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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磷酸化蛋白质组学

磷酸化蛋白质组学

  • 所属分类:修饰蛋白质组学
  • 浏览次数:
  • 发布日期:2022-07-15 15:59:03
  • 产品概述
  • 案例解析

蛋白质磷酸化修饰是生物体内重要的共价修饰方式之—。蛋白质的磷酸化和去磷酸化这—可逆过程调节着包括细胞增殖、 发育、 分化、 信号转导、 细胞凋亡、 神经活动、 肌肉收缩及肿瘤发生等过程在内的所有生命活动。 在哺乳动物细胞生命周期中,大约有1/3的蛋白质发生着磷酸化修饰。


技术原理

蛋白质磷酸化可以发生在多种氨基酸上,其中以丝氨酸(S)多、苏氨酸(T)次之、酪氨酸(Y)相对较少。利用金属氧化物TiO2对磷酸基团的亲和能力可以实现对含有S,T,Y磷酸化肽段的富集同时结合LC-MS/MS蛋白质定量的方法,实现大规模磷酸化蛋白质定性定量分析。

磷酸化蛋白组学与labelfree技术联用流程图



技术优势

1.相关领域专业技术团队;

2.经验丰富的实验操作人员,富集效率>90%;

3.自主研发改进的具有技术领先地位的操作方法;

4.动物植物多种案例经验累积;

5.人才济济的生物信息分析团队。


应用领域

基础医学、临床诊断:生物标志物,疾病机理机制,疾病分型,个性化治疗等; 

生物医药:药物作用机理,药效评价,药物开发等;

微生物领域:致病机理,耐药机制,病原体-宿主相互作用研究等; 

海洋水产:渔业资源,海水养殖,渔业环境与水产品安全等;

食品营养:食品储藏及加工条件优化,食品组分及品质鉴定,功能性食品开发,食品安全监检测等。


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药物靶点(Drug Target)是指体内具有药效功能并能被药物作用的生物大分子,作为药物靶点的主要蛋白家族就有GPCR受体,离子通道、核受体、激酶等。自21世纪以来,基于靶点的药物发现模式逐渐取代了传统的基于药物化学结构的发现模式,成为现代创新药物研发的主流模式。

因此,事先确定靶向特定疾病有关的靶点分子是现代新药开发的基础。针对靶点的研究可以清楚疾病症结所在,从而确定了新药的研发方向。此外靶点的研究还有助于了解药物作用机制,进而对已有药物进行改造,研发出毒性更小、选择性更强、治疗效果更好的新药。

既然靶点研究如此重要,那么该如何去发现这些靶点呢?今天小编就给大家梳理下如何利用组学手段去筛选药物靶点以及研究药物作用机制!

头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)是全球第六大常见的上皮恶性肿瘤,大致可以分为HPV阳性和HPV阴性两种亚型。其中HPV阴性群体占所有HNSCC75%左右,与HPV阳性HNSCC群体相比,具有独特的分子特征和更差的预后,然而对其系统性的分子层面研究仍然相对较少。

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今天和大家分享的是来自贝勒医学院、约翰·霍普金斯大学和美国国家癌症研究所(CPTAC)科学团队在Cancer Cell杂志(IF=26.602)上发表了题为“Proteogenomics offers insight to treating head and neck squamous cell carcinoma”的研究论文。利用蛋白质组学磷酸化蛋白质组基因组学转录组技术对108HPV阴性HNSCC进行分析,通过多组学联合对HPV阴性HNSCC分型,并提供了遗传变异的功能见解,对HPV阴性HNSCC患者的精确治疗具有实际意义。


技术策略

       110例未经治疗的原发性HNSCC肿瘤和配对的血液样品以及66例配对的癌旁正常组织(NAT)。样品进行全外显子测序(WES),全基因组测序(WGS),甲基化阵列,RNA测序(RNA-seq)microRNA测序(miRNA-seq)TMT定量的蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析。


结果速递


1.多组学联合分析HNSCC

蛋白质组分析鉴定到11744个蛋白,磷酸化蛋白质分析鉴定到8133个磷酸化蛋白及97210个磷酸化肽段。PCA分析显示蛋白质组和磷酸化蛋白质组数据上都能将肿瘤和NAT分开(图1B和1C)。基因层面,108例肿瘤中蛋白质与RNA丰度之间的相关系数为0.52,在样品层面为0.43。参与形成大型蛋白质复合物的基因,例如与补体激活、氧化磷酸化和转录起始相关的基因具有较低的蛋白质-RNA 相关性(图 1D)。在基于共表达的基因功能预测中,蛋白质数据大大优于 RNA 数据(图 1E),表明在决定基因功能方面,蛋白水平调节具有关键作用。研究人员还分析了遗传变异对同源蛋白质的影响。


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图1:多组学联合分析HNSCC


作者比较了63例肿瘤和配对NAT,鉴定到了与HNSCC相关的转录本、蛋白质和磷酸化位点。结果发现预后差的蛋白质/磷酸化蛋白富集的通路包括DNA复制、细胞周期和RNA加工,表明体细胞拷贝变异(SCNA)与不良预后之间存在潜在的关系。


2.Rb通路的蛋白基因组分析

最常见影响细胞周期蛋白 D-CDK4/6-Rb 通路的遗传变异包括 CDKN2A 缺失(57%)和突变(27%)以及 CCND1 扩增(32%)(图2A)。肿瘤中CCND1 扩增通常与CCND1的RNA 和蛋白质水平升高有关(图2B和2C)。为了评估 CDKN2A 畸变和 CCND1 扩增对 CDK4/6-Rb 信号传导的影响,研究人员定义了三组即通路基因为野生型的样本含CDKN2A的杂合缺失(n=13)、p16畸变影响RNA表达但无CCND1扩增的样本(n=36)、p16畸变和CCND1扩增的样本(n=26),分析其平均磷酸化水平(Rb 磷酸化位点评分)(图2D)。结果说明CDKN2A和CCND1畸变并不总是导致CCND1蛋白和CDK4/6活性的增加。

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图2:细胞周期蛋白D-CDK4/6-Rb途径的蛋白基因组分析



从RNA数据推断的Rb磷酸化位点评分与E2F活性分数和多基因增殖分数(MGPS)显著相关(相关系数 = 0.50 和 0.47)(图2E)。然而,一些具有低Rb磷酸化位点评分的样品具有高E2F活性和MGPS,表明除了CDK4/6介导的磷酸化外,细胞周期的激活还通过其他机制进行。此外,研究人员还通过构建HPV阴性HNSCC患者异种移植(PDX)模型验证Rb对CDK4/6靶向的临床相关性。这些结果均支持了磷酸化Rb或总的Rb可以作为HPV阴性HNSCC中CDK4/6抑制剂的标志物的假设。


3.多组学亚型和靶向治疗

通过整合多组学数据,使用无监督聚类分析将肿瘤分为cluster I II III(图3A),每种亚型分别与之前的RNA亚型分类进行相关性分析,发现显著相关。为了检验这些亚型在指导治疗选择中的效用,作者评估了它们与HNSCC靶向治疗生物标志物的相关性(图3B)。发现有32%的CIN肿瘤、62%的Basal肿瘤和83%的Immune肿瘤分别具有CDK抑制剂,EGFR mAb和免疫疗法的巨大治疗潜力。

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图3:整合多组学的分型和亚型特异性的靶向治疗


此外,研究人员通过分析转录组和磷酸化蛋白质组学数据均表明EGFR配体而非EGFR本身是EGFR途径激活的限制因素。因此,作者提出在选择HNSCC患者进行抗EGFR mAb治疗时应使用EGFR配体丰度,而不是EGFR扩增或过表达。


总结

总之,本项研究利用了多组学联合分析扩展了对HPV阴性HNSCC的生物学理解,并提出了治疗假设,这些假设可以作为未来针对这种侵袭性癌症类型的分子引导精确治疗的临床前研究奠定基础。

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