2023年CB910600-G-蛋白质定量新方法及相关技术研究

工程名称：蛋白质定量方法及相关技术争论首席科学家：依托部门：

所2023.12023.8中国科学院一、关键科学问题及争论内容拟解决的关键科学问题白质定量现有方法和技术存在的缺陷，拟重点解决以下关键科学和技术问题：〔1〕蛋白质或肽段回收率、区分率和鉴定掩盖率低的问题；〔2〕蛋白质组相通量和自动化程度低的问题。争论内容针对科学问题〔1〕，开展高效低残留的样品处理和分别材料的争论〔争论内容1〕；针对科学问题〔2〕，开展基于色谱-质谱的蛋白质组相对和确定定量方法和技术的争论〔争论内容2和3〕；针对科学问题〔3〕，开展集成化蛋白质组定量分析系统的争论〔争论内容4〕。此外，利用进展的材料、技〔如酵母〕和肿瘤〔如肝癌〕相关蛋白质组的定量争论〔争论内容5〕。高效低残留的蛋白质组样品处理和分别材料样品处理材料：通过化学和物理方法，对磁性材料、整体材料、介孔提高蛋白质和多肽的回收率；蛋白质丰度均衡技术：基于噬菌体呈现文库、适配体文库等配基，进展提高蛋白质组鉴定的掩盖率；材料，实现蛋白质的低残留、高区分分别。基于色谱-质谱的蛋白质组相对定量方法和技术法，提高标记相对定量的准确度、准确度和掩盖率；-质谱的准确度和准确度；定量数据解析算法：建立基于高阶线性分解模型、统计模型、分析模型与鉴定和肽段保存时间测算，提高质谱定量信息的可利用率；争论基于一级/二级谱图的标记/非标记定量算法和肽段/蛋白定量比值准确性评价算法，提高蛋白质定量计算的准确度。基于色谱-质谱的蛋白质组确定定量方法和技术1〕内标肽的设计、合成和表征：设计合成内标肽，并承受标准氨基酸、稳3〕非标记规的准确度。集成化蛋白质组定量分析系统在线样品处理系统：设计蛋白质在线变性、复原和烷基扮装臵，研制缓处理；在线标记系统：研制基于型样品处理材料的蛋白质组通用或选择捕集蛋白质或肽段的高通量标记；理的规模化蛋白质定量集成化系统。简洁样本的定量蛋白质组分析〔如酵母〕，对进展的材料、技术和方法进展评价，并建立标准化操作流程；〔如肝癌等〕发生进展相关的潜在分子标记物群和治疗靶点群，示范性地开展相关蛋白质的规模化定量分析。二、预期目标总体目标科学前沿领域争论供给重要技术支撑。五年目标准确度、准确度、掩盖率和通量。具体目标包括：到90%以上，峰容量到达100以上；白质组确定定量方法，误差小于10%，经质谱鉴定的目标蛋白质确实定定量掩盖率到达80%以上；行可以定量1000种以上蛋白质，变异系数小于15%；编制蛋白质定量软件，使谱图鉴定率提高到50％，定量准确性比Census软件提高20%；项；培育杰青1-23010法和相关技术的人才队伍。三、争论方案总体学术思路、技术路线和可行性分析总体学术思路：1重要技术支撑。1工程总体学术思路技术途径：本工程将通过蛋白质组样品处理和分别材料、基于色谱-质谱的定量技术、以及集成化定量分析平台等3个层面的多种途径实现总体学术思路。高效低残留的样品处理和分别材料：承受点击化学、可逆加成断裂链转移片段文库和适配体库为配基，研制蛋白质均衡器。基于色谱-质谱的高准确度和高准确度的蛋白质定量方法和技术：承受体内终端氨基酸同位素标记、双功能试剂/稀土金属络合物化学标记、流淌相添加内标肽技术、稳定同位素标记的氨基酸同位素稀释法和质谱多反响监测等技术，进展高准确度的蛋白质组确定定量方法。3〕高通量、自动化定量分析系统：承受热变性、化学变性、微透析技术、固臵换技术、多维色谱分别、生物质谱鉴定等技术，构建集成化蛋白质组定量分析系统；承受荧光标记、固相衍生、深紫群的定量分析方法。可行性分析：领域取得重大突破。鉴定的蛋白质数目提高30%〔Chem.Comm.,2023,47,3969-3971;unpublished制备了多种型聚合物复合纳米材料，实现了低丰度蛋白质的富集效率到达3个数量级〔Angew.Chem.Int.Ed.,2023,45,3345-3349;Angew.Chem.Int.2023,47,2646-2648;Anal.Chem.,2023,80,6758-6763〕，回收率到达80%以上〔Anal.Chem.,2023,81,503-508;Chem.-Eur.J.,2023,15,10158-10166;Chem.-AsianJ.,2023,5,1185-1191)。在分别材料方面，研制了无机-有机杂化亲〔Anal.Chem.,2023,82,5447-5454〕。此外，还通过溶胶-凝胶法进展了一系列以金属氧化物为基质的细粒径分别微球〔Chem.Comm.,2023,20,2929-2931〕，显著改善了蛋白质的分别力气。-双功能试剂-生物质谱方法、18O标记-双功能试剂-生物质谱法、氘代酸酐标记-生物质谱法以及-两维凝胶电泳-生物质谱法等蛋白质相对定量方法，并成功用四氯化碳诱导肝损伤蛋白质组变化争论〔Anal.Chem.,2023,78,6614-6621;Anal.Chem.,2023,79,7700-7707;ProteomicsClin.Appl.,2023,4,111〕；501个在早期大肠癌和正常组织中差异表达的蛋白质〔J.ProteomeRes.,2023,9,4701-470利用串联1856个糖肽的糖基化程度发生了显著转变〔J.ProteomeRes.,2023,9,227-236〕；建立了基于稳定同位素稀释-多反响检测质谱的目标蛋白质确定定量20％〔J.ProteomeRes.,2023,9,3319-3327〕。和鉴定的集成，将蛋白质组样品处理时间从离线的20h7min〔Anal.Chem.,2023,81,6534-6540〕；研制了集成化蛋白质富集、缓冲溶液交换和酶解装臵80%〔Anal.Chem.,2023,82,2574-2579〕；进展了柱上标记技术，实现了肽段标记、分别和鉴定的集成化，提高了规模化蛋白质定量分析力气〔Anal.Chem.,2023,82,3007-3015〕。此外，该争论团队不仅拥有利用基于色谱-质谱联用进展蛋白质定量的先进我国蛋白质科学跨越式进展，并到达国际领先水平供给重要技术支撑。创点术，提高蛋白质组鉴定的掩盖率；高蛋白质组相对定量分析的准确度；测质谱方法，提高目标蛋白质组确定定量分析的准确度；提高目标蛋白质群定量的灵敏度；蛋白质组高通量的自动化分析。课题设臵臵谱-质谱的蛋白质相对定量技术方法，解决规模化蛋白质定量分析准确度差的问题；第三课题重点进展基于色谱-质谱的蛋白质组确定定量技术方法，课题之间严密相关(2)。前三个课题重点进展材料、技术和方法；课质定量分析。此外，将承受模式生物-酵母对上述进展的定量方法和相关技术体系进展评价，并示范性地开展肿瘤相关蛋白质的规模化定量分析。课题1争论内容：鉴于在蛋白质样品处理方面存在因基质材料的非特异性吸附和“海绵效应”〔蛋白质间非特异性相互作用掩盖率和区分率。具体内容包括：1〕型蛋白质//可控聚合反响或点击化学型介孔材料和多孔材料，实现基于体积排阻机理的蛋白质和多肽的分别。2〕降低蛋白质丰度范围的均衡技术：通过制备亲水性冷凝胶基质材料和亲水性M13噬菌体呈现抗体可变区片段文库和随机寡核苷〔含未知〕高丰度蛋白质的同时，实掩盖率。3〕型高效蛋白质分别材料的研制：分别基于点击化学、可逆加成断裂链转移〔热聚合、光聚合、溶胶凝胶法〕制备适于蛋白质分别的聚合物整体材料、硅胶整体材料和有机-无机杂化整体材料，并在高效、低残留分别。预期目标：1〕通过对样品处理材料进展外表化学修饰，有效降低基质的非特异性吸附，提高蛋白质和多肽的回收率；2〕通过进展可显著降低蛋白质组丰度分布范围的均衡技术，提高蛋白质组鉴定的掩盖率；3〕通过研制型分别材料，提高蛋白质分别的区分率和回收率。22%课题2：基于色谱-质谱的蛋白质组相对定量方法和技术争论内容：准确度、准确度以及掩盖率。具体内容包括：1〕标记相对定量方法和技术：通过复合纳米材料对低丰度蛋白质高效率、饰肽段，对非糖肽进展标记〔如iTRAQ，并依据其同位素峰强度的差异对糖蛋白进展定量；再对糖基化位点进展18O标记，并依据糖肽同位素峰强度的差异对/稀土金属络合物化学标记的蛋白质组相对定量方法。2〕非记相对定量方法和技术：通过引入信噪比、正确的质荷比和同位素峰“可信肽段推想”，即依据可信肽段鉴定结果来推想该肽段在液相色谱柱中的洗脱时间，并结合母离子的m/z值来定位该肽段在其他液质联用循环中的信号，提高鉴离子化技术，提高肽段的质谱响应，进而确保蛋白质组的准确性和准确性3〕-质谱联用数据与高阶数据分析系统。预期目标：1〕通过建立规模化蛋白质标记相对定量方法，提高定量的准确度、准确度和掩盖率；定量信息的可利用率和蛋白质定量计算的准确度。课题负责人：陆豪杰经费比例：24%课题3：基于色谱-质谱的蛋白质组确定定量方法和技术争论内容：针对确定定量蛋白质组学中存在的规模化内标肽制备困难、标记反响效率1〕内标肽的设计、合成和表征：针对需要定量的蛋白质组样品，依据文献报道含量，并制备出内标肽，为目标蛋白质组确定定量供给参考物质。2〕蛋白质组确定定量标记方法：进展蛋白质的生物双重标记、固相标记和金属元素标记等蛋白质多重标记技术以及色谱保存时间与多反响监测质谱结合的质组的动态监测和确定定量分析。3〕非标记规模化蛋白质组确定定量方法：对生物样本中蛋白质组的酶切混合本中蛋白质组确定定量的准确度。预期目标：1〕通过建立内标肽的设计、合成和表征方法，为蛋白质组的准确确定定量供给参考物质；2〕通过建立蛋白质组标记以及色谱保存时间与多反响监测质谱结合的蛋白质组确定定量方法，实现蛋白质组的动态监测和确定定量分析；3〕通过建立非标记规模化蛋白质组确定定量方法，同时进展确定定量数据提取和处理方法，提高简洁生物样本中蛋白质组确定定量的准确度。大学经费比例：24%课题4争论内容：具体内容包括：臵，研制缓冲溶线蛋白质组样品处理装臵，实现蛋白质组的高效、高通量和低损失率处理。量分析的准确度和分析通量。3〕定量分析。4〕超高灵敏度蛋白质定量分析方法和系统：构建基于多维色谱的蛋白质分别平利用质谱进展鉴定和结果验证。预期目标：1〕通过研制蛋白质组在线样品处理装臵，实现蛋白质组的高效、高通量和低损失率处理；2〕通过进展蛋白质组在线标记系统，提高蛋白质或肽段的标记通量；质组定量分析的准确度、准确度、通量和掩盖率。课题负责人：张丽华经费比例：30%四、年度打算争论内容 预期目标通过对磁性材料的外表修饰，研1.2-3种低残留的样品预处理1-2种多肽高效分别填高效分别方法；争论基于细胞培育代谢标记结合2.建立并标准化细胞培育代谢标记结合二级质谱定量的方法和串18O1种第18O标记和18O标记技术进展串联组合定量策略；进展化学和生物合成标准肽段方—法、内标肽的色谱纯化和储存方法，氨基酸同位素稀释法结合选择性反年应检测质谱的含量测定方法；

基于二级质谱定量的算法；建立2种内标肽的设计合成方法、1种内标肽储存方法、1种内标肽色21种内标肽含量测定方法；研制蛋白质样品的传输载体膜材4. 供给1种低残留的蛋白质传质膜料热变性装臵缓冲液臵换接口和材料研制1种缓冲液臵换接口使低残留固定化酶反响器；

90%以上；制备2-32min；3项；争论内容 预期目标研制型聚合物整体材料、硅胶1.供给2-3种高效低残留的样品处整体材料和无机-有机杂化整体材 理和分别整体柱；料；争论纳米材料富集和细胞培育代2. 谢标记和二级质谱定量相结合的高 度蛋白质的定量分析、1-2种重大疾精度定量技术硼酸修饰纳米材料富病相关的组织/细胞中糖基化蛋白质集糖基化修饰肽段和串联18O标记的蛋白质水平和糖基化程度水平的定量相结合的糖蛋白质定量技术以同时定量以及几个低丰度目标蛋白及MRM结合可信肽段推想技术的低质的高灵敏度、高准确度定量；丰度目标蛋白质的定量技术；第进展固定化酶反响器的制备技术；建立磁球固定化酶18O酶促标记结合色谱保存时间依靠的智能化多二实际生物样本中目标蛋白质组的分低本钱的蛋白质确定定量方法。年优化各级样品处理的条件，构建集成化蛋白质组在线样品预处理装构建基于多维色谱的蛋白质分别平台；

种固定化酶18O酶促的蛋白质组标记以及色谱保存时间与多反响监测质谱结合对蛋白质组进展确定定量10%；30min内实现蛋白质组高效、解，并形成标准操作流程；制备2-315min内实现全蛋901-2种多维色谱蛋白质高效、快速分别；4项；第1.通过聚合物自组装技术，制备亲1.1-2种低残留的样品处理聚水的介孔/多孔聚合物材料；研制适合物材料和1种蛋白质均衡器基质于生物分子固载的亲水冷凝胶整体 材料；三2.争论非同位素化学标记试剂及其

1-2种适宜的化学标记试型化学标记试剂的标记定量策略年子化技术；

1-2种适于型化学标记定定量稳定性供给保证；争论内容建方法用于实际生物样本的分析；进展在线标记与分别鉴定系统的联