蛋白质组与蛋白质学

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1、医学分子生物学MedicalMolecularBiology第2章_第3节蛋白质组及蛋白质组学Proteome&Proteomics从基因组学到蛋白质组学---人类迈入后基因组时代20世纪生命科学的辉煌成就20世纪上半叶，以遗传学为代表，以DNA双螺旋结构的提出而告捷；20世纪下半叶，以分子生物学为代表，以“中心法则”的问世，DNA重组技术诞生而集大成；20世纪90年代，“人类基因组计划（humangenomeproject，HGP）”的提出。结构基因组学功能基因组学蛋白质组与蛋白质组学概况基因蛋白质结构功能作用行为蛋白质组一组一群一系列RNA蛋白质组学Protemics转录组学蛋白质组的

2、含义蛋白质组protein+genomeproteome一种基因组所表达的全部蛋白质一个细胞或一个机体的基因所表达的全部蛋白质蛋白质组及蛋白组学出现的必要性DNA序列信息的不可预测：1）基因表达产物是否或何时被翻译；2）基因产物相应含量；3）翻译后修饰程度；4）基因剔除或过表达影响；5）遗留的小基因或<300bp的ORFs出现；6）多基因现象表型。mRNA水平的测量并不能完全揭示细胞调节行为1）蛋白质和mRNA之间的相关系数仅为0.4～0.5；2）蛋白质的样品较mRNA稳定；3）存在转录后加工、翻译调节以及翻译后加工等。蛋白质本身的多样性和可变性1）蛋白质种类和数量在同一机体、不同细胞中是

3、各不相同的。2）同一细胞，在不同时期、不同条件下，蛋白质组也在不断改变。3）在病理或治疗过程中，细胞蛋白质组成及其变化与正常生理过程不同。蛋白质组学阐明生物体全部蛋白质的表达模式与功能模式从整体的角度分析、鉴定细胞内动态变化的蛋白质的组成、结构、性质、表达水平与修饰和构象的变化状态了解蛋白质之间、蛋白质与大分子之间的相互作用与联系,揭示蛋白质的功能与细胞生命活动的规律在整体水平上研究细胞内全部蛋白质的组成、结构及其代谢规律；蛋白质的种类、水平、修饰和构象的变化总是处于一个新陈代谢的动态过程中。研究细胞内与某个功能有关或在某种条件下的一组蛋白质。功能蛋白质组1）整体性和规模化：蛋白质功能的发

4、挥依赖其整体性（蛋白质群）的发挥。蛋白质组的大规模研究（主要集中在蛋白质表达模式或蛋白质组成研究）；2）动态性和网络化：蛋白质在机体中具有时空性，是动态的，故需要蛋白质的相互作用研究及蛋白质代谢网络研究（蛋白质功能模式）；3）复杂性和综合技术化：蛋白质功能发挥是极其复杂的调控过程，需要多种技术，如双向凝胶、双向层析、质谱、双杂交系统、生物芯片等技术的综合应用蛋白组学研究的特点蛋白质组研究常用技术1）蛋白质分离技术（电泳和层析技术）：双向凝胶电泳（2-DE）、双向“高效”柱层析等。2）蛋白质检测与图像分析以及鉴定技术：质谱技术、凝胶图像分析、N端与C端测序技术、蛋白质差异分析技术等。3）蛋白

5、质互作研究技术：酵母双杂交系统和反向杂交系统，噬菌体展示技术，免疫共沉淀技术，表面等离子技术，荧光能量转移技术，蛋白质定点突变技术等4）生物信息学分析技术：蛋白质数据库技术、序列比对等1）蛋白质的分离与分析2）蛋白质－蛋白质相互作用的研究3）蛋白质－核酸相互作用的研究蛋白质组学研究的内容和范畴蛋白质组学和医学1）人类疾病的蛋白质组研究恶性肿瘤：Sanchez通过蛋白质组研究建立了800多个斑点的结肠癌及正常人结肠粘膜的标准胶图。结果发现在分子量为13kD和pI值为5.6处的蛋白质仅出现在结肠癌的组织中。这表明该蛋白的出现对检测早期直肠癌有很强提示。通过对该蛋白HPLC及测序等分析后，发现与

6、钙粒蛋白B（calgranulinB）及钙卫蛋白（calprotectin）有很大关系。2）致病微生物的蛋白质组研究弓形体抗原的检测：弓形体病是由鼠弓形体虫引起的寄生虫病。全球人口大约有30%是携带者，在欧洲是最常见的寄生虫病。大约50%母体的感染可引起新生儿先天性疾病。因此诊断及治疗越早越好。目前要依靠血清学及PCR，而单独采用血清学如用IgG，IgM,或IgA抗体对疾病活动期敏感性不够，尤其对于妊娠或有免疫抑制的患者。潜在感染常发生在有免疫抑制的患者中。对AIDS患者来说，鼠弓形体虫是最主要的致命性脑损伤的病因。因此，能否早期诊断对治疗来说尤为关键。3）致病菌耐药性研究在白色念珠菌中，

7、目前发现至少有8种CDR家族的基因可产生耐药株的表现型。且有55种基因分别表达ABC及MFS蛋白（菌内药物输出泵）。应用2-DE、免疫检测蛋白质等技术，对这些蛋白在菌内的表达量进行分析，发现Cdrlp及CaMdrlp蛋白在耐咪唑类菌株中过量表达。同时，对敏感性及耐药株蛋白质的2-DE图分析发现，在耐药菌中有25种蛋白质增加，有76种蛋白质减少。推测白色念株菌是通过改变染色体数目或染色体重组来调节基因的表达量，进而产生耐药