线虫的定量蛋白质组分析

《Nature  Methods》在线版上近期刊出了两篇文章，都是关于线虫的定量蛋白质组分析。两个小组都采用氨基酸的稳定同位素标记（SILAC）方法，开展了线虫的定量蛋白质组实验。



近几年，定量蛋白质组学的方法正被广泛应用。研究人员通过这种方法来了解细胞和生物如何调控它们的代谢，以支持生长、增殖、分化、发育和存活。一些定量蛋白质组学的研究策略也被开发出，其中利用稳定同位素进行代谢标记是一种较为常用的策略，它能够定量比较细胞和生物的蛋白质组。



SILAC的基本原理是分别用天然同位素（轻型）或稳定同位素（重型）标记的必需氨基酸取代细胞培养基中相应氨基酸，细胞经5-6个倍增周期后，稳定同位素标记的氨基酸完全掺入到细胞新合成的蛋白质中替代了原有氨基酸。不同标记细胞的裂解蛋白按细胞数或蛋白量等比例混合，经分离、纯化后进行质谱鉴定。



SILAC这种方法一般多用于组织培养细胞，在线虫上的应用还尚未有报道。尽管SILAC已用于一些多细胞物种的分析，但是同位素标记的精氨酸转化成脯氨酸及其他氨基酸的问题却困扰着这些研究。精氨酸-脯氨酸的转化降低了SILAC标记肽段的信号。



于是，英国邓迪大学的Mark  Larance等修改了SILAC方法，试图避免精氨酸-脯氨酸的转化问题。他们用一种重型赖氨酸和重型精氨酸标记的大肠杆菌喂养线虫，质谱分析表明F1后代中已掺入重型精氨酸和赖氨酸。同时，他们还采用RNAi  via  feeding策略，靶定了精氨酸-脯氨酸转化过程中必需的鸟氨酸转氨酶基因orn-1。质谱结果表明，这种策略几乎完全避免了精氨酸-脯氨酸的转化。将此方法与定量蛋白质组方法相结合，研究人员还鉴定了线虫的热击反应。



作者认为，他们的SILAC方法为线虫的定量蛋白质组研究带来了很多机会。没有了精氨酸-脯氨酸的转化，SILAC实验可更高效地开展。SILAC技术还能协助确定线虫发育、衰老以及压力过程中的整体蛋白质组变化。



在另一篇文章中，南丹麦大学生物化学与分子生物学系的Julius  Fredens等也使用了非常相似的方法。他们用重型同位素标记的大肠杆菌喂养线虫，得到了重型同位素标记赖氨酸的线虫。利用标记的线虫和定量蛋白质组方法，他们鉴定出一些蛋白，被线虫核激素受体49的knockdown所调控。



作者也认为，定量蛋白质组学与分子遗传学相结合来系统研究线虫的基因功能，将大大扩展我们对细胞信号与代谢如何协调的了解，从而了解细胞功能的改变如何导致人类疾病。（生物通  薄荷）