蛋白質(zhì)組學(xué)之逆襲，深度注釋基因組
申請課題缺創(chuàng)新點(diǎn)？撰寫論文沒思路？急著畢業(yè)時(shí)間緊？別怕，對于吉?jiǎng)P，一切都是套路！更有甚者，對于宇宙終極難題：“屌絲如何逆襲白富美？”老司機(jī)黃博也有一套經(jīng)典案例分享給大家。
從前，在生物學(xué)研究領(lǐng)域，有一個(gè)白富美叫基因組學(xué)（Genomics），她有一項(xiàng)強(qiáng)大的技能：DNA測序，憑借這項(xiàng)技能，她完成了對多種物種的基因組測序、定位了編碼基因和確定編碼基因的結(jié)構(gòu)等基本的基因組注釋任務(wù)。但她對基因組注釋方法主要依賴于DNA及RNA序列信息。而為了更加精確地解讀完成測序的基因組，單憑她一己之力是不夠的，還需整合多種類型組學(xué)方法來進(jìn)行基因組注釋。
白富美人人想追，但這年頭沒啥創(chuàng)新點(diǎn)，怎能獲得美人垂青？來吧，干了黃博這碗熱氣騰騰的雞湯！
著名屌絲閃亮登場！名曰蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics），暗戀女神已多年，苦于自身并無一技之長，雖長期以來一直在女神面前狂刷存在感，但并未引起女神注意。故針對基因組學(xué)技能缺陷，潛心修煉，終獲獨(dú)門神技——串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)，彌補(bǔ)女神缺憾，終于逆襲成功。該技能實(shí)現(xiàn)了對蛋白質(zhì)組的高覆蓋，使得利用串聯(lián)質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行基因組注釋成為可能。串聯(lián)質(zhì)譜數(shù)據(jù)一方面可以對已注釋的基因進(jìn)行表達(dá)驗(yàn)證，另一方面還可以校正原注釋基因，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)新基因，實(shí)現(xiàn)對基因組序列的重新注釋。這樣一來就很好的彌補(bǔ)了基因組學(xué)的不足，從而一舉獲得女神青睞，抱得美人歸。成為生物學(xué)研究領(lǐng)域的史密斯夫婦，他們給自己的組合取了個(gè)很沒創(chuàng)新性的名字——蛋白質(zhì)基因組學(xué)（Proteogenomics），義指蛋白質(zhì)組學(xué)與基因組學(xué)的交叉，這個(gè)交叉范圍很廣且可以多種方式定義，但通常是指基于串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)的蛋白質(zhì)組學(xué)信息研究來提高對基因組的注釋。
今年6月份，國際知名期刊Nature和Cell分別報(bào)導(dǎo)了這對夫婦利用自身強(qiáng)大技能對生物學(xué)研究領(lǐng)域邪惡組織成員乳腺癌和卵巢癌進(jìn)行無情打擊的英勇事跡。
其中在Nature題為”Proteogenomics connects somatic mutations to signalling in breast cancer”的報(bào)導(dǎo)中描述了對來自 “癌癥基因組圖集”(TCGA)、代表由mRNA定義的四個(gè)主要乳腺癌內(nèi)在子類型的105個(gè)乳腺癌樣本所做的基于iTRAQ聯(lián)合串聯(lián)質(zhì)譜量化了超過12,000個(gè)蛋白質(zhì)和33,000個(gè)磷酸化位點(diǎn)的蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析。
針對一些乳腺癌亞型和攜帶常見突變?nèi)鏟IK3CA和TP53突變的腫瘤，分析結(jié)果揭示出了一些新的蛋白質(zhì)標(biāo)記物和信號(hào)通路。另外將一些基因中的拷貝數(shù)改變與蛋白質(zhì)水平聯(lián)系一起，從而鑒別出了10個(gè)新的候選調(diào)控因子。其中兩個(gè)候選基因SKP1和 CETN3可能與癌基因EGFR有關(guān)聯(lián)。EGFR是一種特別具有侵襲性的乳腺癌亞型——“基底細(xì)胞樣”腫瘤的標(biāo)志物。除此之外，通過孤立點(diǎn)分析了一些激酶的磷酸化狀態(tài)，凸顯出了乳腺癌樣本中一些異�；罨募っ�，如HER2, CDK12, PAK1, PTK2, RIPK2和TLK2。分析的結(jié)果是用于人類乳腺癌研究的一個(gè)高質(zhì)量的蛋白質(zhì)組學(xué)資源，是利用能夠說明基因組與蛋白質(zhì)組之間聯(lián)系的技術(shù)和分析方法獲得的。這些數(shù)據(jù)縮小了大的刪除區(qū)域和擴(kuò)增區(qū)域內(nèi)候選驅(qū)動(dòng)基因的范圍，識(shí)別出了潛在的治療目標(biāo)。
而在Cell題為“Integrated Proteogenomic Characterization of Human High-Grade Serous Ovarian Cancer”的報(bào)導(dǎo)中，同樣利用基于iTRAQ聯(lián)合串聯(lián)質(zhì)譜的蛋白測量和鑒定技術(shù)，鑒定出這169種腫瘤樣品中的9600種蛋白，并且選擇研究了這些樣品中常見的3586種蛋白。分析了169名卵巢癌患者的腫瘤蛋白質(zhì)組以便鑒定她們所患腫瘤中存在的關(guān)鍵性蛋白。通過將這些卵巢癌蛋白質(zhì)組方面的發(fā)現(xiàn)與已知的這些腫瘤的基因組數(shù)據(jù)整合在一起，使我們重新認(rèn)識(shí)了最為惡性的卵巢癌---漿液性卵巢癌（serous ovarian cancer）。
盡管很多人知道我們的基因在癌癥產(chǎn)生中發(fā)揮著作用，但是基因經(jīng)常只是一個(gè)起始點(diǎn)�；蜣D(zhuǎn)錄為RNA，然后RNA再翻譯為蛋白。這些蛋白的活性存在顯著差異，其中很多蛋白發(fā)生的變化影響它們的功能及其與其他蛋白之間的相互作用。癌癥（特別是高分級(jí)漿液性卵巢癌）的特征是遺傳指令發(fā)生差錯(cuò)。一種情形是基因組的某些區(qū)域存在更多拷貝。這些所謂的拷貝數(shù)變化能夠?qū)е碌鞍棕S度變化。在這項(xiàng)新的研究中，當(dāng)對已知的發(fā)生拷貝數(shù)變化的基因組區(qū)域進(jìn)行比較時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)2號(hào)、7號(hào)、20號(hào)和22號(hào)染色體的部分區(qū)域?qū)е?00多種蛋白的豐度發(fā)生變化。
人類尚未充分認(rèn)識(shí)復(fù)雜的癌癥基因組是如何轉(zhuǎn)化為導(dǎo)致復(fù)發(fā)和死亡的驅(qū)動(dòng)生物學(xué)的，將蛋白質(zhì)組學(xué)與基因組學(xué)結(jié)合在一起能夠讓我們獲得對癌癥的新認(rèn)識(shí)，同時(shí)提供一種有價(jià)值的資源以便科學(xué)界能夠用來提出關(guān)于這些疾病的新假設(shè)，以及治療它的手段。蛋白質(zhì)基因組學(xué)終有一天會(huì)被證明是一種強(qiáng)大的臨床工具，使得人類能夠橫跨癌癥基因組學(xué)與臨床效應(yīng)之間巨大的知識(shí)鴻溝。
以上兩個(gè)案例中，蛋白質(zhì)組學(xué)都使用了他獨(dú)門絕技串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)中關(guān)鍵的一招——iTRAQ（這一招殺傷力極大，前面已作介紹，在此無需贅言），在此利用iTRAQ獲得強(qiáng)大的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)完成了對基因組更深層次的注釋。關(guān)于蛋白質(zhì)基因組學(xué)夫婦的事跡就先介紹到這，但是他們的故事遠(yuǎn)未結(jié)束，相信在他們的緊密合作之下，還會(huì)不斷碰撞出新的火花，比如說我們可以將基因組學(xué)中的測序或芯片數(shù)據(jù)與iTRAQ得到的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合起來進(jìn)行跨組學(xué)關(guān)聯(lián)分析（具體的分析方法并不難，可以私信黃博深入討論），從而獲得表達(dá)譜的全景圖，實(shí)現(xiàn)其間的互補(bǔ)和整合，對生物體特定狀態(tài)下的基因和蛋白質(zhì)表達(dá)水平進(jìn)行全方位分析；并且在全局上獲得對差異表達(dá)譜的廣泛理解，挖掘受轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的關(guān)鍵蛋白/基因，尋找驗(yàn)證某些重要的生物學(xué)調(diào)控；另外，對于一些蛋白數(shù)據(jù)庫尚不完善的物種，通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫，提高蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗(yàn)中蛋白質(zhì)的鑒定數(shù)目。
今天咱就說到這兒吧，下次我們接著聊啥呢？
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就不告訴你！
