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1、蛋白質(zhì)組與轉(zhuǎn)錄組比較關(guān)聯(lián)分析方案一．概述1．研究背景生命體是一個(gè)多層次，多功能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，高通量技術(shù)的發(fā)展積累了大量的組學(xué)數(shù)據(jù)，這使得由精細(xì)的分解研究轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整體研究成為可能，整合多組學(xué)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生物系統(tǒng)的全面了解。當(dāng)部分層面上的研究都逐漸走向完善的時(shí)候，從部分到整體就是一種必然發(fā)展趨勢(shì)。相關(guān)研究表明，基因表達(dá)不僅僅是從轉(zhuǎn)錄組到蛋白質(zhì)組的單向流動(dòng)，而是兩者的相互連接。對(duì)這種功能調(diào)控的了解通常只限于特殊的信號(hào)途徑，要了解轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組之間的相互調(diào)控作用，就需要對(duì)RNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)。正如RNA
2、可作為部分生物學(xué)功能的酶反應(yīng)的效益物一樣，蛋白質(zhì)也是大多數(shù)生物學(xué)功能的效益物。因此，蛋白質(zhì)水平廣泛的基因組分析是基因表達(dá)更直接的反映。質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，使得定量的蛋白組學(xué)研究成為可能。然而，當(dāng)細(xì)胞適應(yīng)了轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后（如mRNA的剪接）、翻譯后（蛋白降解和輸出）的精細(xì)調(diào)控機(jī)制后，轉(zhuǎn)錄物和蛋白質(zhì)豐度測(cè)量結(jié)果可能會(huì)不一致。因此，定量的轉(zhuǎn)錄物和蛋白質(zhì)豐度測(cè)量可作為相互的標(biāo)準(zhǔn)，為高通量分析得出的基因表達(dá)數(shù)據(jù)做出合理的解釋。正如蛋白質(zhì)和RNA之間類似點(diǎn)可以增加我們對(duì)新的生物標(biāo)記的信任度一樣，差異也能暗示我們“其他的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控
3、結(jié)合點(diǎn)可作為重要的調(diào)控研究靶點(diǎn)”。在蛋白組學(xué)分析過程中，一些研究選擇了雙向凝膠電泳（2一DE）分析蛋白質(zhì)混合物。要么是對(duì)不同的凝膠染色，要么是讓不同的細(xì)胞與不同的染料相結(jié)合，通過斑點(diǎn)染色亮度可以看到蛋白質(zhì)的亮度。隨后用質(zhì)譜儀對(duì)分離出的定量凝較斑點(diǎn)進(jìn)行鑒定，與轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析不同的是，雙向凝膠電泳分析的鑒定結(jié)果與定量分析是散耦合（de一coupled)。液相色譜法（LC）是作為一種替代2一DE的蛋白質(zhì)分析方法而出現(xiàn)的。LC一MS分析是典型的“自下而上（Bottom一up)”分析方法，通常要用特異的蛋白酶（如胰蛋白酶）將蛋
4、白質(zhì)消化為肽段。與2一DE不同，LC一MS對(duì)肽的定量和鑒定是同時(shí)進(jìn)行的，可以選擇定量的MS峰（m/z）用于鑒定，通過肽段的信息推測(cè)對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)的定量信息。雖然采用的技術(shù)不同，迄今為止公開發(fā)表的整合分析文章中，都指出了轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)的重要性。轉(zhuǎn)錄組學(xué)或蛋白組學(xué)通常只考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)和分解作用平衡態(tài)的凈效應(yīng)，實(shí)際上，出現(xiàn)的不一致性只是合成與降解兩種替換過程中的一種反映?？茖W(xué)家可能對(duì)變化過程中的機(jī)制更感興趣。正如中心法則預(yù)測(cè)的那樣，在轉(zhuǎn)錄物和蛋白質(zhì)水平，如果只能通過嚴(yán)格的轉(zhuǎn)錄調(diào)控去控制蛋白質(zhì)的合成，細(xì)胞是不太可能選擇精細(xì)調(diào)
5、節(jié)機(jī)制的。當(dāng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行比較時(shí)，蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄物之間的一致性通常很弱，這些觀察說明了“從個(gè)體基因座的局部分析擴(kuò)展到功能途徑系統(tǒng)分析”為重要性。轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)都是研究系統(tǒng)的生理化學(xué)狀態(tài)的有用工具。當(dāng)然，沒有一種工具可以為系統(tǒng)提供完全的覆蓋范圍及相應(yīng)的精確度。問題的核心，不是用工具找出mRNA和蛋白質(zhì)之間一對(duì)一的相互關(guān)系，而是要用它們區(qū)別出真陽性和假陽性，即區(qū)別出真正的mRNA-蛋白質(zhì)一致性或者是不一致性。沒有這些整體分析，就無法觀察到真正的mRNA-蛋白質(zhì)不一致性，并且這些不一致性要比一致性更吸引科學(xué)家，因?yàn)樗鼈兺嘎?/p>
6、出的更多的轉(zhuǎn)錄后干涉情況。更重要的是，在轉(zhuǎn)錄物和蛋白質(zhì)水平上的整合表達(dá)分析，能對(duì)整體的基因-基因相互作用網(wǎng)進(jìn)行描述，提供單個(gè)基因活性中的功能內(nèi)容，這些內(nèi)容會(huì)影響到生物學(xué)功能。新的分析軟件工具將幫助研究者儲(chǔ)存在蛋白組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)中新出現(xiàn)的高通量技術(shù)的全部力量。二．蛋白質(zhì)組與轉(zhuǎn)錄組比較關(guān)聯(lián)分析研究1．蛋白質(zhì)組與轉(zhuǎn)錄組比較關(guān)聯(lián)分析的優(yōu)勢(shì)雖然轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組在實(shí)驗(yàn)方法上差異很大，但由于這兩種方法的首要目的都是獲得基因的表達(dá)情況，其間存在著某種共同之處。從生物學(xué)角度上看，mRNA水平代表了基因表達(dá)的中間狀態(tài)，能代表著潛在的蛋
7、白質(zhì)表達(dá)情況。轉(zhuǎn)錄組能在較低消耗下實(shí)現(xiàn)較高的通量，并能在某種程度上捉供較詳細(xì)的信息。然而蛋白質(zhì)是直接的功能執(zhí)行體，因而，對(duì)蛋白質(zhì)表達(dá)水平的度量有著不可取代的優(yōu)勢(shì)。最近的文獻(xiàn)也明確報(bào)道了轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的部分不相關(guān)或負(fù)相關(guān)的結(jié)果，并且用統(tǒng)計(jì)方法證明了這種顯著差異很大程度上是由生物學(xué)因素造成的，而不僅僅是噪音，說明了基因表達(dá)情況不能單純用轉(zhuǎn)錄組的方法解決。由于這兩種不同的表達(dá)譜研究手段的不完全性和互補(bǔ)性，現(xiàn)有的研究傾向于綜合轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的研究，目的在于：1)獲得一個(gè)表達(dá)譜的“全景圖”，并實(shí)現(xiàn)其問的互補(bǔ)和整合，對(duì)生物
8、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；2)通過全局上獲得對(duì)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，這種研究方式在基礎(chǔ)研究上己經(jīng)有不少報(bào)道。3)對(duì)于一些蛋白數(shù)據(jù)庫少的物種，通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建蛋白質(zhì)搜索庫，大幅度提高蛋白鑒定數(shù)，這同時(shí)也是本方案的一大亮點(diǎn)。由于轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的比較關(guān)聯(lián)研究能揭示基因表達(dá)的
