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第十九章 亚细胞蛋白质组学 第一节 概论 蛋白质组学研究通过蛋白质分离技术 鉴定技术以及生物信息学的结合以期鉴别出 复杂生物结构的所有蛋白质组成 蛋白质组已被理解为一个基因组或一个生物体所表达的 所有蛋白质 或者在多细胞生物体中一个组织或一类分化细胞所表达的所有蛋白质组成 [1] 双向凝胶电泳技术(Two-Dimensional gel Electrophoresis, 2-DE) 分离蛋白质混合物为在 分子水平上研究生物复合体提供了强有力的工具[2-4] 多肽质谱指纹技术(Peptide Mass [5-9] [10] Fingerprinting, PMF) 与自动化蛋白质数据库检索功能 的联合应用使高通量鉴定从 2- DE 胶上切下的蛋白质点得以实现 在过去不足十年时间内 已经建立了许多来自不同组 织 体液和细胞株等样品的 2-DE 参考蛋白质组图谱(http://www.expasy.ch/ch2d/2d- index.html)[11] 但真核生物体是一个复杂系统 以人为例 基因组分析研究表明具有3-5 万个基因 经 mRNA 不同的剪切方式以及翻译后修饰将会产生更多的蛋白质种类 而且 受蛋白质 等电点极限 疏水性 相对分子质量范围及蛋白质丰度限制 很难由 2-DE 技术一步到位 地获得生物体的全蛋白质组[12,13] 因此在用 2-DE 技术展示蛋白质点分布之前 引进新的 分离措施是必要的 随着多种物种基因组计划的实施 在后基因组时代对基因序列表达产物的功能分析 将日益重要 蛋白质的亚细胞定位对蛋白质生物功能的发挥起着极关键的作用 蛋白质亚 细胞定位信息强烈暗示着其生物学功能 蛋白质亚细胞分级技术根据理化性质的不同分离 纯化出各种亚细胞组分 极大地降低了针对全细胞蛋白质组学研究的复杂性 而且对亚细 胞组分所有蛋白质的鉴定一方面可以明确各种亚细胞组分的蛋白质组成 另一方面可以获 得相应蛋白质的亚细胞定位信息 对一些特征性亚细胞组分如各种细胞器等所有蛋白质组 成的了解可促进对其结构与功能的理解 对新蛋白质亚细胞定位信息的了解可促进对其生 物功能的认识 亚细胞蛋白质组学(Subcellular Proteomics) 已日益成为蛋白质组学研究的一 个焦点[14] 一 亚细胞蛋白质组学内涵 所谓亚细胞蛋白质组学 就是针对细胞内不同区域结构功能单位的蛋白质组学研究 细胞内成分根据空间结构 分布以及功能不同 分成不同细胞器或细胞区域 如细胞膜 胞浆 线粒体 溶酶体 过氧化物酶体 内质网 高尔基体和细胞核等 另外 细胞器内 一些功能单位多是大分子结构体(Macromolecular Structures)或多蛋白质复合体(Multiprotein Complexes) 如核基质(Nuclear Matrix) 剪接体(Spliceosome) 纺锤体(Spindle Pole) 核 孔结构(Nuclear pore Complex) 以及核糖体(Ribosomes)等[15] 这些细胞器 多蛋白质组成的 功能单位的区域化(Compartmentalization)分布和聚集可被看作是蛋白质除等电点 相对分 子质量之外的第三向分离参数而用于对全细胞蛋白质进行分离 对他们的蛋白质组学研究 可以更好地理解全细胞的蛋白质组 最近有研究者采用免疫共沉淀或亲和层析的方法分离 出细胞或细胞器内一类信号复合体(Signaling Complexes)[16-18]或一类特性的蛋白质群体[19] 进行蛋白质组学研究 更丰富了亚细胞蛋白质组学的内涵 二 亚细胞蛋白质组学的意义 亚细胞分离技术本身在细胞与分子生物学研究中的重要作用已不言而喻 以亚细胞 分级与蛋白质组学技术相结合为基础的亚细胞蛋白质组学在细胞与分子生物学研究中具有 更为重要的意义 1 富集低丰度蛋白质 完善全细胞蛋白质组 全细胞表达的蛋白质种类繁多 直接做全细胞的蛋白质组学分析 受上样量及蛋白质 组学技术本身的限制 难以分离 检测到全部蛋白