蛋白质组学

科学家新研发一种靶向性蛋白质检测法并且证实其可行性

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一个国际研究团队新研发一种可以检测大量蛋白质的方法,并且证实了其可行性。这种靶向性蛋白质检测方法具有具有系统地、可靠地检测人类蛋白质组的潜力。这项研究是由美国弗雷德哈钦森癌症研究中心蛋白质组学专家Amanda Paulovich博士所带领的。相关文章发表于2013年12月08日的《Nature Methods》杂志上。

Nature子刊:科学家新研发一种靶向性蛋白质 检测法并且证实其可行性

新方法证实

采用自身开发的这项技术,Paulovich和同事们可同时及准确地检测许多不同样本中成百上千种蛋白质的丰度。来自西雅图、波士顿和韩国不同研究小组的研究人员,重现了人类乳腺癌细胞中319种蛋白质的检测结果,证实这种方法可跨越实验室 和国界实现标准化。

Paulovich说:“这种方法有潜力彻底改变我们检测人类蛋白质的方式。利用全球资源对所有人类蛋白质进行标准化定量 设立一些新标准,无疑将能提高临床研究的可重现性,其将对转化新型治疗和诊断带来巨大的影响。”

蛋白质功能及检测方法缺点

作为所有生物功能的执行分子机器,蛋白质掌控着早期疾病和疾病进程的信号传导。探求癌症生物标记物——细胞 中的蛋白质指纹有可能促使开发出一些测试方法,更早期地检测疾病,早在癌症形成之前鉴别出个体的特殊风险,以及更好地指导患者的治疗。然而没有标准化和可重现的方法来检测它们的水平,验证新发现的候选生物标记物是一件不可能的事情。

每个有前景的生物标记物都必须在临床试验中开展进一步的研究,这就要求研究人员能够检测数百到数千个患者样本中每个候选标志物的丰度。由于将任何一种候选标记物转化至临床应用的机率都极其的低,鉴别一种具有临床价值的生物标记物必须对大量的蛋白质进行测试。

Paulovich说:“现在,你还不能对大多数的人类蛋白质进行大规模检测。在我们完成人类基因组 测序,获得DNA分子全目录10多年之后,仍然不能够采用一种标准化定量方法在各种通量模式下对人类蛋白质组开展研究。”

新方法研发及新旧方法比较

为了解决这一问题,Paulovich和同事们利用了一种称作为多反应检测质谱法(MRM-MS)的敏感性靶向蛋白质检测技术。这种质谱法并非是全新的技术,多年来全球的临床实验室利用它来测量药物代谢产物和与先天性代谢缺陷有关的一些小分子。最近,Paulovich和其他研究人员开始利用它来检测人类蛋白质。

采用研究人员开发的这种方法,每天每台仪器能够对最少20个临床样本中的170种蛋白质进行高度特异性地、精确地、多路定量分析;任何其他的现有技术都没有这种能力。

由于质谱技术是针对性的,这意味着研究人员能够调整设备寻找癌细胞或其他样品类型中特殊的蛋白质亚群,相比于非针对性策略,它可以在更低的水平上检测微量血液样本或活检标本中目的蛋白质的存在。

研究的主要作者、Paulovich实验室分析化学家Jacob Kennedy说:“我们的目标是用这一技术来取代当前采用的一些非常老旧的技术。”

当前,研究人员通常是采用Western blotting、ELISA或是免疫组化(IHC)技术来检测临床样本中的蛋白质水平。这些方法往往无法在实验室之间重现结果,从而很难验证适用于临床的候选生物标记物,它们不适用于一次检测大量的蛋白质和样本。

Paulovich和同事们通过分析乳腺癌细胞生成的300多种已知蛋白质验证了他们的技术;研究结果表明,MRM-MS可以重现及扩展以往采用其他技术进行乳腺癌研究所生成的观察结果。

该研究证实了,MRM-MS能够以一种标准化方式一次检测许多的蛋白质,为开展国际性的、有组织的研究工作定量人类蛋白质中的每种蛋白奠定了基础。

原文摘要:

Demonstrating the feasibility of large-scale development of standardized assays to quantify human proteins

Jacob J Kennedy, Susan E Abbatiello, Kyunggon Kim, Ping Yan, Jeffrey R Whiteaker,Chenwei Lin, Jun Seok Kim, Yuzheng Zhang, Xianlong Wang, Richard G Ivey, Lei Zhao,Hophil Min, Youngju Lee, Myeong-Hee Yu, Eun Gyeong Yang, Cheolju Lee, Pei Wang,Henry Rodriguez, Youngsoo Kim, Steven A Carr & Amanda G Paulovich

Multiple reaction monitoring (MRM) mass spectrometry has been successfully applied to monitor targeted proteins in biological specimens, raising the possibility that assays could be configured to measure all human proteins. We report the results of a pilot study designed to test the feasibility of a large-scale, international effort for MRM assay generation. We have configured, validated across three laboratories and made publicly available as a resource to the community 645 novel MRM assays representing 319 proteins expressed in human breast cancer. Assays were multiplexed in groups of >150 peptides and deployed to quantify endogenous analytes in a panel of breast cancer–related cell lines. The median assay precision was 5.4%, with high interlaboratory correlation (R2 > 0.96). Peptide measurements in breast cancer cell lines were able to discriminate among molecular subtypes and identify genome-driven changes in the cancer proteome. These results establish the feasibility of a large-scale effort to develop an MRM assay resource.

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