線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展.pdf

第 4 3卷 2 0 1 5年 9月 分析 化學(xué) ( F E N X I H U A X U E ) 特約來(lái)稿 C h i n e s e J o u rna l o f An y t i c a l C h e mi s t r y 第 9期 1 25 71 2 64 DOI ：1 0 1 1 8 9 5 j i s s n 0 2 5 3 8 2 0 1 5 0 4 7 9 線粒體 蛋 白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展 許靜怡 陳超翔 韓錦艷 杭 緯 顏曉梅 ( 廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)生物學(xué)系， 譜學(xué)分析與儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 化學(xué)生物學(xué)福建省 重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室 ， 廈 門(mén) 3 6 1 0 0 5 ) 摘要線粒體是細(xì)胞能量代謝、 生物合成和細(xì)胞死亡的調(diào)控中心， 其功能異常會(huì)導(dǎo)致許多疾病的產(chǎn)生。線 粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)研究為解析線粒體 的生理 功能 、 探索線 粒體相 關(guān)疾病 的發(fā)病 機(jī)制及 促進(jìn)線 粒體為 靶 向的藥 物研發(fā)提供重要理論依據(jù)。本文對(duì)線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)的研究方法， 尤其是近年的技術(shù)發(fā)展以及線粒體蛋白質(zhì) 組學(xué)的性質(zhì)及其應(yīng)用進(jìn)行總結(jié) ， 并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展前景和挑戰(zhàn)進(jìn)行展望。 關(guān)鍵詞線粒體 ； 蛋白質(zhì)組學(xué)；質(zhì)譜 ； 疾病； 評(píng)述 1 引 言 線粒體是真核細(xì)胞重要的細(xì)胞器 ， 其在細(xì)胞 能量代謝 、 生物合成和細(xì)胞死亡 ( 包括細(xì)胞凋亡 和細(xì)胞程序性壞死 ) 的調(diào)控中起關(guān)鍵作用。此外 ， 線粒體還參與三羧酸循環(huán) 、 脂肪酸和氨基酸氧化 、 鈣 離子穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)等重要生理過(guò)程 。由于線粒體在維持生命穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用 ， 因此其功能異常與許 多人類(lèi)疾病相關(guān) ， 如神經(jīng)退行性疾病、 癌癥 、 心臟病 和糖尿病等 。由于線粒體蛋 白質(zhì)表達(dá)異常是其 功能紊亂的主要原因 ， 而線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)正是從整體角度 ， 分析線粒體 的蛋 白質(zhì)組成 、 表達(dá)水平與修 飾狀態(tài)等的動(dòng)態(tài)變化， 旨在闡明線粒體內(nèi)全部蛋白質(zhì)的表達(dá)模式和功能模式， 包括蛋白質(zhì)的表達(dá)與存在 方式( 修飾方式) 、 結(jié)構(gòu)與功能、 以及蛋 白質(zhì)相互作用等 ， 從而在蛋 白質(zhì)水平探索線粒體生理功能和相關(guān)疾 病的聯(lián)系 。通過(guò)線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)可系統(tǒng)研究正常和病變組織 中線粒體蛋白分布與表達(dá) 的差異 ， 從 而為研究線粒體相關(guān)疾病的分子機(jī)制和以線粒體為靶標(biāo) 的藥物研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)L 1 。近年來(lái) ， 人類(lèi)基 因組測(cè)序的完成 、 串級(jí)質(zhì)譜和蛋 白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展加速 了線粒體蛋 白組學(xué) 的研究 。本文對(duì)線粒體蛋 白 質(zhì)組學(xué)的研究方法， 尤其是近年 的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行總結(jié) ， 分析并討論蛋 白質(zhì)組學(xué)的性質(zhì)及其應(yīng)用 。 2 線粒體 蛋 白質(zhì)組學(xué) 的研究方法與技術(shù) 2 1 線粒體蛋白質(zhì)的提取策略 提取大量高純度的線粒體蛋 白質(zhì)是開(kāi)展線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)研究的重要前提 ， 線粒體的純度及其 結(jié)構(gòu)的完整性是保 障實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵所在 。如圖 1所示 ， 線粒體 由外膜、 膜間隙、 內(nèi)膜和基質(zhì)構(gòu)成 ， 基質(zhì)或者膜間隙蛋白質(zhì)組學(xué)可促進(jìn)線粒體蛋 白質(zhì)的定位和功能研究 ， 但 同時(shí)也對(duì)提取策略的選擇性和 特異性提出了更高要求 。 差速離心結(jié)合密度梯度離心是分離純化線粒體的經(jīng)典方法 。差速離心用于分離不同大小 、 體積 和重量的細(xì)胞器 。通過(guò)差速離心可初步分離得到線粒體 ， 為盡量避免其它細(xì)胞器組分 的干擾 ， 需通 過(guò)密度梯度離心對(duì)得到的線粒體進(jìn)一步分離純化 1 。密度梯度離心是在離心管內(nèi)通過(guò)特定介質(zhì)形成 連續(xù)或不連續(xù)的密度梯度 ， 將差速離心得到的線粒體懸液置于介質(zhì)頂部 ， 懸液通過(guò)重力或離心力場(chǎng)作用 進(jìn)一步分層和分離。線粒體密度梯度離心常用介質(zhì)有氯化銫、 蔗糖 、 F i c o l l 、 P e r c o l l 及碘化介質(zhì)( 如 N y c o d e n z ) 等 。其 中蔗糖黏度大且滲透性 高，易使細(xì)胞器破裂 ； 而 P e r c o l l 和 N y c o d e n z介質(zhì)形成 的梯度十分 2 0 1 5 6 1 1收稿 ； 2 0 1 5 7 1 5接受 本文 系國(guó)家 自然科學(xué)基金 ( N o s 9 1 3 1 3 3 0 2 ， 9 0 9 1 3 0 1 5， 2 1 2 2 5 5 2 3 ) 資助項(xiàng) 目 E ma i l ：x my a n x mu e d u c n 第 9期 許靜怡等 ： 線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展 l 2 5 9 2 2 線粒體蛋白質(zhì)的分離策略 對(duì)于線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)研究 ， 無(wú)論通過(guò)上述何種策略獲得線粒體蛋白質(zhì)組 ， 都需要對(duì)蛋 白質(zhì)混合物 進(jìn)行分離 ， 分離后酶解成多肽片段 ， 再通過(guò)質(zhì)譜進(jìn)行鑒定。分離線粒體蛋 白質(zhì) 昆 合物的方法主要是電泳 和色譜法。 二維電泳是分離線粒體蛋 白質(zhì)最廣泛最經(jīng)典 的方法 ， 它是一種高分辨率的蛋 白質(zhì)分離技術(shù)。二維 凝膠電泳的第一相常為等 電聚焦電泳( I E F ) ， 根據(jù)蛋 白質(zhì)等電點(diǎn)的不 同進(jìn)行分離 ； 第二相是 S D S 聚丙烯 酰胺凝膠電泳( S D S P A G E ) ， 根據(jù)蛋 白質(zhì)分子量 的不 同進(jìn)行分離。1 9 9 8年 R a b i l l o u d等首先利用 I E F S D S P A G E分離人胚胎組織線粒體蛋 白質(zhì)并結(jié)合肽指紋 圖譜鑒定 了 4 6種線粒體蛋 白質(zhì) 。王媛等通 過(guò)雙向凝膠電泳在小鼠心臟 、 肝臟和腎臟 3種組織中發(fā)現(xiàn)了 8 7種組織特異 的差異蛋 白 。此外 ， 有報(bào) 道采用雙向熒光差異凝膠電泳( 2 D D I G E) 分析蛋 白表達(dá)量的變化 ， 即利用不同熒光染料標(biāo)記不同處理 方法 的蛋白質(zhì) ， 再等量混合標(biāo)記不同熒光染料 的蛋 白質(zhì)進(jìn)行雙向電泳 ， 通過(guò)熒光強(qiáng)度的變化可測(cè)定蛋 白 表達(dá)量的變化。如 v a n L a a r 等提取小鼠腦線粒體并分成有無(wú)多巴胺醌處理 的兩組 ， 通過(guò) 2 D D I G E結(jié)合 質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn) 1 8種蛋 白質(zhì) 的表達(dá)量發(fā)生顯著變化 。R a m i r e z - T o r t e s 等分別提取兩組膳食 中“ 含 ” 與 “ 不含” 鯊烯 的小 鼠肝臟線粒體 ， 利用 2 D D I G E分離蛋 白質(zhì)結(jié)合質(zhì)譜分析 ， 發(fā)現(xiàn)鯊烯處理的小鼠肝臟線 粒體中有 l 8種蛋 白質(zhì)表達(dá)量發(fā)生改變 。然而，I E F S D S P A G E技術(shù)難 以分離強(qiáng)酸性 、 強(qiáng)堿性、 相對(duì) 分子質(zhì)量過(guò)大或過(guò)小 的蛋 白質(zhì)或者膜蛋 白和一些低 豐度 蛋 白質(zhì)等 。通過(guò)藍(lán)綠溫 和非變性凝膠 電泳 ( B N P A G E ) 結(jié)合 S D S P A G E可以彌補(bǔ) I E F S D S P A G E的技術(shù)缺陷 ， 可分離線粒體膜蛋 白復(fù)合物等。該 技術(shù)是在非變性狀態(tài)下根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量分離膜蛋白復(fù)合體且不改變膜蛋白復(fù)合物的生理活性和結(jié)合 狀態(tài) ， 再通過(guò) S D S P A G E將各個(gè)復(fù)合物 的亞基或蛋 白質(zhì)分離 出來(lái)。F e r r e i r a等通過(guò)綜合使用 2 D I E F S D S P A G E MS MS和 2 D B N S D S P A G E M S MS對(duì)腓腸骨骼肌中肌膜和肌纖維的線粒體蛋白質(zhì)進(jìn)行分 離和鑒定 ， 識(shí)別 3 2 5種線粒體蛋白質(zhì) 1 6 。C h o u等綜合 B N S D S P A G E和 I E F S D S P A G E兩種分離方法 對(duì)小鼠的大腦皮質(zhì)線粒體蛋 白質(zhì)進(jìn)行分離并結(jié)合質(zhì)譜分析 ， 發(fā)現(xiàn) 2 3種與三羧酸循環(huán) ( T C A) 相關(guān)蛋 白質(zhì) 在 A D模型小 鼠中表達(dá)失調(diào) 。 色譜是將線粒體蛋 白質(zhì)用蛋 白酶水解后 ， 根據(jù)不同多肽在流動(dòng)相和固定相之間的分配系數(shù)不同 ， 使 其在兩相 間反復(fù)多次分配 ， 以不 同速度遷移 ， 從而分離不 同肽段。多維液相色譜組合 了兩種或兩種 以上 不同分離機(jī)制， 根據(jù)樣品不同特性( 如分子大小、 親水性、 等電點(diǎn)等) 對(duì)混合多肽進(jìn)行分離。多維液相色 譜具有快速、 高通量 、 自動(dòng)化、 重現(xiàn)性高等優(yōu)點(diǎn) ， 且能夠檢測(cè)疏水性 以及低豐度蛋 白質(zhì) ， 但難 以提供翻譯 后修飾等信息 。 通過(guò)將凝膠電泳與色譜兩種策略以合理方式組合， 可使混合物達(dá)到更好分離效果。即先將線粒體 的蛋 白混合物通過(guò) S D S P A G E分離并切割條帶水解成多肽， 最后用一維或多維液相色譜 串聯(lián)質(zhì)譜來(lái)鑒 定水解得到的肽段。例如 ， T e c h r i t z 等從 鼠腦 、 骨骼肌 、 心臟 、 肝臟和腎五種組織 中提取線粒體并純化 ， 通 過(guò) I E F S D S P A G E和 L C E S I MS及 M S MS分離鑒定 ， 發(fā)現(xiàn)有 4 8種蛋 白質(zhì)在不 同組織中存在不 同表達(dá) 程度 。 2 3 線粒體蛋白質(zhì)的鑒定 質(zhì)譜是鑒定蛋 白質(zhì)的首選方法 ， 其可以準(zhǔn)確測(cè)量肽段和蛋 白質(zhì) 的分子量 、 氨基酸序列及翻譯后修飾 等信息。目前 ， 根據(jù)蛋 白質(zhì)或多肽分子離子化的方式不同可分為電噴霧離子化質(zhì)譜 ( E S I MS ) 和基質(zhì)輔 助激光解吸離子化質(zhì)譜 ( MA L D I MS ) 。MA L D I 產(chǎn)生的離子可 以用飛行時(shí)間質(zhì)量分析器( T O F ) 檢測(cè) ， 即 基質(zhì)輔助激光解吸飛行 時(shí)間質(zhì)譜 ( M A L D I T O F MS ) 。M A L D I T O F MS可 以檢測(cè)肽段的分子量 ， 獲得蛋 白質(zhì)的肽質(zhì)量指紋圖譜( P M F ) ， 通過(guò)與相應(yīng)的線粒體蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)來(lái)鑒定蛋白質(zhì) 引 。此外， 通過(guò) 串級(jí)質(zhì)譜技術(shù) ( MS MS ) 可對(duì)質(zhì)譜分析的肽段進(jìn)行碎裂再用質(zhì)譜分析 ， 從而得到肽段序列信息。質(zhì)譜技 術(shù)還可與雙向凝膠電泳 、 二維液相色譜等蛋 白質(zhì)或肽段分離技術(shù)聯(lián)用 ， 實(shí)現(xiàn)“ 在線” 式分離鑒定蛋白質(zhì) ， 具有靈敏度高、 準(zhǔn)確度高和 自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。如 T a y l o r 等通過(guò)蔗糖密度梯度法提取人心臟線粒體 ， 利用 S D S P A G E結(jié)合質(zhì)譜和生物信息學(xué) 分析 ， 識(shí)別 6 1 5種線粒體蛋 白質(zhì) ， 這些蛋 白質(zhì) 主要參 與生物合 成 ， 離子轉(zhuǎn)運(yùn)及脂代謝 。L a mb等通過(guò) L C MS MS發(fā)現(xiàn) 4 0種以上線粒體蛋 白質(zhì)在癌干細(xì)胞 中表達(dá)量 1 2 6 0 分 析 化 學(xué) 第 4 3卷 無(wú)限上調(diào) 。Mo o t h a等通過(guò)串級(jí)質(zhì)譜技術(shù) L C MS MS鑒定來(lái) 自小鼠腦 、 心臟、 腎、 肝臟的 3 9 9種線粒體 蛋白質(zhì) 。但這些檢測(cè)到的大部分是高豐度蛋 白質(zhì)， 隨著 串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)靈敏度 等的提高 ， 也促進(jìn)了低 豐度蛋白質(zhì)的檢測(cè)。如 P a g l i a r i n i 等提取小鼠的1 4種組織結(jié)合 M S M S 技術(shù)鑒定了3 8 8 1 種線粒體蛋白 質(zhì) 。因?yàn)?2 D D I G E在樣品處理上費(fèi)時(shí)費(fèi)力 ， 不利 于大規(guī)模的蛋 白質(zhì)組定量 ， 而通過(guò) 同位素標(biāo)記 、 化 學(xué)標(biāo)記( I C A T或 i T R A Q) 或 l a b e l f r e e 方法 ， 質(zhì)譜也可定量分析線粒體蛋 白組的改變。例 如 ， B u g g e r 等通 過(guò) l a b e l f r e e方法和 L C M S MS發(fā)現(xiàn)心衰過(guò)程中脂肪酸氧化酶表達(dá)量減少 ， 而丙酮酸脫氫酶亞基和兩種 T C A循環(huán)關(guān)鍵酶表達(dá)量均上調(diào) ， 實(shí)現(xiàn)對(duì)線粒體蛋 白組的定量分析 。為了探索氧含量對(duì)神經(jīng)元線粒體 功能的影響 ， V i l l e n e u v e等分別提取 5 和 2 1 氧含量培養(yǎng) S H S Y S Y( 神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞) 的線粒體 ， 利 用同位素標(biāo)記結(jié)合 I E F P A G E及 L C MS MS分離鑒定蛋 白質(zhì)， 鑒定 出 7 1 4種線粒體蛋 白質(zhì) ， 且 5 氧含 量培養(yǎng)的細(xì)胞的線粒體呼吸鏈復(fù)合物亞基等顯著高于 2 1 氧含量培養(yǎng)的細(xì)胞 ， 前者所產(chǎn)生 的活性氧水 平也低于后者 ， 說(shuō)明 S H S Y 5 Y更適合在 5 氧含量條件下培養(yǎng) J 。線粒體蛋白質(zhì)的合成與降解過(guò)程之 間的動(dòng)態(tài)平衡是維持線粒體穩(wěn)態(tài)的重要 因素 ， 因此 K i m等通過(guò)重水標(biāo)記策略結(jié)合 S D S P A G E， L C MS ， M S MS分離鑒定來(lái) 自鼠心臟和肝臟 4 8 5種“ 轉(zhuǎn)換蛋 白質(zhì)” 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，肝線粒體蛋 白質(zhì)轉(zhuǎn)換速率 快于心臟組織 ， 這些信息可以促進(jìn)線粒體蛋 白翻譯及穩(wěn)態(tài)維持的機(jī)理研究 。 顯微鏡技術(shù)是與質(zhì)譜互補(bǔ)的蛋白質(zhì)鑒定方法 ， 其主要作用是對(duì)線粒體蛋 白質(zhì)進(jìn)行定位分析 ， 即通過(guò) 熒光標(biāo)記抗體或者轉(zhuǎn)染熒光蛋 白( 如 G F P ) 等進(jìn)行 觀察 ， 已成功運(yùn)用于酵母菌的線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)研 究 ，4 。2 0 1 3年 T e c h r i t z 等 從鼠腦、 骨骼肌 、 心臟、 肝臟和腎 5種組織 中提取線粒體 ， 質(zhì)譜鑒定后再 結(jié)合顯微鏡觀察 G F P標(biāo)記的蛋白質(zhì) ， 識(shí)別了 6種新的線粒體蛋 白質(zhì) 。該技術(shù)的缺陷在于高質(zhì)量抗體的 數(shù)量和種類(lèi)有限， 轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)且引入外源蛋白質(zhì) ， 只能對(duì)少量幾種蛋 白進(jìn)行觀察 ， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)高通 量分析 川 。 總之 ， 質(zhì)譜和顯微鏡技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)的研究 ， 既可進(jìn)行高通量分析 ， 也可選擇 性地觀察目標(biāo)蛋白， 促進(jìn)未知線粒體蛋白的發(fā)現(xiàn)， 完善線粒體蛋白組的“ 目錄” ， 也使線粒體蛋白質(zhì)組學(xué) 在相關(guān)疾病的研究中得以應(yīng)用。 3 線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)的性質(zhì)及其應(yīng)用 隨著線粒體蛋 白質(zhì)組提取、 分離和鑒定技術(shù) 的發(fā)展 ， 目前 已建立 了較為完善的線粒體蛋 白質(zhì) “目 錄” 。已檢測(cè)到 1 0 0 0多種人類(lèi)線粒體蛋 白質(zhì) ， 并發(fā)現(xiàn)線粒體蛋 白質(zhì) 的豐度變化非常大， 最豐富的內(nèi) 膜和外膜蛋 白分別是 A N T 1 和 V D A C 4 。以下對(duì)線粒體蛋 白質(zhì)組的蛋 白數(shù) 目、 豐度 、 定位、 翻譯后修飾 、 組織分布、 生化途徑歸屬及其應(yīng)用進(jìn)行介紹 。 在線粒體蛋 白質(zhì)的定位方面 ， 一部分蛋 白質(zhì)只存在于線粒體中， 而另一部分線粒體蛋 白質(zhì)可以“ 雙 重” 定位， 即同一基因編碼的蛋白質(zhì)除了定位于線粒體， 還出現(xiàn)在胞質(zhì)或其它細(xì)胞器中 46 J 。如在凋亡信 號(hào)刺激下 ， t B I D被凋亡蛋 白酶一 8切割后轉(zhuǎn)位到線粒體外膜上 ； 線粒體膜 間隙細(xì)胞色素 C借助凋亡蛋 白 B a x等形成的孔道轉(zhuǎn)位到胞漿 。 在線粒體蛋 白質(zhì)的翻譯后修飾方面 ， 主要采用 3種方式 ： 乙酰化 、 磷酸化和羥基化。S I R T 3是依賴 N A D 的線粒體去乙?；?， 為了解其作用底物 ， R a r d i n等利用 L a b e l f r e e 定量方法檢測(cè)到小鼠肝臟組織 中4 8 3種乙?；€粒體蛋白質(zhì)， 2 1 8 7 個(gè)賴氨酸乙?；稽c(diǎn)， 且發(fā)現(xiàn)1 3 6 種蛋白質(zhì)中2 8 3 個(gè)乙酰化位點(diǎn)在 S I R T 3基因敲除小鼠模型中顯著上調(diào) ， 說(shuō) 明 S I T R 3可對(duì) 多種蛋 白質(zhì)以及同一種蛋 白質(zhì)上 的多個(gè)位點(diǎn)去 乙酰化。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這些乙?；€粒體蛋 白質(zhì)主要參與脂肪酸氧化 、 T C A循環(huán)等 ， 表 明 S I T R 3是 一 種廣譜的線粒體蛋 白質(zhì)去乙?；?。G r i m s r u d等通過(guò)對(duì)不 同生理狀態(tài)小 鼠肝臟磷酸化線粒體蛋 白組進(jìn)行多參數(shù)分 析， 結(jié) 合 i T R AQ定量標(biāo) 記策 略及 L C MS M S技術(shù)分 離鑒 定磷酸 化多 肽 ， 共識(shí)別 2 9 5種磷酸化線粒體蛋白質(zhì)， 包括 8 1 1個(gè)磷酸化位點(diǎn) ， 且這些線粒體蛋 白質(zhì)的磷酸化在肥胖癥及 T 2 D相 關(guān)的酮體合成中起重要調(diào)節(jié)作用 。D e n g等提取 T 2 D模 型小 鼠的肝臟線粒體 ， 通過(guò) L C MS MS技術(shù) 分離鑒定 出3 5 5種羥基化線粒體蛋 白質(zhì) ， 且羥基化程度在 T 2 D病變過(guò)程 中顯著提高 ， 這種高程度 的羥 基化與 R O S過(guò)量產(chǎn)生和氧化應(yīng)激相關(guān) ， 可加速凋亡速率 ， 這些蛋 白質(zhì)組學(xué)研究也促進(jìn)了 T 2 D發(fā)病機(jī)理 l 2 6 2 分 析 化 學(xué) 第4 3卷 體蛋白質(zhì)表達(dá)量的改變與凋亡規(guī)避 、 腫瘤侵染和轉(zhuǎn)移等生理活動(dòng)相關(guān) 。線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)也可用于 藥物副作用的研究 ， L e e等通過(guò) i T R A Q定量并結(jié)合 2 D - L c分離 、 MA L D I 。 T O F T O F MS M S鑒定線粒體蛋 白質(zhì) ， 說(shuō) 明曲格列酮會(huì)損傷線粒體功能 。綜上所述 ， 線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué) 的發(fā)展促進(jìn)了線粒體相關(guān)疾 病的發(fā)病機(jī)制的系統(tǒng)研究和藥物研發(fā)。 4結(jié)論與展望 隨著線粒體蛋 白質(zhì)組提取、 分離和鑒定技術(shù)的發(fā)展 ， 目前既能對(duì)整個(gè)線粒體蛋 白質(zhì)組進(jìn)行分析 ， 也 可針對(duì)膜間隙或基質(zhì)亞區(qū)間蛋 白質(zhì)組分析 ， 進(jìn)一步完善線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué) 的“目錄” 。蛋 白質(zhì)組學(xué) 的發(fā) 展為我們提供 了大量線粒體基 因和蛋 白信息 ， 通過(guò)結(jié)合臨床特征 ， 有利于發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān) 的基 因和蛋 白， 為我們系統(tǒng)研究線粒體與人類(lèi)疾病的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)需要在以下幾個(gè)方向進(jìn)一 步發(fā)展 ： 第一 ， 進(jìn)一步完善線粒體蛋 白組 目錄。一些蛋 白質(zhì)可能由于豐度太低無(wú)法使用傳統(tǒng)方法檢測(cè) ， 一 些蛋白質(zhì) 由于側(cè)鏈包埋于封閉結(jié)構(gòu) 中而無(wú)法對(duì)其進(jìn)行生物素化檢測(cè)。因此需要改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方 法 ， 提高線粒體蛋 白質(zhì)提取方法的覆蓋率和特異性 ， 鑒定、 識(shí)別之前難 以檢測(cè) 的蛋 白質(zhì) ； 第二 ， 除鑒定線 粒體蛋白質(zhì)的氨基酸序列， 還需完善蛋白質(zhì)翻譯后修飾和線粒體亞區(qū)間定位等信息， 因?yàn)檫@些信息與蛋 白質(zhì) 自身功能緊密相關(guān) ； 第三， 通過(guò) R N A干擾 、 蛋白一 蛋 白相互作用 、 理論計(jì)算結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)等方法研究蛋 白質(zhì)在線粒體能量代謝 、 生物合成 、 細(xì)胞死亡中所起 的作用( 功能預(yù)測(cè) ) ； 最后 ， 借助生物及化學(xué) 的新技 術(shù) 、 新方法和數(shù)據(jù)庫(kù)資源等將線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)中蛋 白質(zhì)序列突變等信息與線粒體 的生理功能和相關(guān) 疾病的臨床特征及特定表型關(guān)聯(lián)起來(lái) ， 這不僅對(duì)于線粒體相關(guān)疾病發(fā)病機(jī)理 的研究和藥物研發(fā)意義重 大， 而且也正是發(fā)展線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)的 目的所在 ?？偠灾?， 線粒體蛋 白質(zhì)組學(xué)對(duì)線粒體全部蛋 白質(zhì) 的“ 破譯 ” 將會(huì)為人類(lèi)疾病研究和線粒體生物學(xué)開(kāi)辟一個(gè)嶄新時(shí)代 。 Re f e r e nc e s 1 Wa e r B K，K i t a mi T，Gi l b e r t T J ，P e c k D，Ra ma n a t h a n A，S c h r e i b e r S L，Go l u b T R，Mo o t h a V KNa t Bi o t e c h n o 1 ， 2 0 0 8，2 6：3 4 3 3 5 1 2 S o r i a n o M E ，S c o n a n o L C e f 2 ， 2 0 1 1 ， 1 4 5 ( 1 ) ：1 5 1 7 3 He n g a r t n e r M 0N a t u r e， 2 0 0 0，4 0 7：7 7 0 7 7 6 4 D e t m e r S A C h a n D C N a t R e v Mo 1 f 2 B i o 1 ， 2 0 0 7 ， 8 ( 1 1 ) ： 8 7 0 - 8 7 9 5 H e l l e r A， B r o c k h o ff G， G o e p f e r i e h A E u r P h a r m B i o p h a r m ， 2 0 1 2 ， 8 2 ( 1 ) ： 1 一 l 8 6 A b r a mo v A Y，S mu l d e r s S r i n i v a s a n T K，K i r b y D M，Ac i n P e r e z R，En r i q u e z J A，L i g h t o w l e r s R N，Du c h e n M R， T u r n b u l l D MBr a i n，2 0 1 0，1 3 3： 7 9 7 - 8 0 7 7 We i n b e r g S E C h a n d e l N S N a t C h e m B i o 1 ， 2 0 1 5， 1 1 ( 1 ) ： 9 1 5 8 C a l v o S EMo o t h a V KAn n u R e v G e n o m Hu m G， 2 0 1 0，l 1 ： 2 5 4 4 9 W a l l a e e D CF a n W P r o c a c c i o VAn n u Re v P a t h o 1 Me c h ，2 0 1 0，5：2 9 7 3 4 8 1 0 J i a n g Y J ，Wa n g X He ma t o 1 On e o 1 ， 2 0 1 2， 5：1 一l 3 1 1 F o me r F ， F o s t e r L J ， C a m p a n a r o S ， V a l l e G， Ma n n MM o 1 C e l l P r o t e o m i c s ， 2 0 0 6 ， 5 ( 4 ) ： 6 0 8 - 6 1 9 1 2 B a r d e l J ，L o u w a g i e M， J a q u i n o d M，J o u r d a i n A， L u c h e S，R a b i l l o u d T， Ma c h e r e l D，Ga r i n J ，B o u r g u i g n o n J P r o t e o mi c s ， 2 0 0 2 2( 7)：8 8 0 8 9 8 1 3 S t i mp s o n S EC o o r s s e n J R，My e r s S J A n a 1 B i o c h e m， 2 0 1 5， 4 7 5：1 3 1 4 F o s t e r L J ， d e Ho o g C L ， Z h a J 1 g Y， Z h a n g Y， X i e X， Mo o t h a V K，Ma n n M f 2 ， 2 o o 6 ，1 2 5 ( 1 ) ： 1 8 7 1 9 9 1 5 Ha r t w i g S ，F(xiàn) e c k l e r C ，L e h r S ，Wa l l b r e e h t K，Wo l g a s t H，Mt i l l e r Wi e l a n d D，K o t z k a J P r o t e o m i c s ，2 0 o 9 ，9( 1 1 ) ： 3 20 9-321 4 1 6 F e r r e i r a R， V i t o r l n o R，A l v e s R M，A p p e l l H J ，P o w e r s S K，D u a r t e J A，A ma d o F P r o t e o m i c s ，2 0 1 0 ，1 0( 1 7 ) ： 31 4 2-31 5 4 1 7 C h e n X L ， We i S S ， Ma Y，L u J ，N i u G， X u e Y H， C h e n X Y，Y a n g F Q T h e r a n o s t i c s ， 2 0 1 4 ， 4 ( 1 2 ) ：1 1 6 4 1 1 7 5 1 8 Z h a n g S Y， Z h u S B， Y a n g L L ， Z h e n g Y， G a o M， Wa n g S ， Z e n g J Z ， Y a n X MA n a 1 C h e m ， 2 0 1 2， 8 4 ( 1 5 ) ： 6 4 2 1 6 42 8 第 9期 許靜怡等： 線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)研究進(jìn)展 1 2 6 3 1 9 Ma r t e l l J D， De e r i n c k T J ， S a n c a k Y， P o u l o s T L，Mo o t h a V K， S o s i n s k y G E， E l l i s ma n M H，T i n g A Y Nat Bi o t e c h n o 1 ，2 0 12，3 0：11 43-1 1 4 8 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 40 41 42 43 4 4 45 46 47 48 49 M o n e n s e n A S k i b s t e d L H， A g r F o o d C h e m ， 1 9 9 7， 4 5 ( 8 ) ： 2 9 7 0 - 2 9 7 7 B e n d a y a n MS c i e n c e ， 2 0 0 1， 2 9 1 ：1 3 6 3 1 3 6 5 Ma y e r G B e n d a y a n M Hi s t o c h e m C y t o c h e m，1 9 9 7， 4 5：1 4 4 9 -1 4 5 4 Mi n a mi h a t a K，Got o M， K a m i y a N B i o c o n j u g a t e C h e m ， 2 0 1 1 ， 2 2 ( 1 1 ) ： 2 3 3 2 2 3 3 8 Rh e e H W ，Z o u P，Ud e s h i N D，Ma r t e l l J D，Mo o t h a V K，Ca r r S A，T i n g A YS c i e nce ，2 0 1 3，3 3 9：1 3 2 8 -1 3 3 1 Ge i g e r T，C o x J ，Os t a s i e w i c z P，Wi s n i e ws k i J R，Ma n n MNa t Me t h o d s ，2 0 1 0，7：3 8 3 - 3 8 5 Hu n g V，Z o u P，Rh e e H W ，U d e s h i N D，C r a c a n V，S v i n k i n a T，Ca r r S A，Mo o t h a V K ，T i n g A YMo 1 Ce l l ，2 0 1 4， 5 5：33 23 41 Ra b i l l o u d T，Ki e ff e r S，P r o c a c c i o V，L o u w a g i e M，C o u r c h e s n e P L，P a t t e r s o n S D，Ma r t i n e z P，Ga r i n J ，L u n a r d i J E l e c t r o p h o r e s i s ， 1 9 9 8 ，1 9 ( 6 ) ： 1 0 0 6 1 0 1 4 wA N G Y u a n ， S U N H a i D a n ， R U Y a - We i ， Y I N L i a n g ，L I U S i Q i S c i e nce C h i n a ： S c i ， 2 0 1 0， 9 ： 8 2 0 - 8 3 3 王 嬡， 孫海丹， 茹雅維 ， 尹松月，陰 亮 ， 劉斯奇中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)， 2 0 1 0 ， 9 ： 8 2 0 8 3 3 v a n L a a r V S ， D u k e s A A， C a s c i o M， H a s t i n g s T GN e u r o b i o 1 D i s ， 2 0 0 8， 2 9 ( 3 ) ： 4 7 7 4 8 9 Ra mi r e z T o r r e s A，Ba r c e l o - B a t l l o r i S，F(xiàn) e r n a n d e z - Vi z a r r a E，Na v a r r o M A，Arna l C，Gu i l l e n N，Ac i n S 。Os a d a J P r o t e o mi c s ， 2 0 1 2 ， 7 5 ( 9 ) ： 2 5 6 3 2 5 7 5 C h o u J L，S h e n o y D V，T h o ma s N，C h o u d h a r y P K，L Me d a F M，Go o d ma n S R，Br e e n G A P r o t e o mi c s ，2 0 1 1 ， 7 4 ( 4 ) ： 4 6 6 4 7 9 Wu Q，Y u a n H， Z h a n g L ， Z h a n g Y A n a 1 C h i mA c t a ， 2 0 1 2 ， 7 3 1 ：1 1 0 T e c h fi t z S ，L u t z k e n d o r f S ， B a z a n t E，B e c k e r S ， K l o s e J ， S c h u e l k e MP r o t e o m i c s ， 2 0 1 3 ，1 3 ( 1 ) ： 1 7 9 1 9 5 C h a n g H W ，C h u a n g L Y，Ch e n g Y H ，Gu D L， Hu a n g H W ，Ya n g C H G e n e t w V a r i a t i o n S p r i n g e r Pr e s s 2 01 0： 2 5 9-2 7 4 T a y l o r S W ，F(xiàn) a h y E，Z h a n g B，Gl e n n G M ，W a r n o c k D E，W i l e y S，Mu r p h y A N，Ga u c h e r S P，C a p a ld i R A，Gi b s o n B W ，G h o s h S S Na t Bi o t e c h n o 1 ， 2 0 0 3，2 1： 2 8 1 2 8 6 L a mb R，Ha r r i s o n H，Hu l i t J ，S mi t h D L，L i s ant i M P，S o t g i a F O n c o t a r g e t ，2 0 1 4，5：1 1 0 2 9 1 1 0 3 7 Mo o t h a V K， B u n k e n b o r g J ， O l s e n J V， n j e r r i l d M， Wi s n i e w s k i J R， S t a h l E， B o l o u r i M S ， R a y H N， S i h a g S ， K a m al M， P a t t e r s o n N， L a n d e r E S ，Ma n n MC e l l ， 2 0 0 3 ，l 1 5 ( 5 ) ： 6 2 9 6 4 0 P a g l i a r i n i D J ， C a t v o S E， C h a n g B， S h e t h S A， V a f a i S B，O n g S E ，Wa l f o r d G A， S u g i ana C， B o n e h A， C h e n W K， Hi l l D E， V i d al M，E v a n s J G， Tho r b u m D R，C a r t S A， Mo o t h a V K C e l l ， 2 0 0 8 ，1 3 4 ( 1 ) ： 1 1 2 1 2 3 B u g g e r H，S c h wa r z e r M，C h e n D，S c h r e p p e r A，Amo r i m P A，S c h o e p e M，Ng u y e n T D，Mo h r F W ，Kh a l i mo n c h u k O。 We i me r B C， D o e n s t T C a r d i o v a s c R e s ， 20 1 0 ， 8 5 ( 2 ) ： 3 7 6 3 8 4 V i H e n e u v e L ， T i e d e L M，M o r s e y B ，F(xiàn) o x H S P r o t e o m e R e s ， 2 0 1 3 ，1 2 ( 1 0 ) ： 4 5 9 9 4 6 0 6 Ki m T Y，Wa n g D，K i m A K，L a u E，L i n A J ，L i e m D A，Z h a n g J ，Z o n g N C，L a m M P，P i n g P Mo 1 C e l l P r o t e o mi c s 2 0 1 2 ， 1 1 ( 1 2 ) ： 1 5 8 6 1 5 9 4 Ku ma r A，Ag a r wa l S，He y ma n J A，Ma t s o n S，He i d t ma n M，P i c c i fil l o S ，Uma n s k y L，D r a wi d A，J a n s e n RL i u Y C h e u n g K H，Mi l l e r P，G e r s t e i n M ，Ro e d e r GS，S n y d e r M G e n e De v ，2 0 0 2， 1 6 ( 6 ) ： 7 0 7 7 1 9 Hu h W K，F(xiàn) a l v o J V，G e r k e L C，Ca r r o l l A S ，Ho ws o n R W ，We i s s ma n J S ， O S h e a E KNa t u r e ， 2 0 0 3， 4 2 5：6 8 6 6 9 1 O z a w a T，S a k o Y ，S a t o M ，Ki t a mu r a T，Ume z a wa YNa t Bi o t e c h n o 1 ， 2 0 0 3，2 1： 2 8 7 2 9 3 Vi e i r a H L，Ha o u z i D，E1 Ha me l C，J a c o t o t E，Be l z a c q A S，B r e n n e r C，K r o e me r GC e l l De a t h D ，2 0 0 0， 7 ( 1 2 ) ： 11 46-l 1 5 4 T o n g W H，Ro u a u l t T 佃 0 J， 2 0 0 0，1 9： 5 6 9 2 5 7 0 o Z alt s man Y，S h a c h n a i L，Yi v g i O h an a N，S c h w a r z M ，Ma r y a n o v i c h M，Ho u t k o o p e r R H，Va z F M，De L e o n a r d i s F F i e r mo n t e G，P almi e r i F，G i l l i s s e n B，Dani e l P T， J i me n e z E，Wals h S ，K o e h l e r C M， R o y S S ， Wa l t e r L， H a j n o c z k y G， G r o s s AN a t C e I I B i o Z ， 2 0 1 0 ，l 2 ( 6 ) ： 5 5 3 5 6 2 C h e n T T，T i a n X，Uu C L，G e J ，C h u X，L i Y F AmC h e mS o c ， 2 0 1 5 ，1 3 7 ( 2 ) ： 9 8 2 9 8 9 Ra r d i n M J ，Ne w man J C，He l d J M，C u s a c k M P，S o r e n s e n D J， U B，S c h i l l i n g B ，Mo o n e y S D，Ka h n C R ，V e r d i n E， G i b s o n B W P r o c N a t 1 A c a d S c i U S A， 2 0 1 3， l l 0 ( 1 6 ) ： 6 6 0 1 6 6 0 6 加 l 2 6 4 分 析 化 學(xué) 第 4 3卷 5 0 G fims md P A，C a r s o n J J ，He b e r t A S，Hu b l e r S L，Ni e mi N M，B a i l e y D J ，J o c h e m A，S t a p l e t o n D S，Ke l l e r M P， We s t p h a l l M S ， Y a n d e l l B S， A t t i c A D， C o o n J j ， P a g l i a r i n i D J C e l l Me t a b ， 2 0 1 2， 1 6 ( 5 ) ： 6 7 2 6 8 3 5 1 D e n g W J ， N i e S ， D ai J ， wu J R， Z e n g R Mo 1 C e l l P r o t e o m i c s ， 2 0 1 0 ， 9 ( 1 ) ： 1 0 0 1 1 6 5 2 J o h n s o n D T，Ha r r i s R A，F(xiàn) r e n c h S，B l a i r P V，Yo u J ，B e mi s K G，Wa n g M ，Ba l a b a n R S A m， P h y s i o l c e 2 2 ， 2 伽盯， 2 9 2 ( 2 ) ： C 6 8 9 C 6 9 7 5 3 L o t z C，L i n A J ，B l a c k C M，Z h a n g J ，L a u E，De n g N，Wa n g Y， Z o n g NC，C h o i J H， Xu T，L i e m D A，Ko r g e P，We i s s J N， H e r m j a k o b H， Y a t e s J R， 3 r d ， A p w e i l e r R， P i n g P P r o t e o m e R e s ， 2 0 1 4 ，1 3 ( 2 ) ： 4 3 3 4 4 6 5 4 C a p a l d i R A， Ha l p h e n D G， Z h a n g Y Z， Y a n a m u r a W J B i o e n e r g B io m e mb r ， 1 9 8 8 ， 2 0 ( 3 ) ： 2 9 1 - 3 1 1 5 5 K i r b y D M， T h o r b u r n D R T w i n R e s H u m G e n e t ， 2 0 0 8 ，l 1 ( 4) ： 3 9 5 4 l 1 5 6 B u r t e F， d e G i r o l a m o L A， H arg r e a v e s A J ，B i l l e t t E E P r o t e o m e R e s ， 2 0 1 1 ， 1 0 ( 4 ) ： 1 9 7 4 1 9 8 6 5 7 Ki m H K，P a r k W S，K a n g S H，Wa r d a M，Ki m N，K0 J H，P r i n c e Ae l B，Ha n J Am P h y s i o l C f 2 ，2 0 0 7， 2 9 3 ( 2 ) ： C 7 6 1 一 C 7 7 1 5 8 C h e n Y W ，C h o u H C，L y u P C，Yi n H S，Hu a n g F L，C h a n g W S，F(xiàn)a n C Y ，T u I F，La i T C，L i n S T，L u Y C， wu C L ，H u a n g S H， C h a n H L F u n c t I n t e g r G e n o m i c ， 2 0 1 1 ， l 1 ( 2 ) ： 2 2 5 2 3 9 5 9 V i g a n o A， a s s o M， C ar e t t i A， B r a v a t a V， T e r r a n e o L ， F a n i a C， C a p i t a n i o D， S a m a j a M， G 出 C P r o t e o m i c s ， 2 0 1 1 ，l 1 ： 42 0 2-421 7 6 0 L i u T， C h e n L ， K i m E， T r a n D， P h i n n e y B S ， K n o w l t o n A A L if e S c i ， 2 0 1 4 ，1 0 1 ： 2 7 3 6 6 1 Ec c l e s t o n H B，An d r i n g a K K ，B e t a n c o u r t A M ，Ki n g A L，Ma n t e n a S K，S wain T M ，T i n s l e y H N，No l t e R N ，N a g y T R， A b r a ms G A， B a i l e y S MA n t i o