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多组学新趋“饰”｜4D蛋白组+修饰组+代谢组创新应用方案（下）

精准医学与蛋白组学

2022.3.01

上篇文章多组学新趋“饰”｜4D蛋白组+修饰组+代谢组创新应用方案（上）（点击跳转原文）我们了解到蛋白组+代谢组这对“黄金搭档”的神奇魅力，通过相互验证和相互补充，能够更好地解释疾病或外界刺激的分子机理和不同组学对通路的调控机制。

蛋白质翻译后修饰是蛋白质功能与代谢调节的关键机制。一方面，乳酸、乙酰乙酸、琥珀酸等代谢物是翻译后修饰的前体，通过多种途径介导蛋白质发生翻译后修饰。另一方面，机体通过修饰转录因子间接调控代谢基因的表达，更是能通过修饰代谢酶直接调控代谢流量。

图代谢物引起翻译后修饰（Gianluca Figlia, et al, Dev Cell)

因此，景杰生物独特 “蛋白组、修饰组、代谢组” 三组联合应用方案，通过比较蛋白组+修饰组+代谢组三者之间的异同与相关关系，能够更进一步地系统全面地解析生物分子功能，更深入揭示蛋白质、翻译后修饰与代谢物间的潜在调控机制。

应用案例

蛋白组+修饰组+代谢组

Cell：蛋白组+修饰组+代谢组揭示菌血症早期预测和致病的分子特征（点击跳转原文）

Mortality risk profiling of Staphylococcus aureus bacteremia by multi-omic serum analysis reveals early predictive and pathogenic molecular signatures

该研究运用TMT蛋白质组学+修饰组+非靶代谢组产品组合，对200余份金黄色葡萄球菌菌血症（SaB）患者血清样本进行分析，描述了宿主在感染早期产生的免疫应答生物标志物全景，提供了通过进一步的标志物解析预测患者死亡风险的可能性。

实验设计

收集正常人（25例）、SaB幸存患者（99例）以及SaB死亡患者（76例）的血清样本，使用TMT定量蛋白质组学、翻译后修饰以及代谢组学方法进行分析，全面揭示SaB宿主-病原体相互作用。

通过多组学方法，研究定义了许多可以准确预测 SaB 患者死亡率的特征和多变量模型。这些特征可以与先前报道的细胞因子标志物配对，用更敏感的免疫测定法进行量化，以提高预后价值。

修饰组学研究鉴定到多种与SaB相关的翻译后修饰，其中糖肽可作为更精确的生物标志物，并揭示了死于感染的患者血清蛋白的氨甲酰化。相比蛋白及代谢物，修饰肽显示出更强的预测能力。

图 SaB患者血清的蛋白多组学分析

（点击图片跳转原文）

蛋白组+磷酸化修饰组+乙酰化修饰组+代谢组

Cell Metab：线粒体蛋白质乙酰化调控运动的最大氧化能力

Maximal oxidative capacity during exercise is associated with skeletal muscle fuel selection and dynamic changes in mitochondrial protein acetylation

实验设计

该研究运用蛋白组+磷酸化修饰组+乙酰化修饰组+代谢组的组合产品，揭示了体能与代谢和翻译后修饰的重要关系。代谢组研究发现运动能力大鼠表现出更加高效的运动燃料选择，修饰组研究发现，高运动能力大鼠具有更强的线粒体蛋白去乙酰化能力。线粒体蛋白的去乙酰化可能是驱动运动体能和高效燃料选择的原因。

代谢组分析：在休息（0 分钟）、10 分钟（LCR 的平均耗尽时间）和 45 分钟（HCR 的平均耗尽时间）对大鼠亚组 (n=4-6) 进行采样，对其血浆和腓肠肌中的代谢物进行分析。研究发现，高运动能力大鼠表现出更加高效的运动燃料选择，其糖原消耗延迟，脂肪酸消耗增强，支链氨基酸利用率增强。

蛋白组分析：能源物质的选择受酶可用性和活性的控制，因此研究人员进一步在休息和运动 10 分钟后，从 HCR 和 LCR 趾长伸肌中分离线粒体，运用蛋白组+磷酸化修饰组+乙酰化修饰组技术进行分析。研究发现，高运动能力大鼠具有更强的线粒体蛋白去乙酰化能力，而该去乙酰化能力可能是驱动高效燃料选择的原因。

进一步将得到的数据与MitoCartaDB线粒体蛋白质数据库进行比对，结果表明xanthone上调了线粒体结构相关基因，而control组细胞则更多地富集了线粒体翻译相关基因（下图N）。总之，研究结果阐明了黄原酮代谢重组巨噬细胞，使其恢复线粒体的适应性和有限的NLRP3炎症体激活。

图线粒体蛋白质乙酰化调控运动的最大氧化能力

参考文献

1. Contrepois K, et al. 2020. Molecular Choreography of Acute Exercise. Cell.

2. Overmyer K , et al. Maximal Oxidative Capacity during Exercise Is Associated with Skeletal Muscle Fuel Selection and Dynamic Changes in Mitochondrial Protein Acetylation. Cell Metabolism.