蛋白組分析在觀察靈長(zhǎng)類腦發(fā)育過程蛋白表達(dá)變化的應(yīng)用

2023年7月3日，省部共建非人靈長(zhǎng)類生物醫(yī)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/昆明理工大學(xué)靈長(zhǎng)類轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院司維/季維智課題組合作在Nature communications雜志上在線發(fā)表了題為“Spatiotemporal proteomic atlas of multiple brain regions across early fetal to neonatal stages in cynomolgus monkey”的研究成果。該研究通過構(gòu)建食蟹猴大腦發(fā)育的時(shí)空蛋白組圖譜，追蹤研究了從早期胎兒到新生兒階段大腦早期發(fā)育過程，揭示了大腦不同區(qū)域之間的特異性蛋白表達(dá)動(dòng)態(tài)變化，該時(shí)空蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)填補(bǔ)了領(lǐng)域空白，為靈長(zhǎng)類大腦發(fā)育研究提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

從胚胎期進(jìn)入胎兒期后，哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育會(huì)經(jīng)歷一系列快速的分子和細(xì)胞學(xué)變化，進(jìn)而發(fā)生劇烈地形態(tài)學(xué)改變[1]。通過深入分析組織或細(xì)胞的分子特征，大規(guī)模組學(xué)技術(shù)有助于解析大腦發(fā)育過程中的復(fù)雜變化，推動(dòng)我們對(duì)大腦功能的深入理解并促進(jìn)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究[2, 3]。由于人類的倫理和采樣的限制，胎兒期大腦發(fā)育時(shí)空蛋白組信息仍為空白狀態(tài)，限制了對(duì)腦發(fā)育特定階段和區(qū)域的蛋白表達(dá)特征的認(rèn)識(shí)，缺少對(duì)基于RNA產(chǎn)物數(shù)據(jù)的比較基礎(chǔ)。      

為了填補(bǔ)這一關(guān)鍵領(lǐng)域空白，在本研究中，研究人員從四個(gè)時(shí)期（F50, F90, F120 和P3）的12個(gè)食蟹猴胎兒和新生兒中提取了156個(gè)腦組織樣本，采用基于TimsTOF Pro質(zhì)譜的4D蛋白組學(xué)分析，每個(gè)腦組織樣本平均得到5967個(gè)蛋白的豐度數(shù)據(jù)。本研究為提高采樣的空間分辨率，取樣的腦區(qū)多達(dá)18個(gè)，包括前額葉、顳葉、頂葉、枕葉、紋狀體、杏仁核、海馬、丘腦和小腦等區(qū)域，研究人員通過對(duì)比大腦和小腦、皮層和皮層下以及前額葉皮層和其他新皮層的蛋白表達(dá)變化，得到區(qū)域特異的蛋白表達(dá)和區(qū)域特征（圖1）。

圖1. 不同時(shí)期和區(qū)域的蛋白組學(xué)特征

此外，研究人員利用獲得的早期腦發(fā)育蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)與已有的人和鼠的蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)做了跨物種比較分析（圖2A-C），鑒定出人類特有（高表達(dá)DEPs），靈長(zhǎng)類特異以及物種保守的三類蛋白，這些蛋白對(duì)于研究物種進(jìn)化研究及利用不同模型開展人類疾病治療靶點(diǎn)研究具有重要提示意義。研究人員利用蛋白組數(shù)據(jù)與已有的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析（圖2D），可以將基因分為了6個(gè)類群， mRNA/蛋白質(zhì)相同和差異表達(dá)基因的結(jié)果分析直接體現(xiàn)了轉(zhuǎn)錄和翻譯的差異，對(duì)未來相關(guān)研究具有重要提示意義。

圖2. 跨物種蛋白組分析及轉(zhuǎn)錄與蛋白組表達(dá)差異比較

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