2014蛋白質(zhì)組學?？蜓?/h1>
2014-06-15 18:29:31方福德高友鶴
生物工程學報 2014年7期
方福德，高友鶴
2014蛋白質(zhì)組學?？蜓?/p>
方福德，高友鶴
中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 基礎醫(yī)學研究所 醫(yī)學分子生物學國家重點實驗室，北京 100005
蛋白質(zhì)組學研究是后基因組學時代最重要的功能基因組學研究之一，與醫(yī)學生物學、化學、物理學、信息學以及現(xiàn)代技術等關系十分密切。為了檢閱近年來國內(nèi)外蛋白質(zhì)組學某些重要研究進展，探索其可能的應用范圍，討論其存在的問題，展望其發(fā)展前景，特組織出版“蛋白質(zhì)組學專刊”。本期?？ňC述和研究論文兩部分，內(nèi)容主要涉及不同物種 (包括人類、哺乳類動物、原核生物、放線菌等) 蛋白質(zhì)組學研究、蛋白質(zhì)組學重要方法學與技術研究 (包括串聯(lián)質(zhì)譜分析、尿蛋白膜保存法、定量蛋白質(zhì)組學分折、meta分析等) 和蛋白質(zhì)組功能與應用研究 (包括蜘蛛毒素蛋白質(zhì)組、磷酸化蛋白質(zhì)組、卵母細胞和早期胚胎蛋白質(zhì)組、肝臟纖維化蛋白質(zhì)組、分枝桿菌耐藥的蛋白質(zhì)組等)。
蛋白質(zhì)組學，方法學，生物學功能，應用
方福德 中國醫(yī)學科學院、北京協(xié)和醫(yī)學院研究員，博士生導師。80年代先后任美國路易斯安那州立大學research associate和哈佛大學visiting assistant professor。長期從事疾病基因組學研究，已發(fā)表SCI論文70余篇。獲部級以上科研成果獎10項。主編專著10部。擔任SCI雜志BES編委及多個雜志副主編。獲得衛(wèi)生部有突出貢獻的中青年專家 (1994) 和國務院政府特殊津貼(2000) 等獎勵。現(xiàn)為科技部973計劃健康領域咨詢組成員，中國醫(yī)學科學院、北京協(xié)和醫(yī)學院糖尿病中心學委會主任。
高友鶴 中國協(xié)和醫(yī)科大學醫(yī)學博士 (MD)，美國康涅狄格大學生物醫(yī)學博士(PhD)，美國哈佛醫(yī)學院博士后講師。中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所病理生理學系教授。研究方向為尿蛋白質(zhì)組學，蛋白質(zhì)相互作用，生理學和生物信息學。
自從人類基因組計劃完成以來，功能基因組學研究登上了歷史舞臺。作為功能基因組學研究最重要的“組學”研究——蛋白質(zhì)組學不斷向深度和廣度挺進，涵蓋面廣，發(fā)展迅速，取得了一系列重要進展。
蛋白質(zhì)組 (Proteome) 指在特定時間存在于細胞或組織中的全部蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(Proteomics)則指對蛋白質(zhì)組進行全方位研究的科學。在目前階段，蛋白質(zhì)組學研究主要涉及以下幾個方面：蛋白質(zhì)組的提取、保存和系統(tǒng)鑒定；定量蛋白質(zhì)組分析；蛋白質(zhì)組的功能研究；蛋白質(zhì)組學研究成果的應用。
對于生命體，蛋白質(zhì)是體現(xiàn)基因功能和表現(xiàn)機體生理特征的執(zhí)行者，其重要性不言而喻，但其發(fā)揮作用的機制多樣、復雜。蛋白質(zhì)組即是蛋白質(zhì)的總和，與研究單個蛋白質(zhì)分子相比，其研究難度大大增加。但由于蛋白質(zhì)組學研究具有高通量、強針對性、系統(tǒng)性和整合性等特點，解析生命現(xiàn)象能夠更加接近生命體中發(fā)生的真實情況。而上述涉及到蛋白質(zhì)組學研究的內(nèi)容，與數(shù)、理、化、天、地、生、技術等幾乎所有現(xiàn)代科學技術領域都有交叉，故其具有明顯的綜合性。不同學科的研究者在蛋白質(zhì)組學研究中都將大有可為。多學科合作成為蛋白質(zhì)組學研究領域的一道風景線。
我國在蛋白質(zhì)組學研究領域已成為國際重要力量，無論是研究隊伍、規(guī)模、軟硬件條件和產(chǎn)出的研究成果，都處于先進水平。特別在肝臟蛋白質(zhì)組學研究領域，我國已成為國際“領頭羊”。在尿蛋白質(zhì)組學研究上成績顯著，獨具特色。在蛋白質(zhì)組學的轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究方面進行了卓有成效的探索。
在以上大背景下，為了展示和交流國內(nèi)外在蛋白質(zhì)組學研究的進展與應用情況，探討其存在的問題和解決之道，以促進本研究領域的更好發(fā)展，特組織出版“蛋白質(zhì)組學專刊”。本期?？ňC述和研究論文兩部分，內(nèi)容主要涉及不同物種蛋白質(zhì)組學研究、蛋白質(zhì)組學重要方法學與技術進展以及蛋白質(zhì)組功能與應用研究等方面。
迄今為止，已有數(shù)以百計不同生物物種的全基因組序列得到測定和解析。隨之蛋白質(zhì)組學研究緊跟而上。本期?？?，張瑤等介紹了放線菌蛋白質(zhì)組學研究進展，張成普等介紹了其他原核生物蛋白質(zhì)組學研究進展。這些綜述對于讀者比較全面了解原核生物蛋白質(zhì)組學研究的概況和重點研究方向有較好的參考作用。另有6篇文章針對人類或哺乳類蛋白質(zhì)組學研究，重點在功能與應用研究以及方法學。
蛋白質(zhì)組學研究所具有的高通量、強針對性、系統(tǒng)性和整合性特點需要相應的方法學與技術的支撐。故相關的方法學與技術的研究占有重要的位置。本專刊中介紹了一些新的串聯(lián)質(zhì)譜分析方法，如孫穎等“激光顯微切割聯(lián)合質(zhì)譜分析在腎臟疾病診斷中的應用”一文報道的采用激光顯微切割技術從組織切片中回收特定細胞種群，聯(lián)用質(zhì)譜分析腎組織切片蛋白質(zhì)組表達譜，提高了對腎淀粉樣變、膜增殖性腎小球腎炎等疾病發(fā)病機制的認識，改進了臨床診斷、分型方法。李嚴嚴等則介紹了肝星型細胞分離方法及功能研究進展。趙曉航等“高精度iTRAQ在定量蛋白質(zhì)組學研究中的新進展”一文介紹了基于同位素等量標簽的相對和絕對定量方法在蛋白質(zhì)組定量研究中的應用。蛋白質(zhì)C末端在參與和調(diào)控生理功能中起重要作用。劉忞博、陸豪杰結(jié)合自己的工作，綜述了基于生物質(zhì)譜的蛋白質(zhì)C末端研究進展，包括C末端識別、鑒定及富集。Meta分析方法在評估同類研究結(jié)果的規(guī)律性和可信性方面具有統(tǒng)計學優(yōu)勢，朝明飛等介紹了meta分析在包括蛋白質(zhì)組學在內(nèi)的各種“組學”研究中的應用。在人體蛋白質(zhì)組學研究中，來自尿液的蛋白質(zhì)組學研究有其特點，在臨床上具有無創(chuàng)性優(yōu)勢，但大規(guī)模常規(guī)尿液的冷凍保存需占據(jù)很大空間和電耗。王明銘等“尿蛋白膜保存與直接凍存法的成本效益分析”一文報道了采用尿膜 (Urimem) 保存尿蛋白組方法，對常規(guī)方法進行了較大改進，在臨床實踐性方面具有更強的應用價值。
蛋白質(zhì)組學研究的最終目的是闡明其功能并將之用于解決醫(yī)學和生物學的問題。在這一方面，本期?？诗I了一組頗具新意的文章。眾所周知，蛋白質(zhì)修飾對其參與信號通路和生化途徑的活性有重要的調(diào)節(jié)作用，并可能影響其表型特征。衣泰龍等專文介紹了磷酸化蛋白質(zhì)組學研究的新進展及其在肝臟生理和病理機制研究中的應用，有很好的參考意義。陳凌聲等回顧了哺乳動物卵母細胞早期胚胎蛋白質(zhì)組學研究進展，對于了解動物發(fā)育與生殖的機理具有一定參考價值，對于提高胚胎體外生產(chǎn)、體細胞克隆和轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)效力具有重要意義。組織纖維化是常見的病理現(xiàn)象，郭改改等報道了四氯化碳誘導小鼠肝臟組織纖維化的蛋白質(zhì)組學研究的結(jié)果，加深了對病理因素引起組織纖維化機制的理解。細菌耐藥性也是自然界常見現(xiàn)象和醫(yī)學難題，其機制不清。鄧海騰報道了定量蛋白質(zhì)組學分析CIPS在分枝桿菌耐藥中的功能的工作，增加了對細菌耐藥性機制的認識。王賢純等則從蛋白質(zhì)組學和蛋白質(zhì)化學角度介紹了劇毒的“黑寡婦”蜘蛛毒腺與毒腺外毒素成分、作用的分子基礎和機制的研究進展，給我們展示了一個有意思、有待開拓的領域與方向。
值得指出，參與本期專刊撰寫的專家都是各自領域?qū)W有專長的著名專家學者，他們在繁忙的日常工作中不吝賜稿，我們表示衷心的感謝！
本期?？捻樌隹?，也與編輯部編輯的全力投入與鼎力支持分不開，在此一并致謝！
(本文責編 陳宏宇)
Preface for special issue on proteomics (2014)
Fude Fang, and Youhe Gao
State Key Laboratory of Me dical Molecular Biolo gy, Institute of Basic Medical Sci ences, Chinese Academy of Medic al Sciences & Peking Union Medical College, Beijing 100005, China
Proteomics is one of the most important functional genomics research in the post-genomic era, which is closely related to medical biology, chemistry, physics, information science and modern technology. Through review research progress of some important proteomics, a proteomics special issue is published so as to find problems, explore the possible applications and outlook the development prospects of proteomics. The special issue consists of reviews and original papers, mainly involving in the following aspects, i) proteomics about different species such as humans, mammals, prokaryotes and actinobacterial; ii) proteomics methodology and techniques including tandem mass spectrometry analysis, film (urimem) preservation of urine protein, quantitative proteomic analysis and meta analysis; iii) function and application of proteome such as spider (Latrodectus tredecimguttatus) toxins proteome, protein phosphorylation proteome, oocytes and early embryos proteomes, liver fibrosis proteome, drug-resistant mycobacterium tuberculosis proteome, etc.
proteomics, methodology, biological function, application
June 10, 2014
Fude Fang. Tel/Fax: 86-10-65253005; E-mail: fangfd@vip.sina.com Youhe Gao. Tel: 86-10-69156493; E-mail: gaoyouhe@pumc.edu.cn
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蛋白質(zhì)組學研究是后基因組學時代最重要的功能基因組學研究之一，與醫(yī)學生物學、化學、物理學、信息學以及現(xiàn)代技術等關系十分密切。為了檢閱近年來國內(nèi)外蛋白質(zhì)組學某些重要研究進展，探索其可能的應用范圍，討論其存在的問題，展望其發(fā)展前景，特組織出版“蛋白質(zhì)組學專刊”。本期?？ňC述和研究論文兩部分，內(nèi)容主要涉及不同物種 (包括人類、哺乳類動物、原核生物、放線菌等) 蛋白質(zhì)組學研究、蛋白質(zhì)組學重要方法學與技術研究 (包括串聯(lián)質(zhì)譜分析、尿蛋白膜保存法、定量蛋白質(zhì)組學分折、meta分析等) 和蛋白質(zhì)組功能與應用研究 (包括蜘蛛毒素蛋白質(zhì)組、磷酸化蛋白質(zhì)組、卵母細胞和早期胚胎蛋白質(zhì)組、肝臟纖維化蛋白質(zhì)組、分枝桿菌耐藥的蛋白質(zhì)組等)。
蛋白質(zhì)組學，方法學，生物學功能，應用
方福德 中國醫(yī)學科學院、北京協(xié)和醫(yī)學院研究員，博士生導師。80年代先后任美國路易斯安那州立大學research associate和哈佛大學visiting assistant professor。長期從事疾病基因組學研究，已發(fā)表SCI論文70余篇。獲部級以上科研成果獎10項。主編專著10部。擔任SCI雜志BES編委及多個雜志副主編。獲得衛(wèi)生部有突出貢獻的中青年專家 (1994) 和國務院政府特殊津貼(2000) 等獎勵。現(xiàn)為科技部973計劃健康領域咨詢組成員，中國醫(yī)學科學院、北京協(xié)和醫(yī)學院糖尿病中心學委會主任。
高友鶴 中國協(xié)和醫(yī)科大學醫(yī)學博士 (MD)，美國康涅狄格大學生物醫(yī)學博士(PhD)，美國哈佛醫(yī)學院博士后講師。中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所病理生理學系教授。研究方向為尿蛋白質(zhì)組學，蛋白質(zhì)相互作用，生理學和生物信息學。
自從人類基因組計劃完成以來，功能基因組學研究登上了歷史舞臺。作為功能基因組學研究最重要的“組學”研究——蛋白質(zhì)組學不斷向深度和廣度挺進，涵蓋面廣，發(fā)展迅速，取得了一系列重要進展。
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我國在蛋白質(zhì)組學研究領域已成為國際重要力量，無論是研究隊伍、規(guī)模、軟硬件條件和產(chǎn)出的研究成果，都處于先進水平。特別在肝臟蛋白質(zhì)組學研究領域，我國已成為國際“領頭羊”。在尿蛋白質(zhì)組學研究上成績顯著，獨具特色。在蛋白質(zhì)組學的轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究方面進行了卓有成效的探索。
在以上大背景下，為了展示和交流國內(nèi)外在蛋白質(zhì)組學研究的進展與應用情況，探討其存在的問題和解決之道，以促進本研究領域的更好發(fā)展，特組織出版“蛋白質(zhì)組學專刊”。本期?？ňC述和研究論文兩部分，內(nèi)容主要涉及不同物種蛋白質(zhì)組學研究、蛋白質(zhì)組學重要方法學與技術進展以及蛋白質(zhì)組功能與應用研究等方面。
迄今為止，已有數(shù)以百計不同生物物種的全基因組序列得到測定和解析。隨之蛋白質(zhì)組學研究緊跟而上。本期?？?，張瑤等介紹了放線菌蛋白質(zhì)組學研究進展，張成普等介紹了其他原核生物蛋白質(zhì)組學研究進展。這些綜述對于讀者比較全面了解原核生物蛋白質(zhì)組學研究的概況和重點研究方向有較好的參考作用。另有6篇文章針對人類或哺乳類蛋白質(zhì)組學研究，重點在功能與應用研究以及方法學。
蛋白質(zhì)組學研究所具有的高通量、強針對性、系統(tǒng)性和整合性特點需要相應的方法學與技術的支撐。故相關的方法學與技術的研究占有重要的位置。本專刊中介紹了一些新的串聯(lián)質(zhì)譜分析方法，如孫穎等“激光顯微切割聯(lián)合質(zhì)譜分析在腎臟疾病診斷中的應用”一文報道的采用激光顯微切割技術從組織切片中回收特定細胞種群，聯(lián)用質(zhì)譜分析腎組織切片蛋白質(zhì)組表達譜，提高了對腎淀粉樣變、膜增殖性腎小球腎炎等疾病發(fā)病機制的認識，改進了臨床診斷、分型方法。李嚴嚴等則介紹了肝星型細胞分離方法及功能研究進展。趙曉航等“高精度iTRAQ在定量蛋白質(zhì)組學研究中的新進展”一文介紹了基于同位素等量標簽的相對和絕對定量方法在蛋白質(zhì)組定量研究中的應用。蛋白質(zhì)C末端在參與和調(diào)控生理功能中起重要作用。劉忞博、陸豪杰結(jié)合自己的工作，綜述了基于生物質(zhì)譜的蛋白質(zhì)C末端研究進展，包括C末端識別、鑒定及富集。Meta分析方法在評估同類研究結(jié)果的規(guī)律性和可信性方面具有統(tǒng)計學優(yōu)勢，朝明飛等介紹了meta分析在包括蛋白質(zhì)組學在內(nèi)的各種“組學”研究中的應用。在人體蛋白質(zhì)組學研究中，來自尿液的蛋白質(zhì)組學研究有其特點，在臨床上具有無創(chuàng)性優(yōu)勢，但大規(guī)模常規(guī)尿液的冷凍保存需占據(jù)很大空間和電耗。王明銘等“尿蛋白膜保存與直接凍存法的成本效益分析”一文報道了采用尿膜 (Urimem) 保存尿蛋白組方法，對常規(guī)方法進行了較大改進，在臨床實踐性方面具有更強的應用價值。
蛋白質(zhì)組學研究的最終目的是闡明其功能并將之用于解決醫(yī)學和生物學的問題。在這一方面，本期?？诗I了一組頗具新意的文章。眾所周知，蛋白質(zhì)修飾對其參與信號通路和生化途徑的活性有重要的調(diào)節(jié)作用，并可能影響其表型特征。衣泰龍等專文介紹了磷酸化蛋白質(zhì)組學研究的新進展及其在肝臟生理和病理機制研究中的應用，有很好的參考意義。陳凌聲等回顧了哺乳動物卵母細胞早期胚胎蛋白質(zhì)組學研究進展，對于了解動物發(fā)育與生殖的機理具有一定參考價值，對于提高胚胎體外生產(chǎn)、體細胞克隆和轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)效力具有重要意義。組織纖維化是常見的病理現(xiàn)象，郭改改等報道了四氯化碳誘導小鼠肝臟組織纖維化的蛋白質(zhì)組學研究的結(jié)果，加深了對病理因素引起組織纖維化機制的理解。細菌耐藥性也是自然界常見現(xiàn)象和醫(yī)學難題，其機制不清。鄧海騰報道了定量蛋白質(zhì)組學分析CIPS在分枝桿菌耐藥中的功能的工作，增加了對細菌耐藥性機制的認識。王賢純等則從蛋白質(zhì)組學和蛋白質(zhì)化學角度介紹了劇毒的“黑寡婦”蜘蛛毒腺與毒腺外毒素成分、作用的分子基礎和機制的研究進展，給我們展示了一個有意思、有待開拓的領域與方向。
值得指出，參與本期專刊撰寫的專家都是各自領域?qū)W有專長的著名專家學者，他們在繁忙的日常工作中不吝賜稿，我們表示衷心的感謝！
本期?？捻樌隹?，也與編輯部編輯的全力投入與鼎力支持分不開，在此一并致謝！
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