系统生物学与蛋白质组学

系统生物学与蛋白质组学

Introductiontosystematicbiology&proteomics1系统生物学2系统生物学345基因组学与人类基因组计划1984年，由美国能源部发起——$530万1988年，NIH，詹姆斯·沃森，1992年，柯林斯1990年，美国能源部、NIH——$30亿1998年，CeleraGenomics——J.CraigVenter，陈奕雄1999年，中国加入1%，第3号染色体上3000万个碱基对2000年6月26日，工作草图完成6转录组与基因芯片广义：一个细胞、组织或生物体中出现的所有RNA的总和，包括mRNA、rRNA、tRNA及非编码RNA；狭义：mRNA1991年Fodor第一张芯片1994年Affymetrix第一张商业化芯片7代谢组学metabonomics/metabolomics效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。1999年，英国帝国理工大学JeremyNicholson8生物信息学9蛋白质组与人类蛋白质组计划由澳大利亚学者Wilkins和Willian于1994年提出。人类蛋白质组计划：血液、脑、肝………10蛋白质组学定义蛋白质组学定义（proteome)

一个基因组，一个细胞或组织，一种生物在一定时间，一定条件下所表达的全部蛋白组成，存在形式，活动方式及时空动态。为什么除基因组学外还要研究蛋白质组学：（1）蛋白质是功能的执行者。（2）基因组与蛋白质组不一样：转录后的选择性剪切，翻译后的修饰等等，导致蛋白质组远比基因组复杂。（3）与基因组相比，蛋白质组具有以下特点：多样性，无限性，动态性，相互作用，时空变化，需要多种技术，组学间的互助11蛋白质组学研究内容蛋白质的表达模式（1）生理、病理或不同发育状态下蛋白质组表达差异蛋白质信息库。（2）蛋白质及其组成质点的分离、分析、鉴定。蛋白质的功能模式（1）蛋白质结构分析。（2）蛋白之间相互作用，翻译后修饰，细胞定位等。12蛋白质组学研究内容1314蛋白质组学研究的基本技术蛋白分离技术：

（1）经典双向电泳方法（2）DIGE

（3）SILAC

（4）iTRAQ质谱技术:蛋白鉴定、翻译后修饰（磷酸化、糖基化）151：常规双向电泳双向电泳基本原理：双向电泳(Two-dimensionalelectrophoresis)的基本原理是利用蛋白质的等电点（pI)和分子量(Mr)不同而分离蛋白质：第一向电泳——等电聚焦（IsoelectricFocusing，IEF）根据蛋白质的等电点不同将蛋白质分离，第二向电泳——十二烷基硫酸钠—聚丙烯酰胺凝胶电泳（SodiumDodecylSulfate-PolyacrylamideGelElectrophoresis,SDS—PAGE）利用蛋白质的分子量大小不同将蛋白质分离。

16双向电泳流程

基于2D的经典定量分析方法。

1、样品准备和定量：抽提对照组和各种不同实验组的蛋白质。

2、蛋白质分离：蛋白质经过2D分离后染色（银染、考染等）。

3、蛋白质的定性与定量分析：通过与对照组相ImageMaster7.0分析出实验组中差异点，质谱鉴定差异点蛋白质,同时应用软件分析出其表达量的变化。172：DIGE

DIGE荧光定量方法流程图.1、样品准备：提取对照组和不同实验组的蛋白质,定量,cy3和cy5交叉标记，同时将所有实验组与对照组的样品等量混合后cy2标记，作为内标。

2、蛋白质分离：等量混合三种荧光素标记后的蛋白质，2D电泳分离，荧光显色。

3、蛋白质定量分析：ImageMaster7.0（DIGE)分析同一蛋白质不同处理后的表达量变化。183:化学标记法—iTRAQiTRAQ法。

1：样本经过不同处理后，提取蛋白质;2：蛋白质经过还原，封闭后胰蛋白酶酶切;3：肽段混合物分别用不同的iTRAQ标记;4：等量混合各种iTRAQ试剂标记的肽段;5：MS/MS质谱检测及分析。194:SILAC

SILAC法。细胞培养条件下稳定同位素标记技术(Stableisotopelabelingwithaminoacidsincellculture，SILAC)

1、标记：在缺乏Lys和Arg的培养基中添加Lys和Arg的同位素Lys(D4或13C615N4)、Arg(13C6,或13C615N4)等培养细胞，使蛋白质被标记成“中型”或“重型”；

2、细胞处理，如药物处理；

3、细胞裂解、提取蛋白质；

4、等量混合对照与处理组蛋白质、SDS电泳、染色；

5、割取蛋白质条带，胰蛋白酶消化，质谱分析。20

MassSpectrometry:Methods&Theory21MassSpectrometryAnalyticalmethodtomeasurethemolecularoratomicweightofsamples22PeptideMassFingerprinting(PMF)23MassSpecPrinciplesIonizerSample+_MassAnalyzerDetector24m/zratio:MolecularweightdividedbythechargeonthisproteinAllproteinsaresortedbasedonamasstochargeratio(m/z)25TypicalMassSpectrumaspirinRelativeAbundance120m/z-forsinglychargedionthisisthemass26ResolutioninMS27ResolutioninMSQTOF783.455784.465785.475783.62829SoftIonizationMethods337nmUVlaserMALDIcyano-hydroxycinnamicacidGoldtipneedleFluid(nosalt)ESI+_30Query(MALDI)Spectrum50010001500200025006982098119910076094502211(trp)1940(trp)31Queryvs.DatabaseQueryMasses

DatabaseMassList

Results450.2017(P21234)609.2667(P12345)664.3300(P89212)1007.4251(P12345)1114.4416(P89212)1183.5266(P12345)1300.5116(P21234)1407.6462(P21234)1526.6211(P89212)1593.7101(P89212)1740.7501(P21234)2098.8909(P12345)450.2201609.3667698.31001007.53911199.49162098.99092Unknownmasses1hitonP212343hitsonP12345ConcludethequeryproteinisP1234532DatabasesearchtheoreticalexperimentalMascotProteinIDPeptIdent(ExPasy)Mascot(MatrixScience)MS-