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Nature重大成果:首张人体蛋白详细图谱

2014.5.29

  说起第一张人类基因组图谱,那已经是十几年前的事了,当年科学家们破解了24对染色体之后,满以为就此人体的奥秘可以破解了,然而时间过去了许多年,我们对于人体的功能,发育的过程,疾病的发生依然一知半解,这其中的原因也许就在于蛋白的奥秘还蒙着一层厚厚的面纱。

  5月底,来自慕尼黑工业大学的一组研究人员编撰了18000多个蛋白,绘制了一张几乎完整的人类蛋白质组图谱,目前这一图谱相关信息可免费获取(ProteomicsDB database, https://www.proteomicsdb.org/)——由慕尼黑工业大学与软件公司SAP共同开发。其中包含了不同细胞,组织,以及体液中多种蛋白类型,蛋白分布和蛋白丰度的相关信息。

  这项研究表明,一方面多个不同区域的基本功能过程涉及了上万种蛋白,另外一方面,每个器官中的蛋白图谱都是独一无二的,具有功能特异性。

  同时在这项研究中还采用了两种高通量技术,用于确保这项研究的顺利进行,这两项技术就是质谱技术(mass spectrometry)和内存计算(in-memory computing)。

  从DNA蓝图到蛋白:RNA决定拷贝数

  一个蛋白是如何由一个基因而来的呢?答案就在于RNA,这个过程需要花费几步令DNA蓝图被转录成RNA拷贝,然后这些信使RNA(mRNA)分子作为蛋白生产的模板,指导氨基酸组装成蛋白。

  在这项研究中,研究人员发现每种mRNA都能决定细胞产生的蛋白数量。

  这种“copying key”对于每种蛋白来说都是特殊的,“似乎每个mRNA分子都知道其翻译而来的蛋白的单位数量,到底是生成10个蛋白,还是100,1000个蛋白拷贝”,慕尼黑工业大学蛋白质组学和生物分析系主任Bernhard Küster教授解释道。

  “现在我们知道了许多蛋白的这一比率,这样就能根据mRNA丰度推断几乎每个组织中的蛋白质丰度,反之亦然。”

  新基因-老基因

  令研究人员感到惊讶的是,他们发现了上百种由已知基因以外DNA编码的蛋白片段,这些新发现的蛋白可能具有一些新的生物学特性和功能,但其相关性目前还不清楚。

  高分辨率全基因组芯片:CytoScan HD

  而且到目前为止大约有2000种蛋白,研究人员无法进行定位,这些蛋白根据基因图谱本应该存在的。其中一些蛋白也许只在胚胎发育时期出现,但是似乎还有许多已知基因失去了功能。这些尤其影响了嗅觉受体,这也许意味着现代人类的生存不再依赖于复杂的嗅觉系统了。

  “在这里,我们可能看到了进化的脚步”,Küster表示,“人体弃用了一些多余的基因,同时又启用了一些新的基因”。在这种情况下,也许永远都无法确定人体内究竟有多少蛋白质。

  蛋白图谱可用于预测药物敏感性

  之前的研究表明,特定的蛋白模式可以用于预测某种药物的疗效。在这个最新的研究中,科学家们又分析检测了24种癌症药物,这些药物能对35种与其蛋白图谱具有强烈相关性的肿瘤细胞株产生作用。

  Küster说,“这令我们离患者的个体化治疗又进了一步,如果我们详细了解了肿瘤的蛋白图谱,那么就能更加有靶向性的给药。而且这项研究提出的新观点,也将有助于医学研究人员研发组合药物,用于个体化治疗”。

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