Nature子刊!蛋白质组学技术揭示唐氏综合症的发病机制

1、Systematic proteome and proteostasis profiling in human Trisomy 21 fibroblast cells人 21-三体综合征成纤维细胞中的系统蛋白质组和蛋白质稳定分析IF：12.353期刊：NC 技术：SWATH转录组研究背景唐氏综合症（DS）是由21号染色体的三体性（T21）引起的出生性缺陷病之一。DS表 型表现包括智力残疾、先天性心脏缺陷和阿尔茨海默病的高发生率等，而且患者的个体差异 极大。目前对于DS尚无有效的治疗药物，因此揭示DS的发病机制和分子过程，对其临床 治疗至关重要。研究结果1. T21 蛋白质组学检测为了准确量化

2、DS 中蛋白质组学的变化情况，作者选择了年龄、性别等条件相当的 11 例DS患者和11例正常个体的胎儿皮肤原代成纤维细胞，进行SWATH相对定量蛋白质组 学分析（图1）。与此同时，作者也选择了一对双胞胎个体（同卵双生，即T2N和T1DS） 的成纤维细胞同样进行转录组学数据分析（图2和图3）。本次共鉴定到4056种蛋白质，此 外在T2N和T1DS样本中加入20种“锚定蛋白”的重稳定同位素标记的多肽标准品，用于估 算已鉴定的蛋白质的绝对丰度。Aj-i Ib銅m碉隔咖瘁FUlWOlSILACfi 5WATH-F45 01 卿打嘲朋图 1T21 成纤维细胞的蛋白质组学分析a叫pHbc?nAj-i Ib

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4、bcWHt j Cui性TWi图2同卵双胞胎（T2D，T1DS）个体成纤维细胞蛋白质组学分析2. T21 蛋白质组被广泛地重塑为了评估 T21 在转录和蛋白水平上基因表达的整体影响，作者将转录组与蛋白质浓度 关联起来，发现所有生物样本之间存在中度相关性（p = 0.390.508）。鉴于稳态丰度值和 计算来源于相同的数据集，则整体的相关性表明存在着广泛的翻译后调控模式影响 mRNA 和蛋白质的表达水平（图3）。为了进一步研究T21中重要转录事件的蛋白质组学影响，作 者将蛋白质数据与Sullivan等人描述的成纤维细胞中T21的转录特征重叠，同时分析淋巴母 细胞、单核细胞和T细胞等其他细胞类型的

5、DS / N转录组数据，结果发现成纤维细胞中显 著调节的转录物在不同细胞类型之间基本上是保守的，并且显著地影响相应的69个蛋白质 水平（约有40%蛋白质是在Chr21上编码，图3c）。此外，比较不同细胞类型的整个转录组 和蛋白质组之间的相关性值R，数据表明nonChr21基因的转录反应导致了普遍的低转录物- 蛋白质相关性，这对于理解在不同细胞类型中出现的整体T21表型是很重要的。0 4 fl 6 10Log2|m：R4fl AlMjrdBnoei至厂卡U-S凸.&営D 2 4 S ICILi52|.niRMft stiurcfercej-i.$i0 fl.l i .-Q 1.5LogfllFC

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7、n图 4 Chr21 基因表达分析4.细胞器特异性蛋白表达对T21的影响为了揭示 T21 对细胞功能的蛋白质组学影响，作者对 Chr21 编码的蛋白质（最高 5和 最低 5 T1DS / T2N FC ）进行蛋白调控网络分析，这些蛋白显著富集的通路包括糖酵解、 整合素细胞表面互作、戊糖磷酸途径等（图 5）。在对正常个体蛋白进行富集分析时，观察 到强烈重叠的富集通路。这表明T21会影响常见的细胞功能。为了将 T21 扰动通路的分析扩展到转录和蛋白质降解水平，作者随后又进行了 GSEA 分析。蛋白质、mRNA和蛋白质降解层之间的交叉过程，表明在所有的三个层次中都显著 地发生改变，包括细胞周期相关功

8、能、细胞形态发生、脂蛋白代谢和线粒体细胞呼吸等（图 6）。关于 T21 中细胞器特异性基因表达控制分析，作者首先发现蛋白质在大多数细胞器中 合成后，其降解通常会微调蛋白质水平；其次，在线粒体、过氧化物酶体和溶酶体中，蛋白 质降解显著地抑制转录来以调节蛋白质表达水平；第三， T21 对核仁基因表达的影响有限； 第四，尽管核糖体相关的转录物受到抑制并且核糖体蛋白质降解加速，但细胞质核糖体蛋白 在 T21 细胞中明显上调，强烈表明核糖体相关基因的翻译率大幅增加。总而言之，作者在 多层数据基本上解剖了在 T21 非整倍体应激下每个细胞器的基因调控。FlNdFKPHIPPJAYWHAZ腮淞wfcYWHA

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