线粒体蛋白质组学研究进展

1、线粒体蛋白质组学研究进展【关键词】蛋白质组【关键词】线粒体；蛋白质组0引言线粒体拥有自己的DXA(mtDNA),能够进行转录、翻译和蛋白质合成.依照人类的基因图谱，估量大约有10002000种线粒体蛋白，大约有600多种己经被鉴定出来.线粒体蛋白质只有2%是线粒体自己合成的，98%的线粒体蛋白质是由细胞核编码、细胞质核糖体合成后运往线粒体的，线粒体是真核细胞超级重要的细胞器，在细胞的整个生命活动中起着超级关键的作用.线粒体的蛋白质参与机体许多生理、病理进程，如ATP的合成、脂肪酸代谢、三竣酸循环、电子传递和氧化磷酸化进程.线粒体蛋白质结构与功能的改变与人类许多疾病相关，如退行性疾病、心脏病、衰

2、老和癌症.尤其是在神经退行性疾病方面，线粒体蛋白质的研究日趋受到关注.蛋白质组研究技术的产生与进展为线粒体蛋白质组的研究提供了有力的支持，使得从整体上研究线粒体蛋白质组在生理、病理进程中的转变成为可能.1线粒体的结构、功能与人类疾病线粒体一样呈粒状或杆状，也可呈环形、哑铃形或其他形状,其要紧化学成份是蛋白质和脂类.线粒体由内外两层膜封锁，包括外膜、内膜、膜间隙和基质四个部份.线粒体在细胞内的散布一样是不均匀的，依照细胞代谢的需要，线粒体可在细胞质中运动、变形和割裂增殖.线粒体是细胞进行呼吸的要紧场所，在细胞代谢旺盛的需能部位比较集中，其要紧功能是进行氧化磷酸化，合成ATP,为细胞生命活动提供直

3、接能量.催化三陵酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等进程所需要的一百多种酶和辅酶都散布在线粒体中.这些酶和辅酶的要紧功能是参加三竣酸循环中的氧化反映、电子传递和能量转换.线粒体具有独立的遗传体系，能够进行DA复制、转录和蛋白质翻译.线粒体不仅为细胞提供能量，而且还与细胞中氧自由基的生成、细胞凋亡、细胞的信号转导、细胞内离子的跨膜转运及电解质稳态平稳的调控等有关.许多实验证明，线粒体功能改变与细胞凋亡11衰老2、肿瘤3,4的发生紧密相关；另外，有许多人类疾病的发生与线粒体功能缺点相关，如线粒体肌病和脑肌病、线粒体眼病，老年性痴呆、帕金森病、2型糖尿病、心肌

4、病及衰老等，有人统称为线粒体疾病5.2线粒体蛋白质组学研究现状线粒体蛋白质组的蛋白质鉴定Rabilloud等6在1998年,以健康人的胎盘作为组织来源，分离提取线粒体进行蛋白质组研究，试图成立线粒体蛋白质组的数据库，为研究遗传性或取得性线粒体功能障碍时线粒体蛋白质的转变提供依据.他们利用IPG(pH)双相电泳技术，共取得1500个蛋白点.通过MALDIT0FMS和PMF等技术鉴定其中的一些蛋白点，鉴于那时基因组信息的局限性，只有46种蛋白被鉴定出来.随着人类基因组图谱的完成，应该有更多的蛋白点被鉴定出来.Fountoulakis等7从大鼠的肝脏中分离线粒体，并别离利用宽范围和窄范围pH梯度IP

5、G对线粒体蛋白质进行双相电泳，通过MALDIMS鉴定出192个基因产物，大约70%的基因产物是具有广谱催化能力的酶，其中8个基因产物第一次被检测到而且由一个点组成，而大多数蛋白质都是由多个点组成，平均1015个点对应于一个基因产物.Mootha等8从小鼠大脑、心脏、肾脏、肝脏中分离提取线粒体蛋白质，进行线粒体蛋白质组研究，他们参照己有的基因信息共鉴定出591个线粒体蛋白质，其中新发觉了163个蛋白质与线粒体有关.这些蛋白质的表达与RNA丰度的检测在专门大程度上是一致的.不同组织的RNA表达图谱揭露出线粒体基因在功能、调剂机制方面形成的网络.对这些蛋白与基因的整合分析令人们对哺乳动物生物起源的熟

6、悉加倍深切，对明白得人类疾病也具有参考价值.线粒体亚组分的研究线粒体对维持细胞的体内平稳起着关键作用，因此加速了人们对线粒体亚组分的研究.线粒体内膜不仅包括有呼吸链复合物，它还包括多种离子通道和转运蛋白.对线粒体发挥正常的功能起着重要作用.Cruz等9专注于线粒体内膜蛋白质的研究，他们通过二维液相色谱串联质谱技术鉴定出182个蛋白质，plC),MW(Mr6000527000),这些蛋白与许多生化进程相关,比如电子传递、蛋白质运输、蛋白质合成、脂类代谢和离子运输.线粒体蛋白质复合物的研究线粒体内膜上嵌有很多蛋白质复合物，关于线粒体的功能具有重要作用，应用常规的双相电泳很难将这些蛋白质复合物完整地

7、分离出来.Devreese等10采纳Bluenativepolyacrylamidegelelectrophoresis(BNPAGE)分离线粒体内膜上的五个氧化磷酸化复合物，结合肽质量指纹图谱，成功地鉴定出氧化磷酸化复合物中60%的己知蛋白质.BNPAGE在分离蛋白质复合物时能够维持它们的完整性，因此这项技术能够用于研究在不同的生理病理状态下蛋白质复合物的转变及临床诊断等.线粒体蛋白质组数据库目前人们查询最多的线粒体蛋白质组数据库有MITOP,MitoP2和SWISSPROT三种.MIT0P11是有关线粒体、核编码的基因和相应的线粒体蛋白质的综合性数据库，收录了1150种线粒体相关的基因和对

8、应的蛋白质，人们可依据基因、蛋白质、同源性、通道与代谢、人类疾病分类查询相关的信息.MitoP212数据库中要紧为核编码的线粒体蛋白质组的数据，MitoP2数据库将不同来源的线粒体蛋白质的信息整合在一路，人们能够依照不同的参数进行查询.MitoP2数据库既包括最新的数据也包括最初的MIT0P11数据库中的数据.目前数据库中要紧为酵母和人的线粒体蛋白质组的数据，以后还将收录小鼠、线虫等的数据.数据库旨在为人们提供线粒体蛋白质的综合性数据.SWISSPROT数据库包括269种人类线粒体蛋白质，其中与人类疾病相关的蛋白质有225种.数据库中有相当一部份蛋白质没有明确的定位和功能信息的描述.随着线粒体

9、研究热潮到来和蛋白质组学技术的进展，将有更多的数据被填充到数据库中.3线粒体蛋白质组研究中存在的问题线粒体碱性蛋白质与低分子量蛋白质线粒体蛋白质中，具有碱性等电点的蛋白质占有专门大比例，在等电聚焦时难以溶解，一些碱性程度专门大的蛋白质如细胞色素C(pH)在pH310的IPG胶上不能被分离出.线粒体蛋白质中相当一部份蛋白是低分子量蛋白，因此在SDSPAGE电泳时要别离应用高浓度和低浓度分离胶，以更好地分离低分子量蛋白质和高分子量蛋白质.线粒体膜蛋白质线粒体是一个具有双层膜结构的细胞器，内膜和外膜上整和有很多膜蛋白质，这些膜蛋白质关于线粒体功能的发挥具有重要作用，可是膜蛋白质具有很强的疏水性，在等

10、电聚焦时，用常规的水化液难以溶解，因此用常规的IPG胶检测不出来.换用不同的裂解液对膜蛋白的溶解具有帮忙.有研究人员在等电聚焦缓冲液中加入SB310以增加膜蛋白的溶解性.在等电聚焦前对样品进行有机酸处置也能够增加膜蛋白的溶解性.在研究中人们发觉，不同的样品应该选用不同的裂解液，没有一种裂解液能够适合于所有的膜蛋白质.针对膜蛋白质的难溶和等电聚焦时的沉淀，一些研究人员另辟径，躲开双相电泳而进行一维SDSPAGE电泳，如Taylor等13先通过蔗糖梯度离心将线粒体蛋白质分成不同的组分，而后将每一个组分进行一维电泳，一维电泳中SDS能够专门好地溶解疏水性蛋白质和膜整合蛋白质，他们鉴定出600多种线粒

11、体蛋白质，其中有很多蛋白质以前应用双相电泳没有被鉴定出来.他们鉴定的蛋白质中有很多具有跨膜结构域，如adeninenucleotidetranslocator(AXT1)和VDACs蛋白质，这些蛋白质关于调剂线粒体的功能具有关键作用而且应用常规双相电泳很难被鉴定出来.提高质谱鉴定的灵敏性关于一维SDSPAGE电泳后蛋白质分析鉴定具有专门大的帮忙，Pflieger等14应用液相色谱串联质谱(LCMS/MS)成功地鉴定出179种线粒体蛋白质，其中43%是膜蛋白质而且23%具有跨膜结构域.液相色谱串联质谱(LCMS/MS)检测灵敏度较高，SDS能够专门好地溶解膜蛋白，因此这种方式比传统的双相电泳具有

12、更高的灵敏性而且不受蛋白质等电点、分子量、疏水性的限制.线粒体样品的纯度线粒体样品的纯度关于蛋白质组分析超级重要，在样品制备的进程中，具有与线粒体相同沉降系数的成份会同线粒体一路沉降下来，如内质网、微粒体、胞浆蛋白的一些成份.这些蛋白斑点出此刻双相电泳胶上，会阻碍整体蛋白质组分析的结果.因此提高样品的纯度相当重要.Scheffler等15采纳多步percoll/metrizamide密度梯度离心纯化线粒体样品，双相电泳后鉴定出61个蛋白质，几乎全数是线粒体蛋白质.4以后展望随着人类基因组工作草图的完成，生命科学的研究进入后基因组时期，蛋白质组学的研究遂成为重点.蛋白质组学旨在采纳全方位、高通量

13、的技术线路，确认生物体全数蛋白质的表达和功能模式，从一个机体、一个器官组织或一个细胞的蛋白质整体活动来揭露生命规律，并研究疾病的发生机制、成立疾病的初期诊断和防治方式.抗体技术在线粒体蛋白质组学领域中具有重要的应用价值.单克隆抗体还具有高度的特异性，应用于亲和层析技术中不仅能够去除组织细胞样品中高表达的蛋白质成份，一样也能够富集表达量极低的组分.结合蛋白免疫转印、流式细胞术和免疫组织细胞化学，实现对相应蛋白质的定性、定量和细胞（内）定位分析.与微阵列技术（芯片）结合,能够研制出含有成百上千种抗体的蛋白（抗体）芯片，这种新技术使得研究人员能够在一次实验中比较生物样品中成百上千的蛋白质的相对丰度，

14、能够检测到样品中浓度很低的抗原，以实现蛋白质组学对复杂组分高通量、高效率的检测.某些抗体能够特异性识别蛋白质翻译后修饰的糖基化或磷酸化位点、降解产物、功能状态和构象转变，成为基因芯片检测不可替代的补充.抗体捕捉组分的分析有助于蛋白质复合物及其彼此作用的研究，也在新的蛋白质发觉和确认方面提供重要信息和证据.随着抗体技术的不断提高，抗体数量的不断增多，蛋白质组学的研究也将加倍深切.线粒体不仅参与细胞重要的生命活动，而且关于生物进化的研究也有重要意义.随着线粒体研究热潮的到来，将有更多的蛋白质被发觉，关于蛋白质功能的研究也将加倍深切,相信线粒体蛋白质组的研究关于人类疾病的发病机制和初期诊断将做出重要

15、奉献.【参考文献】1 JiangX,WangX.CytochromeCmediatedapoptosisj.AnnuRevBiochem,2004,73:87-106.2 ChenXJ,WangX,KaufmanBA,etal.AconitasecouplesmetabolicregulationtomitochondrialDNAmaintenanceJ.Science,2005,307(5710):714-717.3 PetrosJA,BaumannAK,RuizPesiniE,etal.mtDNAmutationsincreasetumorigenicityinprostatecance

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17、odimensionalelectrophoresisofhumanplacentalmitochondriaandproteinidentificationbymassspectrometry：towardahumanmitochondrialproteomeJ.Electrophoresis,1998,19:1006-1014.7 FountoulakisM,BerndtP,LangenH,etal.TheratlivermitochondrialproteinsJ.Electrophoresis,2002,23:311-328.8 MoothaVK,BunkenborgJ,OlsenJV

18、,etal.Integratedanalysisofproteincomposition,tissuediversity,andgeneregulationinmousemitochondriaJ.Cell,2003,115(5):629-640.9 CruzSD,XenariosI,LangridgeJ,etal.ProteomicanalysisofthemouselivermitochondrialinnermembraneJ.JBiolChern,2003,278(42):41566-41571.10 DevreeseB,VanrobaeysF,SmetJ,etal.Massspect

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