人体定量蛋白质组图谱揭示不同组织中RNA与蛋白



原创 李江雪 王振国 CellPress细胞科学 收录于话题#Cell Press青促会述评23#Cell Press论文速递62

人体定量蛋白质组图谱揭示不同组织中RNA与蛋白

生命科学
Life science
作为世界领先的全科学领域学术出版社,细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏,以期增进学术互动,促进国际交流。
第二十三期专栏文章,由中国科学院上海营养与健康研究所、马普计算生物学伙伴研究所博士后 李江雪,中国科学院上海营养与健康研究所、马普计算生物学伙伴研究所博士研究生 王振国,就Cell 中的论文发表述评。

人体定量蛋白质组图谱揭示不同组织中RNA与蛋白

人体定量蛋白质组图谱揭示不同组织中RNA与蛋白

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对不同组织中RNA和蛋白质水平的定量检测可以为理解人群疾病的发生提供基础,但到目前为止大多数研究都聚焦在RNA水平。例如,基因型-组织表达谱(GTEx)计划收集了来源于948位志愿者的54种组织样本,并且分析了这些组织的转录组特征。通常情况下RNA和蛋白质表达水平具有相关性,但是在包括细胞分化和应激状态在内的动态过程以及特定的组织中,转录后修饰往往会造成RNA和蛋白质水平的表达差异[1]。之前已有的大部分研究主要关注新分子的鉴定,缺乏较完整的蛋白质分子定量研究。而且,很多样本缺乏足够的与蛋白质组相对应的转录组信息进行比较。人类蛋白质图谱计划(HPA)在此有所突破,其基于转录组和抗体染色的结果能够对蛋白质的组织特异表达进行定量[2]。因此,结合不同组织具有特异性的RNA和蛋白质水平的定量数据对研究人类的生理病理过程非常重要,但至今为止仍缺乏相关的研究成果。
9月10日,Cell 在线发表了由两家研究机构合作完成的题为‘A Quantitative Proteome Map of the Human Body’的基于数据库资源的研究论文。文章作者在GTEx项目收集了人群不同组织样本的基础上,获得了不同组织蛋白质分子表达的定量数据,并与对应组织的RNA表达水平进行比较。通过对201个不同组织样本进行定量蛋白质组分析,获得了各样本与RNA表达水平对应的蛋白质分子的定量表达数据,发现了转录组和蛋白质组之间的大量差异。该研究首次通过蛋白质/RNA差异分布和富集的信息揭示了分泌型蛋白质分子如何在不同的位点合成、分泌并发挥功能。研究结果有助于我们进一步理解基因的转录后调控、生物学功能以及人类疾病的发生。
作者首先详细叙述不同组织蛋白质分子定量的过程和获得的蛋白质组的数据特征(图1)。在GTEx数据库的基础上,对来源于14位正常个体、32种不同组织的201个样本进行了蛋白质组测序。平均在每种组织中获得了超过7500种蛋白质的定量表达,其中6357种蛋白质在所有的32种组织中均有表达,说明大约有85%的蛋白质可以被检测到,而且个体组织蛋白质的表达更加依赖于不同组织的蛋白质相对富集程度[3]。在比较RNA表达丰度的基础上,他们发现RNA的表达丰度与蛋白质的表达水平并没有显著的相关性。

人体定量蛋白质组图谱揭示不同组织中RNA与蛋白

▲图1 不同组织蛋白质图谱的工作流程和结果概览
通过运用质谱定量分析技术,该研究进一步鉴定了在组织中富集以及组织特异性的蛋白(图2)。对检测到的所有蛋白聚类后发现,不同组织之间蛋白分布的差异要大于不同个体相同组织之间的差异,说明蛋白的分布对于定义组织之间相近的功能和作用非常有帮助。作者通过定义蛋白的组织特异性分数对不同组织的富集蛋白和特异性蛋白进行分类,并对不同组织的富集/特异蛋白及其信号通路进行了验证。

人体定量蛋白质组图谱揭示不同组织中RNA与蛋白

▲图2 不同组织蛋白质组的定量分析
在对蛋白质功能定义的基础上,作者对RNA和蛋白质的表达水平建立了相关性模型(图3)。在由同一组织产生的转录组和蛋白质组的数据中,大部分蛋白质分子和RNA分子的表达水平呈现正相关。与其他组织相比,脑组织不同结构中约有2/3到6/7的蛋白质分子只在蛋白质水平富集而不在RNA水平富集。此外,研究还发现很大一部分组织富集的蛋白质,在RNA表达水平上并没有显著的组织特异性。这些结果表明,对直接参与细胞功能的蛋白质分子定量可以获得与转录组水平不同的信息,可为直观地解释生物学功能提供帮助。特别是在对分泌型蛋白质分子的功能解释过程中,其与RNA分子的富集比例可以解释分泌型蛋白质的作用模式。该研究通过建立RNA和蛋白质定量的相关性模型,进一步验证不同组织中蛋白质的合成以及分泌的途径。



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