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1、蛋白质组学Proteomics,硕士生学位课程：,总学时数：36 教学目的和要求 1. 掌握蛋白质组与蛋白质组学的基本概念，基本理论与基本方法。 2. 熟悉蛋白质组研究的关键技术。 3. 熟悉利用蛋白质组研究策略设计研究课题的基本思路。 4. 培养开展临床蛋白质组学与疾病蛋白质组学研究的基础能力。,按照课程的总体要求，将课程分为12个专题进行讲授：,1、蛋白质组与蛋白质组学 2、蛋白质组学研究中的样品制备与分离技术 3、生物质谱 4、蛋白质研究的其它方法（1） 5、蛋白质研究的其它方法（2） 6、临床蛋白质组学与疾病蛋白组学 7、药物蛋白质组学及其临床应用,8、血浆/血清蛋白质组学和体液蛋白质
2、组学 9、亚细胞蛋白质组学及研究进展 10、心血管系统与消化系统疾病蛋白质组学 11、神经系统蛋白质组学 12、临床肿瘤蛋白质组学,授课教师,第1讲: 邱宗荫 教授 第2讲: 颜玉蓉 副教授 第3讲: 母昭德 副教授 第4讲: 周 兰 教授 第5讲: 张雪梅 教授 第6讲: 冯 涛 教授,第7讲: 张雪梅 教授 第8讲: 何於娟 副教授 第9讲: 颜玉蓉 副教授 第10讲: 冯 涛教授 第11讲: 周 兰教授 第12讲: 周 兰教授,参考教材与文献,主要参考教材： 邱宗荫，尹一兵 等 编著，临床蛋白质组学。科学出版社，2008.4。 其它参考教材： 1、R.J.Simpson. Protein
3、s and Proteomics : A Laboratory Manual.（影印版）。科学出版社，2003。,2、R.J.Simpson. Purifying Proteins for Proteomics. （影印版）。科学出版社，2004。 3、夏其昌 曾 嵘 等编著。蛋白质化学与蛋白质组学。科学出版社，2004。 4、陈主初 肖志强 主编。疾病蛋白质组学。化学工业出版社，2006。,主要参考杂志,1、Proteomics(WILEY-VCH Verlag GmbH GPI, glycosylphosphatidylinositol; Me, methyl group; P, phos
4、phoryl group; Ub, ubiquitin.,蛋白质的糖基化是低聚糖以糖苷的形式与蛋白上特定的氨基酸残基共价结合的过程。,Glycosylation：Carbohydrates added to basic protein structure,Folded protein structure (schematic),葡萄糖（Glc）,甘露糖（Man）,半乳糖（Gal）,N-乙酰葡糖胺（GlcNAC）,唾液酸，泛指的（Sia）,泛素与泛素化,以色列科学家阿龙切哈诺沃(Aaron Ciechanover, 1947-) 、阿夫拉姆赫什科（Avram Hershko, 1937-）和美国
5、科学家欧文罗斯（Irwin Rose, 1926-）因在“泛素调节的蛋白质降解”方面的出色研究而获得2004年诺贝尔化学奖。 这三位科学家发现，一种被称为泛素的多肽在需要能量的蛋白质降解过程中扮演着重要角色。这种多肽由76个氨基酸组成，它最初是从小牛的胰脏中分离出来的。它就像标签一样，被贴上标签的蛋白质就会被运送到细胞内的“垃圾处理厂”，在那里被降解。,泛素与泛素化,泛素: 泛素（Ubiquitin）是由76个氨基酸组成的高度保守的多肽链,因其广泛分布于各类细胞而得名。 泛素化:泛素共价地结合于底物蛋白质的赖氨酸残基，被泛素标记的蛋白质将被特异性地识别并迅速降解，泛素的这种标记作用是非底物特异
6、性的。泛素化是细胞维持对那些受组成型调节和环境刺激产生的蛋白质水平的基本调节方式。 泛素-蛋白酶体途径: 是真核细胞内重要的蛋白质质控系统，参与调节细胞周期进程，细胞增生与分化，以及信号传导等多种细胞生理过程，因此细胞内蛋白质泛素化降解是蛋白质重要的转录后修饰方式之一。,Ubiquitin: Proteins are usually tagged for selective destruction in proteolytic complexes called proteasomes by covalent attachment of ubiquitin, a small, compact,
7、highly conserved protein.,An isopeptide bond links the terminal carboxyl of ubiquitin to the -amino group of a lysine residue of a condemned protein.,Ubiquitin Isopeptide Bond,Target protein,Target lysine e-amino group,Ub carboxy terminus,Ubiquitination,大量研究证实，这种泛素调节的蛋白质降解过程在生物体中的作用非常重要。通常有30新合成的蛋白质
8、通过泛素化被销毁。因此，可以认为，泛素化是一个把关的过程，如果它把关不严，就会使一些不合格的蛋白质蒙混过关；如果把关过严，又会使合格的蛋白质供不应求。这都容易使生物体出现一系列问题。比如，P53蛋白质可以抑制细胞发生癌变，但如果对P53蛋白质的生产把关不严，就会导致人体抑制细胞癌变的能力下降，诱发癌症。 泛素调节的蛋白质降解在生物体中如此重要，因而对它的开创性研究也就具有了特殊意义。目前，在世界各地的很多实验室中，科学家不断发现和研究与这一降解过程相关的细胞新功能。这些研究对进一步揭示生物的奥秘，以及探索一些疾病的发生机理和治疗手段具有重要意义。,泛素化过程(死亡之吻),Phosphoryla
9、tion,磷酸化是通过蛋白质磷酸化激酶将ATP的磷酸基转移到蛋白的特定位点上的过程。大部分细胞过程实际上是被可逆的蛋白磷酸化所调控的, 至少有30%的蛋白被磷酸化修饰。 磷酸化的作用位点为蛋白上的Ser, Thr, Tyr残基。在磷酸化调节过程中酶，细胞的形态和功能都发生改变。 可逆的磷酸化过程几乎涉及所有的生理及病理过程，如细胞信号转导、肿瘤发生、新陈代谢、神经活动、肌肉收缩以及细胞的增殖、发育和分化等。,Acetylation,乙酰化也是细胞内蛋白质翻译后修饰的一种重要形式。组蛋白等许多蛋白都可以发生乙酰化。,Palmitoylation棕榈酰化,十六(烷)酰化),蛋白质棕榈酰化是蛋白质翻
10、译后脂质共价修饰的一种重要形式, 对象主要是胞质蛋白质。对蛋白质功能产生多重影响。,磷酸化,棕榈酰化,糖基化,损伤,损伤,泛素化,泛素化,Approximately 200 different types of posttranslational modifications have been reported.,The life cycle of a protein,Factoren die bijdragen aan de complexiteit van het proteoom,Alternatieve splicing -/+ + +,multi- domein eiwitten +
11、 + +,Fosforylering,Glycosylering,Acetylering,Carboxylering,Sulfatering,Proteolytische,Klieving,Myristoylering,ADP-ribosylering,Ubiquitinering,Proteome complexity,30 000多个基因,120 000种可能的mRNA,24 000 000种可能的蛋白质同型异构体 (protein isoforms),预计有2 000 000种行使功能的蛋白质,46种可变剪切形式,200种的翻译后修饰(PTM)方式,预计的基因组与蛋白质组的数量关系,蛋白
12、质组与基因组的重要差别之二：时空性,在测定基因组的DNA序列时不需要考虑时空的影响。在蛋白质组的研究中，时间和空间的影响都是不可忽略的。 1. 在个体发育的不同阶段或细胞的不同活动时期，细胞内产生的蛋白质种类是不一样的。 2. 不同蛋白质的寿命也不一样。有些蛋白质在合成后成为细胞的结构成分，相当稳定；而有些蛋白质在产生后被用来进行某种细胞活动，比如基因转录的调控，工作一旦完成就被迅速降解。,3. 不同的蛋白质通常分布在细胞的不同部位，它们的功能与其空间定位密切相关。要想真正了解蛋白质的功能，通常还需要知道蛋白质所处的空间位置。 4.更为重要的是，许多蛋白质在细胞里不是静止不动的，它们在细胞里常
13、常通过在不同亚细胞环境里的运动发挥作用。例如细胞周期的调控过程、细胞的信号转导和转录调控，都依赖于蛋白质空间位置的变化和运动。 因此，在进行蛋白质组分析时，需要把时间和空间作为重要的参数。,http:/micro.magnet.fsu.edu/cells/animals/animalmodel.html,蛋白质间主要以相互作用的形式参与生命活动。也许可以说，不与其他蛋白质发生作用的“孤立蛋白质”根本就不存在。 蛋白质之间的相互作用大致有三类 一、与生命活动相关的蛋白质相互作用网络； 二、结构型或功能型蛋白质复合体的形成，包括：多亚基蛋白质、多成分的蛋白质复合物等； 三、控制着重要细胞内活动的、
14、瞬时的蛋白质相互作用。,蛋白质组与基因组的重要差别之三：相互作用,Anne-Claude Gavin, et al. Nature, 2002, Vol. 415, p141-147,Functional organization of the yeast proteome by systematic analysis of protein complexes,The protein complex network, and grouping of connected complexes.,作者提出,真核生物蛋白质组是一个多蛋白复合体网络. 图中不同的彩色代表不同的多蛋白复合体,如:细胞周期;
15、信号传导;转录;DNA保持;染色体结构;蛋白质和RNA运输;RNA代谢;蛋白质合成;能量代谢;膜生物合成等.,英国、德国及丹麦科学家近日研究表明，人类和果蝇等简单有机体的巨大差别不在于基因数，而在于他们体内蛋白质相互作用（protein interactions）的数量。研究人员将人体内蛋白质相互作用的总数称作“人类相互作用组”（human interactome），意在与人类基因组相比较。 在最新的研究中，英国伦敦帝国理工学院生命科学系的Michael Stumpf和同事设计了一种新颖的数学工具，结合相关数据能够估计出一个有机体蛋白质相互作用网络的尺寸。 结果显示，人体内蛋白质相互作用的数量
16、大约为65万，是果蝇的10倍，是单细胞酵母等的20倍。这与之前基因数的比较结果相差巨大人类的基因数与果蝇的基因数相比，二者相差不到2倍。 Stumpf说：“仅仅了解人类基因组肯定不足以解释我们与其它物种的差别。我们的研究表明，蛋白质相互作用应该是一把开启生物体之间差别程度原因之锁的钥匙。”,人体内蛋白质相互作用的数量Michael P.H.Stumpf, et al. Estimating the size of the human interactome. PNAS, 2008, 105: 6959-6964,蛋白质相互作用的网络图谱,德国海德堡的科学家Erich E. Wanker等为系统检测人类蛋白质间相互作用，选择了4 456个诱饵蛋白和5 632个猎物蛋白，采用酵母双杂交方法进行研究。结果
