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如何區(qū)分自上而下的蛋白質(zhì)組學(xué)與自下而上的蛋白質(zhì)組學(xué)?

蛋白質(zhì)研究是分析化學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的課題之一。 最初的蛋白質(zhì)研究側(cè)重于開發(fā)能夠分離和鑒定蛋白質(zhì)主要序列(或部分)的技術(shù)。 Edman降解肽是一種識別肽主要氨基酸序列的革命性方法。 此外,蛋白質(zhì)的整個序列可以通過結(jié)合不同酶的蛋白質(zhì)消化、 對肽的分級 高效液相色譜 (HPLC) 、然后 Edman 降解來確定。 在 1990 年代,由于易于操作和取得成果,Edman 降解的蛋白質(zhì)鑒定被質(zhì)譜法所取代。 樣品中蛋白質(zhì)收集的研究也成為可能。 多年來,為蛋白質(zhì)研究開發(fā)了更多技術(shù),該領(lǐng)域變得如此流行以至于術(shù)語“蛋白質(zhì)組學(xué)”被指定用于它。 蛋白質(zhì)組學(xué)用于定義蛋白質(zhì)組的大規(guī)模研究,但現(xiàn)在指的是小規(guī)模到大規(guī)模的蛋白質(zhì)研究。

自下而上和自上而下是兩種基于生物量光譜法的蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法。 自下而上,也稱為霰彈槍,是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中廣泛使用的質(zhì)譜技術(shù),是一種將大蛋白質(zhì)片段消化/酶促溶解成小肽進(jìn)行分析的傳統(tǒng)方法。 自上而下可以直接對完整蛋白質(zhì)進(jìn)行測序,包括翻譯后修飾的蛋白質(zhì)和其他大片段蛋白質(zhì),而不僅僅是肽。

自下而上的蛋白質(zhì)組學(xué)

基本過程是蛋白質(zhì)混合物在分離或不分離的情況下被消化成肽混合物。 肽混合物經(jīng)過色譜分離和電離后,通過串聯(lián)質(zhì)譜法生成肽片段指紋,用于肽鑒定。 最后,從鑒定的肽中推導(dǎo)出可能的蛋白質(zhì)。 這種方法可以在短時間內(nèi)獲得大量的識別結(jié)果。

在計算步驟中,現(xiàn)有的分析圖譜方法包括序列庫搜索、圖庫搜索(最常用)、de novo 測序以及de novo 測序結(jié)合容錯搜索的方法。 一些經(jīng)典的圖書館搜索軟件已經(jīng)被廣泛使用,包括MASCOT、SEQUEST、X! 串聯(lián)等。

以shotgun技術(shù)路線為例,序列庫搜索方法的基本流程如下:

a. 將數(shù)據(jù)庫中的候選蛋白質(zhì)序列理論上切割成肽段,模擬理論上切割出的肽段的斷裂圖譜。

灣 根據(jù)地圖的相似性對實(shí)驗(yàn)地圖進(jìn)行匹配和評分。 通過特定的肽質(zhì)量控制方法獲得了高度可靠的肽鑒定結(jié)果。

C. 蛋白質(zhì)是基于肽與蛋白質(zhì)氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系推導(dǎo)出來的。

目前,自下而上的策略是最成熟和最廣泛用于識別蛋白質(zhì)、表征翻譯后修飾以及執(zhí)行相對和絕對定量的策略。 然而,與此同時,該策略的內(nèi)部缺陷限制了其潛在應(yīng)用。


自上而下的蛋白質(zhì)組學(xué)

盡管已經(jīng)開發(fā)了許多蛋白質(zhì)分離技術(shù),但大多數(shù)技術(shù)都無法從復(fù)雜的混合物中挑出蛋白質(zhì)。 已經(jīng)開發(fā)出一種自上而下的蛋白質(zhì)組學(xué)策略來表征混合物中的多種完整蛋白質(zhì)。 在自上而下的蛋白質(zhì)組學(xué)中,完整的蛋白質(zhì)首先通過反相液相色譜從復(fù)雜的生物樣品中分離出來,然后通過電噴霧電離 (ESI) 或基質(zhì)輔助激光解吸/電離 (MALDI) 技術(shù)直接電離。 生成的離子通過碰撞誘導(dǎo)解離 (CID)、高能碰撞誘導(dǎo)解離 (HCD)、電子捕獲解離 (ECD) 或電子轉(zhuǎn)移解離 (ETD) 進(jìn)行碎裂,并在串聯(lián)質(zhì)譜儀中進(jìn)行分析。 該方法有望用于蛋白質(zhì)鑒定、分析、序列分析和翻譯后修飾表征。


自上而下的蛋白質(zhì)組學(xué)與自下而上的蛋白質(zhì)組學(xué)

圖 1. 自下而上和自上而下蛋白質(zhì)組學(xué)的工作流程(Ashley 等 ,2016)。

自上而下和自下而上的策略都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性。 考慮到兩種策略提供的信息的互補(bǔ)性,逐漸衍生出“中下”蛋白質(zhì)組學(xué)策略,其中大蛋白質(zhì)受到 LysC 等酶的有限蛋白質(zhì)水解,產(chǎn)生 5-20 kDa 范圍內(nèi)的產(chǎn)物。 然后使用自上而下的方法對這些肽進(jìn)行測序,該方法具有序列覆蓋率高和 PTM 信息保留的優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)設(shè)備和具體分析要求選擇合適的蛋白質(zhì)研究策略很重要。


通過近十年的發(fā)展,輝駿生物已經(jīng)建成了完善蛋白質(zhì)組學(xué)檢測平臺,專注定量蛋白質(zhì)組學(xué)、定性蛋白質(zhì)組學(xué)、靶向蛋白質(zhì)組學(xué)等蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域。可做iTRAQ、LabelFree、DIALC-MS/MS、PRM靶向定量等實(shí)驗(yàn)。并開展了以此為基礎(chǔ)的單項或整體課題服務(wù),為客戶提供專業(yè)的實(shí)驗(yàn)方案。與全國1000多家科研院所建立了廣泛密切的項目合作,并協(xié)助客戶發(fā)表了近500篇SCI論文。歡迎撥打咨詢:4006991663!


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