蛋白质组学研究-多肽阵列技术及其应用

蛋白质组学研究--------多肽阵列技术北京博肽健诺威生物技术有限公司2011年11月主要内容背景介绍蛋白质组学多肽阵列技术多肽阵列技术应用背景介绍生命科学回顾1847Schleiden和Schwann细胞学说1859Darwin物种起源－－进化论1866Mendel孟德尔遗传定律1870-80sMiesher核酸物质－－核素1910-1913Morgen基因理论－－基因连锁1910Kossel分离出腺嘌呤、胸腺嘧啶和组氨酸1940-50sGriffich和Avery肺炎双球菌转化试验－DNA是遗传物质1953Watson和CrickDNA双螺旋模型1950sMcClintock跳跃基因1954Crick中心法则1960OchoaRNA聚合酶Jacob和Monod乳糖操纵子模型1966Nirenberg遗传密码生命科学回顾1966GellertDNA连接酶1970Smith限制性内切酶1970Temin逆转录酶1972Berg首次DNA重组1977Sanger和Gilbert首次DNA序列分析1981首次获得转基因动物（小鼠）1983首次获得转基因植物（烟草）1984人类基因组计划设想1986基因工程生物（GMO）首次环境释放1989美国首次接受GMO的专利申请1994转基因西红柿作为商品面世1997克隆羊Dolly诞生2001人类基因组框架图完成

……1995流感嗜血杆菌

1830Kb1997酵母12.7Mb1998线虫

9700Kb2002水稻~430Mb2001人~3Gb2000果蝇137Mb目前已经完成测序的基因组:1217

细菌(1013)古生菌(80)真核生物(124)细菌(3984)古生菌(202)真核生物(1324)正在进行的：(/

LastUpdate:January24,2010)功能基因组学转录组学蛋白质组学代谢组学表型组学相互作用组……7基因组和蛋白质组

DNARNAProteinsMetabolitesProtein-DNA,Protein-RNAProtein-protein基因组转录组代谢组蛋白质组相互作用组8人类基因组计划完成之后，生物学被重新划分为前基因组和后基因组两部分。科学研究已开始进入“后基因组时代”。有科学家形象地说道：即使基因测序全部完成，也只好像是一本没有姓名、只有号码的电话簿。“后基因组时代”的最终目标，是要把深奥的DNA语言变成一本基因大百科全书。蛋白质组学是后基因组学时代研究的中心，而以阐明生物体内蛋白质表达模式与功能模式为目标的蛋白质组学成为功能基因组学研究的重要内容之一。9蛋白质组学蛋白质组（proteome）：PROTEins+genOME，意思是Proteinsexpressedbyagenome（基因组表达的所有蛋白质）。最早是由澳大利亚学者Wilkins和Williams等人于1994年提出，并首次公开发表在1995年7月的Electrophoresis杂志上(有关一种已知最小的、能独立自我复制的原核生物-支原体的蛋白质组分析结果)，指的是由一个细胞、一个组织或是一种生物的基因组所表达的全部相应的蛋白质。概念蛋白质组学(proteomics)

：指应用各种技术手段来研究蛋白质组的一门新兴科学，其目的是从整体的角度分析细胞内动态变化的蛋白质组成成份、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，揭示蛋白质功能与细胞生命活动规律。

蛋白质组学可以被广泛定义为生物样本中蛋白质的系统分析与存档，其目的在于归类细胞中的蛋白质的整体分布，鉴定并分析感兴趣的个别蛋白，最终阐明它们的关系与功能。蛋白质组与基因组相对应，也是一个整体的概念，是基因组表达的全部蛋白。但两者又有根本的不同之处。（1）基因组是静态的，一个有机体从它的发生、发展到衰老、死亡，不同细胞、组织和器官的基因组是基本稳定不变的。

（2）蛋白质组作为基因组表达的产物随时间、地点、环境等条件变化，是一个动态的概念。蛋白质组研究的必要性从mRNA表达水平并不能预测蛋白表达水平用基因表达连续分析法研究对数生长期啤酒酵母的80个基因,结果没有发现翻译和转录丰度有明显相关;对某些基因,相同的mRNA丰度翻译成蛋白的量的差异可达50倍;而相等的蛋白量可由丰度相差40倍的mRNA录而来。蛋白质的动态修饰和加工并非必须来自基因蛋白质在翻译后可有多种调节方式,如糖基化、磷酸化、异戊二烯化、酰化作用等。蛋白质组动态地反映生物系统所处的状态细胞周期的特定时期、分化的不同阶段、对应的生长和营养状况、温度、应激和病理状态等其相应的蛋白质组之间存在差异。对其中蛋白质合成、降解、加工、修饰的调控过程,只有通过蛋白质的直接分析才能提示。蛋白质组学的研究意义直接阐明生命在生理或病理条件下的变化机制，

提供几乎所有的生理和病理过程或结果的重要

信息。蛋白质组学的研究手段也可以应用于农业研究、

环境保护等多方面。蛋白质组研究不仅可实现与基因组的对接与确

认，直接揭示生命活动规律和本质、人类重大

疾患（病原体）致病的物质基础以及发生与发

展的病理机制；广泛推动生命科学基础学科以及分析、信息、

材料等应用科学的发展；对促进生物医药产业乃至国民经济的发展具有

重大的战略意义。蛋白质组学的研究内容在蛋白质水平上定量、动态、整体地研究生物体，它旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式。

组成（表达）蛋白质组学蛋白质表达谱（组织、器官、细胞、亚细胞分布等）比较蛋白质组学比较不同蛋白质组的差异与相似性；结构蛋白质组学蛋白质三维结构的解析(X-ray/NMR/modelling)；功能蛋白质组学蛋白质的功能和相互作用；蛋白质组学研究的技术平台与生物信息学

分离、鉴定技术，分析软件和数据库。蛋白质组学的研究技术蛋白质分离技术凝胶双向电泳、HPLC；蛋白质鉴定技术

Edman测序、质谱技术；图像分析与生物信息图像分析软件，数据库；相互作用研究技术酵母双杂交技术、免疫共沉淀、蛋白质芯片等。蛋白质组学研究发展1996年澳大利亚建立了世界上第一个蛋白质组研究

中心（AustraliaProteomeAnalysisFacility，APAF）

NCI和FDA共同投资数百万美元建立癌症不同阶段的蛋白质组数据库。英国建立三个蛋白质组研究中心对已完成或即将完成全基因组测序的生物体进行蛋白质组研究。Celera公司投资上亿美元独自启动了全面鉴定和分类汇总人类组织、细胞和体液中的蛋白质及其异构体，构建新一代的蛋白质表达数据库的工作。国际人类蛋白质组组织（HUPO)于2001年2月9日宣告成立。我国于1998年启动了蛋白质组学研究，在中科院上海生物化学研究所举办了两次全国性的蛋白质组学研讨会。2003成立了中国人类蛋白质组组织（CHHUPO），并分别于2003年9月、2004年8月以及2005年8月召开了中国蛋白质组学首届、第二届及第三届学术大会，2004年10月在中国北京召开了第三届国际蛋白质组学会议。科技部已将疾病蛋白质组研究列入我国“973”计划项目和“863”计划项目；国家自然科学基金委员会也将“蛋白质组研究”列为重点项目。我国在鼻咽癌、白血病、肝癌和肺癌蛋白质组研究方面取得了较大的进展。多肽阵列技术

功能蛋白组学

功能蛋白质组学是指对蛋白质间、蛋白质与DNA/RNA间的相互作用的研究。以细胞内与某个功能有关或某种条件下的一群蛋白质为主要研究内容，由此建立细胞内外信号传递的复杂网络。蛋白质相互作用研究方法酵母双杂交系统

免疫共沉淀技术PullDownAssay

串联亲和纯化技术（TAP）多肽阵列技术多肽阵列技术多肽阵列合成多肽阵列应用设计OverlappingPep-ArrayPep-HitPep-ReplaceOverlappingPep-Array-EAPRRRSPSPTPTPGPSRRGPSLGASSHQHSRRRQGWLKEIRKLQKST-1EAPRRRSPSP11PSLGASSHQH2PRRRSPSPTP12LGASSHQHSR3RRSPSPTPTP13ASSHQHSRRR4SPSPTPTPGP14SHQHSRRRQG5SPTPTPGPSR15QHSRRRQGWL6TPTPGPSRRG16SRRRQGWLKE7TPGPSRRGPS17RRQGWLKEIR8GPSRRGPSLG18QGWLKEIRKL9SRRGPSLGAS19WLKEIRKLQK10RGPSLGASSH20KEIRKLQKST

Pep-Replace通过替换多肽中的氨基酸残基的方式，进行突变研究。确定在蛋白相互作用中关键氨基酸残基。Pep-Hit/TIMEA多肽设计法则

♫ComplementaryHydropathy♫SiteChainInterference/StericHindrance♫α-CarbonApproach/BackboneAlignment♫ChargeTransferCapacity多肽阵列技术的应用蛋白组学研究蛋白-蛋白相互作用的研究作用于靶蛋白的药物设计大通量的药物筛选研发快速研制高度特异性的疫苗及诊断试剂多肽阵列技术的主要特点和优势高密度、高通量：可同时测定上万个蛋白-多肽生化反应。高特异性：深层揭示蛋白结合机制，准确定位抗体特异表位和蛋白结合区域。成本低、周期短、操作简单：基于化学合成的多肽阵列芯片成本为基于生物培养的抗体芯片、全蛋白芯片的数百分之一。准确可靠：纯度稳定、结果明确、直观、易分析。北京博肽健諾威生物技術公司

GenoVaxBiotech.

Inc.专业设计和合成多肽阵列芯片用于：

蛋白质相互作用研究

药物筛选

诊断试剂

各种生物和生物标记物的检测Pep-Overlap

抗原表位定位

疫苗效应的免疫检

测相互作用蛋白的

结合域定位受体-配体相互作用

中结合基序的发现蛋白质与其它生物

大分子结合基序发现血清生物标记物筛查Pep-Scan

低投入、高通量多肽浓度每点大于50nm,

纯度大于70%多肽中关键氨基酸残基

的快速筛查适用于给定多肽的氨基

酸组合快速筛查发现或优化多肽Pep-Optima

高通量、低投入多肽浓度大于50nmol每点，多肽纯度大于70%用于给定多肽的氨基酸组合的快速筛查酶底物、多肽候选药物等肽片段的优化发现及优化