糖蛋白的蛋白質組學研究

在20世紀中后期，隨著DNA雙螺旋結構地提出和蛋白質空間結構的解析，生命科學研究進入了分子生物學時代，對遺傳信息載體DNA和生命功能的體現者蛋白質的研究，成為了其主要內容。90年代初期啟動的龐大的人類基因組計劃，在經過各國科學家多年的努力下，已經取得了巨大的成就。人類基因組的全序列測定已經完成。生命科學已跨入了后基因組時代。

在后基因組時代，研究中心將從揭示生命的所有遺傳信息轉移到在整體水平上對功能的研究。這種轉向的第一個標志是產生了功能基因組這一新學科，即從基因組整體水平上對基因的活動規律進行闡述。但是，由于生物功能的主要體現者是蛋白質，而蛋白質有其自身特有的活動規律，僅僅從基因的角度來研究是遠遠不夠的。蛋白質的修飾加工、轉運定位、結構形成、蛋白質與蛋白質的相互作用、蛋白質與核酸的相互作用等，均無法從在基因組水平上的研究獲知。90年代中期，國際上萌發了一門研究細胞內全部蛋白質的組成及其活動規律的新興學科：蛋白質組學（Proteomics）。

蛋白質組(Proteomic)的概念最早是在1994年由澳大利亞Macquarie大學的Marc Wilkins 和Keith Williams首先提出來[1-4]，是指基因組表達的所有相應的蛋白質，也可以說是指細胞或組織或機體全部蛋白質的存在及其活動方式。蛋白質組學以蛋白質組為研究對象，從整體的蛋白質水平上，在一個更加深入生命本質的層次上去探索和發現生命活動規律。

蛋白質組研究當前還處于一個初期發展階段，相關技術手段及其配套應用還很不成熟。因此，蛋白質組研究技術體系的建立、優化與改進成為蛋白質組學研究目前的主要目標之一。但盡管蛋白質組研究剛開始不久，其進展還是顯著的。科學家們預測，21世紀生命科學的重心將從基因組學轉移到蛋白質組學，生命科學領域內一個嶄新的時代——蛋白質組時代即將到來。

目前，美國、澳大利亞、歐洲和日本等近10個國家開展了蛋白質組學研究，并紛紛成立了有關的研究機構和公司，美國各主要大學和藥廠均迅速啟動了蛋白質組研究。我國國家自然科學基金和“973”已將蛋白質組研究列為重大項目進行研究。中科院上海生化所及軍事科學醫學院等正在從事蛋白質學研究工作。1998年在中科院上海生化所曾舉辦了兩次全國性的蛋白質組學術研討會，推動我國蛋白質組學的研究。國際上許多大公司和藥廠也紛紛進入了這一研究領域。從蛋白質組學這個領域研究的一開始，基礎研究和實際應用的期望就表現出強烈結合的趨勢。

蛋白質組與基因組相比，各有其特點。首先，基因組具有均一性，即在同一生物個體的所有體細胞中是一樣的。蛋白質組則具有多樣性。在生命發育不同階段的細胞蛋白質種類的構成是不一樣的；不同組織中細胞表達的蛋白質也有著很大的差異。其次，基因組非常穩定，不易發生變化，而細胞蛋白質組則是動態的、可變的，即使是同一種細胞在生長和活動的不同時期、在不同條件下，其蛋白質組也是在不斷改變之中的。這一特點也就使得蛋白質組的研究的切入點很多，創新性很強。功能蛋白質組學(Functional Proteomics)的研究可以注重從局部入手，以細胞內的蛋白質群體為主要研究對象，重點放在那些可能涉及到特定功能機理的蛋白質群體上。其群體可大可小，取決于要研究的功能特點和研究方法、手段和實驗設計等。

總體上看，蛋白質組研究可包括兩個方面，一是對蛋白質的表達模式（或蛋白質組組成）的研究，另一方面是對蛋白質的功能模式（目前主要集中在蛋白質相互作用網絡關系）的研究。對蛋白質組組成的分析鑒定是蛋白質組學中的與基因組學相對應的主要內容。它要求對蛋白質組進行表征，即所有蛋白質的分離與鑒定及其圖譜化。具體有兩個步驟：第一步是從樣品中分離蛋白質，第二步是鑒定被分離的蛋白質[5-7]。雙向凝膠電泳（2DGE）和質譜（MS）技術是當前上述步驟中的兩大支撐技術。

目前，二維凝膠電泳（2DGE）、親合色譜和毛細管電泳便成為三種用來分離蛋白質組組分的主要手段。一種細胞或組織的蛋白質經(2DGE)分離形成一個蛋白質組的二維圖譜，通過計算機模式識別分析各蛋白質的等電點和分子量參數及蛋白質點強度、面積等，在結合以質譜分析為主要手段的蛋白質鑒定及數據庫檢索，從而大量鑒定其蛋白質組成員，建立相應的蛋白質組數據庫；比較在變化了的條件下蛋白質組所發生的變化，從而發現和鑒定出特定的蛋白質。

對于功能蛋白質的研究是蛋白質組研究的主要任務，生物體的功能蛋白質大多數是糖蛋白。糖蛋白是在蛋白質肽鏈上某些特殊部位的羥基或酰胺基或糖鏈上的羥基形成糖肽鍵的一類有側鏈的復雜大分子物質，在生物體中它們以各種形式存在，糖蛋白包括酶、載體、蛋白激素、毒素、各種凝集素和結構蛋白，這些糖蛋白直接影響著生物體各種功能的正常發揮[8-11]。

西北大學現代分離科學研究所是陜西省重點實驗室，主要從事現代分離科學理論、生物大分子的分離純化及基因工程產品的下游生產工藝的最優化研究。在近20年的發展中，在對生物大分子的分離純化方面建立了計量置換理論體系，同時積累了豐富的經驗。可以說在蛋白質組學研究中有相當的優勢和特色。我們相信在當前生命科學這一前沿領域中一定能大有作為。

我們擬選擇與人類重要生命活動緊密相關的糖蛋白為研究對象，使用自己合成的不同類型凝集素的高效親合色譜柱，特異性吸附不同類型的糖蛋白，借助2D凝膠電泳和反相液相色譜分離各種組分，用飛行時間質譜（MALDI-TOF-MS）鑒別糖蛋白，發掘與重大疾病發生發展密切相關的蛋白質，為重大疾病的防治提供新的預警、診斷標志物和新的藥物靶標。該項目的研究具有重要的學術價值和潛在的應用前景[12-15]。

參考文獻

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