蛋白质组学

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蛋白质组学,糖基化蛋白质组学,多组学联合分析
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「青莲聚焦」多组学文献汇总,助力实现您的多层次组学需求!

2021-09-16 00:00:00



组学技术极大程度地推动了生命科学和人类健康研究的发展。随着基因组和转录组层面信息的大量解析与应用,前沿的研究者们已经开始逐渐提高了对蛋白质组、代谢组的关注度,尝试从更多生物分子层次来全面地探讨生物功能的执行与表型变化。为贴合广大研究生与青年教师的科研需求,青莲百奥推出购买蛋白组学赠送代谢组学活动,助力推动多组学联合新方法发展,实现广大科研工作者的多层次组学需求。

小编整理了以下几篇蛋白质组、代谢组的多组学研究文献,与大家分享。


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01

文献一

新型冠状病毒引起的COVID-19迅速传播成为全球卫生挑战,美国西雅图系统生物学研究所与西雅图瑞典医疗中心等多家单位联合在《Cell》上发表“Multi-Omics Resolves a Sharp Disease-State Shift between Mild and Moderate COVID-19”,确定了新冠治疗的有效时期。

研究通过采集不同严重程度的新冠患者外周血样本,对139COVID-19患者进行临床测量、免疫细胞和血浆蛋白组、代谢组与PBMC单细胞多组学综合分析,发现轻度向中度感染过程中主要发生炎症信号升高、特定代谢物与代谢进程的丢失,且多种免疫细胞表型随着病情严重程度的增加而增加。这项研究表明,新冠感染的中度阶段可能是治疗干预最有效的时机。


02

文献二

金黄色葡萄球菌菌血症(SaB)可在人类中引起重大疾病,快速预测SaB患者的反应与指导个性化治疗方案可以降低死亡率。

该研究结合蛋白质组学和代谢组学技术,对25份正常人血清、99份 SaB 幸存者血清以及76份 SaB 死亡病人的血清进行分析,从中筛选出1088个蛋白质、5280个代谢信号特征和6700个修饰肽,并进一步从中筛选出10000种特征标志进行后续深度分析。使用多种计算策略来研究血清的复杂性,完整的呈现了宿主对感染的早期反应。本研究中发现的生物标志物的预测能力远远超出了先前所报道的标志物。最后,用 SaB 小鼠模型验证了死亡率相关途径的生物学作用。结果为发展预后测试开辟了途径,该测试可以在足够早的时候识别出高危患者,从而触发严密的监测和干预措施,同时该研究提供了一个金黄色葡萄球菌菌血症(SaB)预后生物标志物的资源库。



03

文献三

前列腺癌(PCa)是全球第二常见的癌症,也是男性第二大常见恶性肿瘤,是全球男性死亡率第五高的肿瘤。其诊断方式主要基于活检的组织病理学评估,虽然活检后的治疗是个性化的,但目前仍存在治疗过度和治疗不足的显著风险,因此迫切需要生物标志物来进行风险分层。维也纳医科大学病理部Lukas Kenner研究团队在《Molecular systems biology》(IF:11.429,中科院JCR 1区)上发表题为“STAT3-dependent analysis reveals PDK4 as independent predictor of recurrence in prostate cancer”的研究论文。

研究者利用转录组学数据的基因共表达网络,以及来自人和鼠前列腺FFPE-激光显微切割样本的蛋白质组学,寻找前列腺癌潜在的风险分级生物标志物。在转录水平上显示了氧化磷酸化(OXPHOS)的上调,在蛋白质组水平上显示了TCA循环/OXPHOS的上调,这与STAT3的表达呈负相关。同时,作者鉴定到TCA循环的关键调节因子──丙酮酸脱氢酶激酶4 (PDK4)基因的表达,独立于其他诸如分级、分期和前列腺特异性抗原(PSA)水平的诊断风险因素,低PDK4是前列腺癌预后不良的一个有前景的标志物。

04

文献四

急性体育活动会导致代谢、心血管和免疫途径的一些变化。虽然研究已经检查了这些途径的选定变化,但整个系统对急性运动的分子反应尚未完全描述。来自斯坦福大学医学院遗传系的Michael.P.Snyder教授的研究团队(博士后研究员吴思主要负责该课题生物信息学部分,作为本文共同第作者)在Cell上发表了题为Molecular Choreography of Acute Exercise的研究,报道了急性健身运动对人体在分子层面的影响和所涉及到的精细编码调节的生物学过程。

该研究对36名特征良好的志愿者所收集到的血样,进行了深入细致的多组学纵向研究,包括基于血浆的蛋白组学、代谢组学、脂质组学和基于外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cellsPMBCs)的转录组学研究。多组学纵向分析揭示了几千个分子受到了急性有氧运动的影响,包括能量代谢、氧化应激、炎症、组织修复和生长因子反应,以及调节途径。同时也探讨了胰岛素抵抗的人群在运动后与正常人相比不同的分子反应。最后,发现了参与心肺运动反应的生物途径,并开发了预测模型,揭示了潜在的静息血液峰值生物标志物。该研究从多组学角度整合探讨了运动在分子层面是如何对人体产生影响的。研究的潜在转化意义在于发现有前景的有氧适能相关的生物标志物,并且阐释运动对于胰岛素抵抗病人所造成的不同影响的分子机制。


05

文献五

沙漠小球藻生命力顽强,具有极好的极端光照的胁迫响应能力,但对于光合机制如何运作及功能上限的理解仍旧不足。来自德国马克思·普朗克研究所、耶路撒冷希伯来大学、马堡大学、弗莱堡大学以及德国IPK研究所的科研人员进行了深入探讨,并在《Nature plants》上发表了题为“Multi-omics reveals mechanisms of total resistance to extreme illumination of a desert alga”的论文。该研究结合多个组学分析数据,系统讨论了沙漠小球藻在极端光照下的系统变化,进一步了解其在极端光照下的光合和生长响应机制。
研究利用转录组、蛋白质组、代谢组以及脂质组的多维度数据,建立了一个多层数据集。将多组学分析与生长、光合作用和呼吸、NADPH水平、总蛋白和细胞形态的测量数据相结合,系统研究了光合细胞对极端光照的反应。小球藻可以利用突然产生的过剩还原力和碳,来进行生长和物质储备,而翻译后氧化还原调节在这种快速反应过程中起着至关重要的作用。


06

文献六

准确预测分娩时间有利于保障新生儿及母体的健康,因此分娩时间的预测具有很高的临床重要性。随着妊娠进入分娩阶段,母体免疫、代谢和内分泌系统发生重大转变,并在分娩时达到顶峰。分娩前母体生物学的综合特征是理解这些生理转变和识别预测分娩的生物标志物的关键。 来自美国斯坦福大学医学院的Brice Gaudillière及其研究团队在Science Translational Medicine在线发表了题为“Integrated trajectories of the maternal metabolome, proteome, and immunome predict labor onset”的文章。通过代谢组学、蛋白质组学和免疫组学对自然分娩的女性进行纵向研究,通过多组学数据建立了对于孕妇分娩开始时间的预测模型,该研究为开发基于血液来进行分娩日期的预测方法奠定了基础。

作者收集了63位孕妇(53位训练集,10位测试集)在分娩前100天内的全血和血浆样本,通过代谢组学和蛋白质组学鉴定到了3529种代谢物和1317种蛋白质,通过质谱流式实验提取到了2296个单细胞免疫特征,包括41个免疫细胞亚型。整合代谢组学、蛋白质组学和免疫组学的多组学数据信息进行建模,通过LASSO回归对单组学建模并通过SG进行整合用以高精度的预测TL,并成功推广到了早产时TL的预测。以多组学为手段的生物学途径的动态行为分析,揭示了产前动力学的改变,并发现了与产前炎症相关的重要调节因子。


07

文献七

代谢性疾病是社会的一个日益沉重的负担,导致随后的心血管疾病和癌症引起的发病率和死亡率上升,间歇性禁食已成为治疗代谢性疾病的一种流行的方法。肝脏作为禁食反应器官,且具有多种重要代谢功能,可介导间歇性禁食的许多有益作用,但间歇性禁食对肝脏的分子调控机制尚不清楚。澳大利亚悉尼大学的Mark Larance研究团队在Cell Reports上发表了题为Multi-omics Analysis of the Intermittent Fasting Response in Mice Identifies an Unexpected Role for HNF4ɑ的研究论文。研究人员利用多组学分析的方法探究EODF干预措施对小鼠肝脏蛋白质的调控途径。
该课题组对8周龄的C57BL/6J雄性小鼠(EODF小鼠)实施了EODF方案,在一开始的24小时内让小鼠自由进食,然后在接下来的24小时内,移走所有的食物。EODF方案实施的周期是12天。而后研究人员利用多组学分析的方法探究EODF干预措施对小鼠肝脏蛋白质的调控途径。他们发现,EODF小鼠的肝脏蛋白质发生了多种明显的变化,但是单次进食对蛋白质并没有影响。关键的是EODF会同时诱导脂肪酸的合成以及脂肪酸的氧化,降低肝脂肪变性,连同氧化应激防御系统的激活,EODF有助于提高葡萄糖耐量和寿命。GO分析显示,EODF会抑制HNF4ɑ的表达,从而使胆汁合成酶和分泌蛋白的表达下调,如ɑ1-抗胰蛋白酶或炎症相关蛋白。

研究分析了间歇性禁食对肝脏代谢的影响,间歇性禁食增加脂肪酸氧化以及促进氧化应激防御系统的激活,并且降低IGF-1水平,延长小鼠的寿命。这项研究的发现将帮助从事肿瘤,心血管和糖尿病研究的医学研究者开发新的干预措施,以降低疾病发生的风险并揭示禁食的最间隔时间。




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