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特别策划|MCP封面故事(2020.04-06),讲述蛋白组及修饰组的“super power”

已有 207 次阅读 2020-9-25 14:04 |系统分类:科研笔记

编者按:众所周知,领域内顶级期刊的封面文章往往标志着世界范围内该领域顶尖研究者所取得的最高质量的研究成果。为此,小编【特别策划】“封面文章”系列,将带大家共同领略蛋白质组学最新潮、最高质量的研究成果,以及背后的研究团队风采。

上一期,我们解读了蛋白质组学领域Top期刊Molecular & Cellular Proteomics2020年7-9月封面故事及作者专栏。本期,将继续延续以上内容,为大家带来MCP的4-6月封面故事。

本期关键词:蛋白组的高通量分析、单蛋白糖基化组学、修饰多组学

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4月封面故事

Evosep One LC+Exploris 480 MS,实现蛋白组超高通量分析

依托于色谱串联质谱的LC-MS/MS技术是当前蛋白质组研究的主流方法,其与在单个样品中检测到更多蛋白或修饰位点的“深度覆盖(deep-coverage)”的概念不同,“高通量(high-throughput)”的蛋白质组学分析方法追求的是蛋白质组学检测的效率,以保证在较理想的检测深度和平行性、可靠性的前提下,实现短时间的快速分析,显著降低“批次效应”带来的系统误差,这对于大队列临床样本和作物群体的研究尤为关键。

在2020年4月的封面故事中,来自丹麦哥本哈根大学的Jesper V. Olsen教授团队(Jesper V. Olsen教授博士阶段师从德国马普所Matthias Mann教授)揭示了Evosep One 色谱系统与Orbitrap Exploris 480 MS(搭载离子迁移分离装置FAIMS Pro,显著提高复杂样品的鉴定能力)联用下,可在较短的LC梯度下实现精简和大规模的蛋白质组分析。

Vosep One色谱系统在传统色谱有限的分离效率和分离能力的基础上,以名为Evotip的吸头式捕获柱为核心,配合独特的高/低压泵系统所构成。该套系统可实现同步的快速上扬和在线脱盐,并且系统残留极低,使得整套色谱系统在运行的时候几乎没有“等待时间”,并且能够在短梯度情况下实现良好的分离能力。

在这篇研究中,为了实现蛋白质组学的高通量分析,Olsen教授团队设计了自动化的样品制备工作流程,测试了Evosep One+Orbitrap Exploris 480(+离子迁移分离装置FAIMS Pro)的高通量分析性能。结果表明,LC梯度每分钟可分析多达2,000个肽,在20分钟的短梯度条件下,仍然可定量到5000+个蛋白。

编者注:伴随着蛋白质组学由基础科研逐渐向临床转化,开发高通量的蛋白质组学技术在近年来备受瞩目,而Evosep One LC的出现极大地提升了蛋白质组学分析的效率。不久前,英国牛津大学Roman Fischer博士(曾与Matthias Mann教授、Ruedi Aebersold 教授共同合作开发了4D-DIA技术)采用Evosep One LC与4D蛋白质组学 MS timsTOF Pro联合,运用h4D-DIA技术完成了高通量的血液蛋白组大队列研究。4,300针进样,43天完成数据采集,共采集2.5亿张二级谱图,仅需一次离子传输管清洗;在鉴定深度上,4.8min的分析单针即可鉴定2,158蛋白,24min单针可鉴定到超过5,000个蛋白,表现出了强大的分析性能。

景杰生物率先引进Evosep One液相系统,结合tims TOF Pro、Exploris 480等顶级质谱仪,推出Blood+高深度血液蛋白组、h4D-DIA新技术,可实现高通量的蛋白组学分析。

作者简介

Jesper V. Olsen 诺和诺德基金会蛋白质研究中心副主任

Jesper V. Olsen教授在德国马普所Matthias Mann的实验室获得生物化学和分子生物学博士学位,期间,他参与了高分辨率的基于质谱的蛋白质组学的开发。此外,他在慕尼黑的马克斯·普朗克生物化学研究所做了4年博士后,在那里他开发了一种定量磷酸化修饰组学技术,该技术被应用于人类细胞中细胞信号通路的全局性分析。

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5月封面故事

甲状腺自身免疫中的王牌-去岩藻糖基化IgG

自身免疫性甲状腺疾病(AITD)是甲状腺中最常见的一组自身免疫性疾病,与淋巴细胞浸润和甲状腺自身抗体的产生有关,如甲状腺过氧化物酶抗体(TPOAb)。免疫球蛋白和细胞表面受体是具有特殊糖基化模式的糖蛋白,在维持和调节其功能中发挥结构作用。

在5月的封面文章中,糖基化修饰研究大咖,来自萨格勒布大学医药和生物化学学院的Gordan Lauc教授团队,应用糖基化修饰组学研究了总循环IgG和外周血单核细胞糖基化与AITD的关系。研究发现,IgG核心岩藻糖基化(Fucosylation)与甲状腺过氧化物酶抗体(TPOAb)和AITD呈负相关。研究结果表明,IgG核心岩藻糖基化水平的降低是AITD的一个危险要素,也是抗体依赖性细胞介导的细胞毒性的具体表现,该细胞毒性会导致自身免疫性甲状腺疾病中甲状腺组织的破坏。

编者注:糖基化是血液中丰度最高的翻译后修饰类型之一,血浆总糖蛋白组是不同蛋白质释放的聚糖的混合物,因此糖蛋白质组学研究中往往忽视了糖基化的蛋白质特异性元素。但其实,在单个蛋白质的水平上,糖基化的可变性甚至大于血浆总糖蛋白组的可变性。为了解决这个问题,需要对单个糖蛋白进行分析。这篇研究中Lauc教授团队对单个蛋白质的糖基化组进行了大规模研究,值得糖蛋白质组研究的老师关注。

作者简介

Gordan Lauc 萨格勒布大学医药和生物化学学院教授

Gordan Lauc教授主要致力于揭示蛋白质糖基化的复杂遗传学机制和选择性糖基化在生理和病理过程中的作用。在糖生物学领域深耕超过20年,已在国际期刊上发表了100多篇研究论文,并获得了6项国际专利,其中包括2009年进行了第一次人体血浆糖蛋白的群体研究,揭示了个体间糖蛋白组成的显著差异。目前教授正在进行IgG糖组的全基因组关联研究,以及一些诊断和预后的生物标志物研究(糖尿病、结直肠癌、溃疡性结肠炎等)。

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6月封面故事

修饰多组学(PTM omics)联合绘制2型糖尿病信号转导图

与肥胖相关的2型糖尿病(T2D)的发作以胰腺β细胞功能和质量的最终衰竭为特征,而db/db小鼠作为一个常用的T2D模型,其胰岛素细胞具有内在的适应灵活性,能够根据代谢需求有效地调整胰岛素生成率。为了更加深入地了解db/db小鼠胁迫细胞中细胞自适应灵活性背后的分子机制,研究人员对db/db小鼠和野生型对照(WT)的胰岛(样本策略)进行了蛋白质组学、磷酸化修饰组学和糖基化修饰组学(质谱策略)的多组学联合分析。研究数据揭示了与β细胞的适应灵活性相关的新型蛋白、磷酸化位点以及SA N-连接糖基化位点。本研究概述了一个新颖而全面的PTMome信号转导图,突出了与细胞功能适应灵活性相关的重要分子机制,为T2D的疾病发病机制提供了更好的见解。

编者注:与早先研究单一类型的翻译后修饰研究相比,近年来的研究,一方面选择新型的翻译后修饰,发现以往未曾报道的调控机制外,另一方面,也有越来越多的研究开始关注多种翻译后修饰的调控与Crosstalk。如2020年7月发表在Cell上的大规模肺腺癌蛋白基因组学研究中,同时开展了磷酸化组学和乙酰化组学层面的分析;2019年11月,由沈阳农业大学陈启军教授课题组发表的MCP封面文章,报道了迄今为止最全面的弓形虫赖氨酸巴豆酰化和2-羟基异丁酰化修饰图谱,通过多种翻译后修饰的综合关联分析,提供更全面深入的数据挖掘。

作者简介

Martin R. Larsen 南丹麦大学生物化学与分子生物学系教授

Martin R. Larsen专注于生物质谱在蛋白质组学中的应用,特别是蛋白质翻译后修饰的表征及其对生物系统的影响。该团队致力于开发新的高效的定量质谱和亲和层析策略,用于表征高度复杂的混合物中的磷酸化蛋白和糖基化蛋白,并将这些策略应用于各种生物系统的研究。

参考文献:

1. Dorte B. Bekker-Jensen, et al., 2020. A Compact Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer with FAIMS Interface Improves Proteome Coverage in Short LC Gradients. Molecular & Cellular Proteomics.

2. Tiphaine C. Martin, et al., 2020. Decreased Immunoglobulin G Core Fucosylation, A Player in Antibody-dependent Cell-mediated Cytotoxicity, is Associated with Autoimmune Thyroid Diseases. Molecular & Cellular Proteomics.

3. Taewook Kang, et al., 2020. Characterization of signaling pathways associated with pancreatic β-cell adaptive flexibility in compensation of obesity-linked diabetes in db/db mice. Molecular & Cellular Proteomics.

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