蛋白質組學

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修飾蛋白質組學
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磷酸化蛋白質組學

磷酸化蛋白質組學

  • 所屬分類:修飾蛋白質組學
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  • 發布日期:2022-07-15 15:59:03
  • 產品概述
  • 案例解析

蛋白質磷酸化修飾是生物體內重要的共價修飾方式之—。蛋白質的磷酸化和去磷酸化這—可逆過程調節著包括細胞增殖、 發育、 分化、 信號轉導、 細胞凋亡、 神經活動、 肌肉收縮及腫瘤發生等過程在內的所有生命活動。 在哺乳動物細胞生命周期中,大約有1/3的蛋白質發生著磷酸化修飾。


技術原理

蛋白質磷酸化可以發生在多種氨基酸上,其中以絲氨酸(S)多、蘇氨酸(T)次之、酪氨酸(Y)相對較少。利用金屬氧化物TiO2對磷酸基團的親和能力可以實現對含有S,T,Y磷酸化肽段的富集同時結合LC-MS/MS蛋白質定量的方法,實現大規模磷酸化蛋白質定性定量分析。

磷酸化蛋白組學與labelfree技術聯用流程圖



技術優勢

1.相關領域專業技術團隊;

2.經驗豐富的實驗操作人員,富集效率>90%;

3.自主研發改進的具有技術領先地位的操作方法;

4.動物植物多種案例經驗累積;

5.人才濟濟的生物信息分析團隊。


應用領域

基礎醫學、臨床診斷:生物標志物,疾病機理機制,疾病分型,個性化治療等; 

生物醫藥:藥物作用機理,藥效評價,藥物開發等;

微生物領域:致病機理,耐藥機制,病原體-宿主相互作用研究等; 

海洋水產:漁業資源,海水養殖,漁業環境與水產品安全等;

食品營養:食品儲藏及加工條件優化,食品組分及品質鑒定,功能性食品開發,食品安全監檢測等。


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藥物靶點(Drug Target)是指體內具有藥效功能并能被藥物作用的生物大分子,作為藥物靶點的主要蛋白家族就有GPCR受體,離子通道、核受體、激酶等。自21世紀以來,基于靶點的藥物發現模式逐漸取代了傳統的基于藥物化學結構的發現模式,成為現代創新藥物研發的主流模式。

因此,事先確定靶向特定疾病有關的靶點分子是現代新藥開發的基礎。針對靶點的研究可以清楚疾病癥結所在,從而確定了新藥的研發方向。此外靶點的研究還有助于了解藥物作用機制,進而對已有藥物進行改造,研發出毒性更小、選擇性更強、治療效果更好的新藥。

既然靶點研究如此重要,那么該如何去發現這些靶點呢?今天小編就給大家梳理下如何利用組學手段去篩選藥物靶點以及研究藥物作用機制!

頭頸部鱗狀細胞癌(HNSCC)是全球第六大常見的上皮惡性腫瘤,大致可以分為HPV陽性和HPV陰性兩種亞型。其中HPV陰性群體占所有HNSCC75%左右,與HPV陽性HNSCC群體相比,具有獨特的分子特征和更差的預后,然而對其系統性的分子層面研究仍然相對較少。

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今天和大家分享的是來自貝勒醫學院、約翰·霍普金斯大學和美國國家癌癥研究所(CPTAC)科學團隊在Cancer Cell雜志(IF=26.602)上發表了題為“Proteogenomics offers insight to treating head and neck squamous cell carcinoma”的研究論文。利用蛋白質組學、磷酸化蛋白質組、基因組學轉錄組技術對108HPV陰性HNSCC進行分析,通過多組學聯合對HPV陰性HNSCC分型,并提供了遺傳變異的功能見解,對HPV陰性HNSCC患者的精確治療具有實際意義。


技術策略

       110例未經治療的原發性HNSCC腫瘤和配對的血液樣品以及66例配對的癌旁正常組織(NAT)。樣品進行全外顯子測序(WES),全基因組測序(WGS),甲基化陣列,RNA測序(RNA-seq),microRNA測序(miRNA-seq)TMT定量的蛋白質組和磷酸化蛋白質組分析。


結果速遞


1.多組學聯合分析HNSCC

蛋白質組分析鑒定到11744個蛋白,磷酸化蛋白質分析鑒定到8133個磷酸化蛋白及97210個磷酸化肽段。PCA分析顯示蛋白質組和磷酸化蛋白質組數據上都能將腫瘤和NAT分開(圖1B和1C)?;驅用?,108例腫瘤中蛋白質與RNA豐度之間的相關系數為0.52,在樣品層面為0.43。參與形成大型蛋白質復合物的基因,例如與補體激活、氧化磷酸化和轉錄起始相關的基因具有較低的蛋白質-RNA 相關性(圖 1D)。在基于共表達的基因功能預測中,蛋白質數據大大優于 RNA 數據(圖 1E),表明在決定基因功能方面,蛋白水平調節具有關鍵作用。研究人員還分析了遺傳變異對同源蛋白質的影響。


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圖1:多組學聯合分析HNSCC


作者比較了63例腫瘤和配對NAT,鑒定到了與HNSCC相關的轉錄本、蛋白質和磷酸化位點。結果發現預后差的蛋白質/磷酸化蛋白富集的通路包括DNA復制、細胞周期和RNA加工,表明體細胞拷貝變異(SCNA)與不良預后之間存在潛在的關系。


2.Rb通路的蛋白基因組分析

最常見影響細胞周期蛋白 D-CDK4/6-Rb 通路的遺傳變異包括 CDKN2A 缺失(57%)和突變(27%)以及 CCND1 擴增(32%)(圖2A)。腫瘤中CCND1 擴增通常與CCND1的RNA 和蛋白質水平升高有關(圖2B和2C)。為了評估 CDKN2A 畸變和 CCND1 擴增對 CDK4/6-Rb 信號傳導的影響,研究人員定義了三組即通路基因為野生型的樣本含CDKN2A的雜合缺失(n=13)、p16畸變影響RNA表達但無CCND1擴增的樣本(n=36)、p16畸變和CCND1擴增的樣本(n=26),分析其平均磷酸化水平(Rb 磷酸化位點評分)(圖2D)。結果說明CDKN2A和CCND1畸變并不總是導致CCND1蛋白和CDK4/6活性的增加。

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圖2:細胞周期蛋白D-CDK4/6-Rb途徑的蛋白基因組分析



從RNA數據推斷的Rb磷酸化位點評分與E2F活性分數和多基因增殖分數(MGPS)顯著相關(相關系數 = 0.50 和 0.47)(圖2E)。然而,一些具有低Rb磷酸化位點評分的樣品具有高E2F活性和MGPS,表明除了CDK4/6介導的磷酸化外,細胞周期的激活還通過其他機制進行。此外,研究人員還通過構建HPV陰性HNSCC患者異種移植(PDX)模型驗證Rb對CDK4/6靶向的臨床相關性。這些結果均支持了磷酸化Rb或總的Rb可以作為HPV陰性HNSCC中CDK4/6抑制劑的標志物的假設。


3.多組學亞型和靶向治療

通過整合多組學數據,使用無監督聚類分析將腫瘤分為cluster I II III(圖3A),每種亞型分別與之前的RNA亞型分類進行相關性分析,發現顯著相關。為了檢驗這些亞型在指導治療選擇中的效用,作者評估了它們與HNSCC靶向治療生物標志物的相關性(圖3B)。發現有32%的CIN腫瘤、62%的Basal腫瘤和83%的Immune腫瘤分別具有CDK抑制劑,EGFR mAb和免疫療法的巨大治療潛力。

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圖3:整合多組學的分型和亞型特異性的靶向治療


此外,研究人員通過分析轉錄組和磷酸化蛋白質組學數據均表明EGFR配體而非EGFR本身是EGFR途徑激活的限制因素。因此,作者提出在選擇HNSCC患者進行抗EGFR mAb治療時應使用EGFR配體豐度,而不是EGFR擴增或過表達。


總結

總之,本項研究利用了多組學聯合分析擴展了對HPV陰性HNSCC的生物學理解,并提出了治療假設,這些假設可以作為未來針對這種侵襲性癌癥類型的分子引導精確治療的臨床前研究奠定基礎。

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