百花齐放 | 2021蛋白组学前沿文章与技术精选回顾——单细胞篇

精准医学与蛋白组学

2022.1.12

景杰生物

PTM BIO

2021

！年度回顾

岁末又至，我们的年度盘点也如约而来

2021年，蛋白质组学

尤其是修饰组学研究依旧在蓬勃发展

在此，我们为大家汇总了

2021年度蛋白组学领域重要文章系列解读

以飨读者

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//Two. 修饰组（点击阅读）

/ 编者按 /

过去十年，单细胞组学技术的爆炸式增长，革命性地改变生物学研究。但单细胞层面研究主要集中在细胞成像和基因组和转录组测序分析，无法对蛋白质深度、翻译后修饰、蛋白质组动力学，这些与表型更直接相关的特征，进行深入表征很高的价值的分析。

2021年，随着单细胞蛋白质组学(single-cell proteomics）技术与应用文章的涌现，多次见刊CNS等顶级期刊。由此代表着行业对单细胞蛋白质组学的企盼与关注，单细胞蛋白组真正意义上从“梦想”成为“现实”。本期我们带来了2021年度单细胞蛋白组相关精选文章，希望能为广大科研工作者提供新的思路和见解。

// Three. 单细胞蛋白组精选文章解读

01. 单细胞蛋白质组学揭示细胞周期时空蛋白图谱 (Spatiotemporal dissection of the cell cycle with single-cell proteogenomics.)发表期刊：Nature (IF= 49.962)发表时间：2021年2月24日研究团队：瑞典皇家理工学院Emma Lundberg教授团队研究内容：研究者运用单细胞蛋白质组学技术，结合单细胞转录组学以及细胞周期中单个细胞的精确时间测量，首次报道了人类蛋白质组异质性的时空图谱，加速人类细胞周期和细胞增殖的分子研究。
研究发现大约五分之一的人类蛋白质组表现出细胞间的可变性，识别了数百种与有丝分裂和细胞周期有关的以前未知的蛋白质，并提供了证据证明这些蛋白质中有几种具有致癌功能。同时还发现细胞周期对遗传上相同的细胞中细胞间蛋白质组变异的贡献不到一半，且这些循环蛋白中的大多数是翻译或翻译后调节。这些蛋白被调节细胞的激酶磷酸化，而在细胞之间变化的非周期蛋白更可能被调节代谢的激酶修饰。

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02. CoTECH新技术实现单细胞多维表观重构 (Single-cell joint detection of chromatin occupancy and transcriptome enables higher-dimensional epigenomic reconstructions.)

发表期刊：Nature Methods (IF=28.546)

发表时间：2021年5月6日

研究团队：北京大学-清华大学生命科学联合中心研究员何爱彬研究组

研究内容：研究报道了一种新型高通量和高质量的名为CoTECH (combined assay of transcriptome and enriched chromatin binding)的单细胞双组学技术。CoBATCH实现在单个细胞中，同时捕获特定的组蛋白修饰或者转录因子结合以及转录组，为染色质占据和转录的单细胞共分析提供了有效的框架，从而实现了更高维度的表观基因组重建。

研究人员使用CoTECH来测试了二价组蛋白标记，并破解了H3K4me3/H3K27me3与转录水平之间特定的相互作用，从而在伪单细胞中获得并存的二价标记。随后揭示了造血干细胞活化的转录调控具有独特的表观遗传控制。

03. 利用离子电流提取再定量法(IceR)提高单细胞蛋白质组检测性能(IceR improves proteome coverage and data completeness in global and single-cell proteomics)
发表期刊：Nature Communications (IF= 14.920)发表时间：2021 年 8 月 9 日研究团队：德国癌症研究中心Jeroen Krijgsveld教授团队研究内容：该文章提出了一种高效且用户友好的量化工作流程——离子电流提取重新量化（IceR），将离子电流信息用于混合肽鉴定传播方法。IceR可以大大提高基于4D-DDA 的定量无标记真·单细胞蛋白质组学的数据完整性和质量。
该方法独特地结合了以下特点：（1）混合 PIP 策略，融合了基于特征和基于离子的 PIP，从而结合了两种方法的优势；(2) 稳健的 2 步特征对齐，结合基于全局建模和局部特征特定核密度估计 (KDE) 的对齐，允许狭窄和特定特征的 DICE 窗口。因此，这解决了与其他对齐方法相关的几个关键限制；(3) 处理 tims-TOF 数据以利用 IM 作为特征检测和对齐的附加维度的能力；(4) 基于声音诱饵特征的评分方案，用于评估量化的可靠性并将肽的真实存在与随机离子的出现区分开来；(5) 一种优越的基于噪声模型的插补方法，可以准确估计低丰度肽和蛋白质的比率。
将其应用于血浆和单细胞蛋白质组学数据发现IceR 增加了可靠量化的蛋白质的数量，提高了单细胞群之间的可辨识性。IceR 将有助于提高大规模全球和低输入蛋白质组学应用程序的性能。

04. 单细胞蛋白质组学揭示白血病干细胞异质性 (Quantitative single-cell proteomics as a tool to characterize cellular hierarchies.)
发表期刊：Nature Communications (IF= 14.920)发表时间：2021年6月7日研究团队：哥本哈根大学生物技术研究与创新中心Bo T. Porse教授研究内容：本研究运用基于质谱的单细胞蛋白质组学分析方法，该方法在不依赖抗体进行蛋白质鉴定的情况下对单细胞蛋白质组进行全局表征的工作流程以及计算，为实现蛋白层面的单细胞分析并揭示细胞发育及分化过程奠定了基础。
通过对原代急性髓系白血病 (AML) 细胞群进行单细胞蛋白质组分析，描绘了其单细胞层面的细胞发育及分化情况变化图谱，发现单细胞蛋白质组分析有效区分了不同发育进程。

05. 利用单细胞蛋白质组学质谱新技术分析巨噬细胞异质性(Single-cell proteomic and transcriptomic analysis of macrophage heterogeneity using SCoPE2.)
发表期刊：Genome Biology (IF= 13.584)发表时间：2021年1月27日研究团队：美国东北大学的Nikolai Slavov教授团队研究内容：该研究报道了结合Minimal ProteOmic sample Preparation (mPOP)样本处理和TMT标记方法的单细胞蛋白质组方法。优化后的方法流程，可以在10天的仪器时间内对1490个单核细胞和巨噬细胞中的3042种蛋白质进行定量，这些定量的蛋白质使得能够按细胞类型区分单细胞。研究运用单细胞蛋白质组学方法对单个哺乳动物细胞进行分析，揭示了细胞分化过程中的单细胞层次的蛋白质丰度和异质性。

06. 基于嵌套式纳米孔芯片的高通量高效单细胞蛋白组学样品制备方法(High-throughput and high-efficiency sample preparation for single-cell proteomics using a nested nanowell chip)
发表期刊：Nature Communications (IF= 14.920)发表时间：2021年10月29日研究团队：美国西北太平洋国家实验室朱瑛教授研究内容：该研究开发了一种基于嵌套N2芯片的高通量和简化的单细胞蛋白质组学样品制备流程。与之前的芯片相比，N2芯片将纳米孔体积减少到约 30 nL，并将蛋白质/肽样品的回收率提高了230%；消除了繁琐的样品合并步骤，显著简化了基于TMT的同量异位素标记流程；可在单个微芯片中分析243个单细胞，比之前多5倍。
该工作对于研究细胞分化、肿瘤异质性，并从临床标本中识别稀有细胞群具有重要促进作用。未来可以扩展到其他功能蛋白质组学测量，例如蛋白质翻译后修饰、蛋白质-蛋白质相互作用和细胞特异性蛋白质组。

// 文末彩蛋 //

单细胞蛋白质组学是蛋白质组学技术发展中“皇冠上的明珠”，是科学家们孜孜以求追逐的梦想。2021年7月，美国国立卫生研究院宣布为单分子和单细胞蛋白质组学的技术开发提供约2000万美元的资金，可见，国际上对单细胞蛋白组学研究的重视。
而在国内市场，景杰生物作为蛋白质组学领域的领军企业，业已率先推出【真·单细胞蛋白质组学】分析，实现低至单个细胞的蛋白质组全发现分析，将助力生命科学与医学领域的全新突破。更多详情请拨科服热线（400-100-1145）或咨询当地销售工程师。