.蛋白质组学被认为是后基因组研究中的最主要部分，与基因组相比，蛋白质组的组成更为复杂，功能更为活跃，更直接切近生命活动的本质，其研究的应用前景也更广泛和直接.!.!蛋白质组的组成远比基因组庞大和复杂分子生物学发展初期的一个知名的信条是“一个基因一个蛋白质”.但后来已证实这是不确的，1个基因可以生产出多于1个蛋白质.越是较高等的细胞，这种数量上的差异越明显.据估计，在E.cOIi1个基因可编码1.3个蛋白；在［1］S.cerevisiae1个基因可编码3个蛋白；人的1个基因大约可编码10种蛋白.这是由于1个基因可经

4、过基因内重组或在转录中经过不同的剪接翻译成不同的蛋白质，而蛋白质在合成之后又可能进行不同的翻译后修饰，包括磷酸化、糖基化、硫基化、酰基化、甲基化等.人类基因组的基因可能生产出几十万个蛋白.仅从这一个角度也可以看出，即使我们对基因组全部读出，仍然不足以对全部蛋白质的种类和数量加以描述和预测，更不足以对主要由蛋白质演绎的复杂生命活动加以描述和预测了.!."蛋白质具有相对独立的代谢过程由DNA编码合成的蛋白质，在其运输、装配方式、降解时间和途径等方面对编码它的DNA具有相对的独立性.例如，在细胞周期调控中cycIinB在G1晚期开始表达并逐渐积累，到G2期后期阶段达到最

5、大值并一直维持到M期中期阶段，然后特异性地迅速降解.目前已知的所有细胞周期调控蛋白及其他许多蛋白都具有各自严格的代谢途径和“生命”周期.!.#蛋白质具有对生物机体内部及外界因素产生反应的能力在细胞增殖、分化、衰老和凋!国家重点基础研究发展规划资助项目（G1999053901）；教育部科学技术重点资助项目（272006）；教育部专项基金资助项目（272011）收稿日期：2002-07-09第4期何大澄等：差异蛋白质组学及其应用559亡等重大生命活动中，蛋白质不仅具有表达时间、表达量的差异，而且具有对外界的环境刺激，包括生理信号、病理信号及外界物理、化学因素等刺激，能

6、动地产生反应的能力，这是生命现象区别于非生命现象的基本特征之一.!."蛋白质之间存在着活跃、广泛的相互作用在很大程度上我们可以说“没有一个蛋白质是单独发挥其生物学作用的”，它需要与其他的分子相互作用才能完成其复杂的生理功能.蛋白质之间的相互作用不限于过去认识到的连锁反应或级联反应，它是一个复杂交错和具有精密调控的反应网络.蛋白质组学从多方位、多角度去研究蛋白质之间的相互作用和相互调控.相对来说，基因之间并不发生这种直接的相互作用.因此，只有通过对所有蛋白质的总和进行研究，即开展蛋白质组学研究，才能更加贴近地掌握生命的现象和本质，找到生命活动的规律.#差异蛋白质组研

7、究蛋白质组学研究的途径有2条.一条是像基因组学的研究一样，力图“查清”人类大约3万到4万多基因编码的所有蛋白质，建立蛋白质组学数据库.这种“穷尽”基因组可能编码的“一切”蛋白质的想法，一度吸引了大量研究者的热情，美国和其他一些国家的政府和一些大公司投入了巨额资金，例如美国加州前线战略管理咨询公司的一项研究显示，目前已投入5.6亿美元进行蛋白质组学研究，预计到2005年可扩大到27.7亿美元.但是如前所述，蛋白质组的提出很大程度上是基因组研究观念上和逻辑上的延伸，这与当初基因组的提出有明显的差别.基因组研究的发端和升温，是由于大规模基因组测序技术的实现和其后高通量的

8、基因芯片技