化學蛋白質組學？說到靶向蛋白質組學,咱們都知道,一直以來蛋白質組學的應用領域主要是針對基礎生物學,比如研究通路、蛋白復合物、互作網絡,表征細胞和組織的類型,觀察細胞周期內蛋白質的表達等。近年來,由于技術的飛速發展,蛋白質組學開始被用于醫學研究和藥物研究。比如說藥物研究,國內可能用得還不多,但在歐美已經開始越來越廣泛。那么，化學蛋白質組學？一起來了解一下吧。
這個概念最早是在1995年提出的，它在本質上指的是在大規模水平上研究蛋白質的特征，包括蛋白質的表達水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等，由此獲得蛋白質水平上的關于疾病發生，細胞代謝等過程的整體而全面的認識。
目前，在蛋白質功能方面的研究是極其缺乏的。大部分通過基因組測序而新發現的基因編碼的蛋白質的功能都是未知的，而對那些已知功能的蛋白而言，它們的功能也大多是通過同源基因功能類推等方法推測出來的。有人預測，人類基因組編碼的蛋白至少有一半是功能未知的。因此，在未來的幾年內，隨著至少30種生物的基因組測序工作的完成，人們研究的重點必將轉到蛋白質功能方面，而蛋白質組的研究正可以完成這樣的目標。在蛋白質組的具體應用方面，蛋白質在疾病中的重要作用使得蛋白質組學在人類疾病的研究中有著極為重要的價值。
疾病的產生可能僅僅是因為基因組中一個堿基對的變化，如β-血紅蛋白第六位上的Glu變為Val就導致了鐮刀型細胞貧血癥的發生。然而，對于大多數疾病來說，其疾病發生機制要復雜的多。因此，對于疾病發生的分子機制的認識就需要一些能夠解決這些復雜性的方法來完成。而作為細胞中的活性大分子，蛋白質無疑是與疾病相關的主要分子，蛋白表達水平的改變是與疾病，藥物作用或毒素作用直接相關的。
說明：此篇筆記系2016-2017年由克里克學院與康昱盛主辦的蛋白質組學網絡大課堂整理而成，侵刪。該課程由上海交通大學系統生物醫學研究院助理研究員庫鑫博士所授。
大伙兒都知道，蛋白質組學（proteomics），是研究一種細胞或者一種生物體所表達的全部蛋白質。雖說現在基因組測序火得一塌糊涂，但是，我們不要忽略了，蛋白質才是執行生命體功能的基本單元，而且蛋白質都是通過形成各種復合物，組成通路網絡，去行使各種生物學功能的！所以，有很多生物學問題只能在蛋白質層面上去研究去探索，而且需要站在系統的層面去考察，比如說：蛋白-蛋白相互作用、蛋白的細胞定位、翻譯后修飾、信號通路及代謝通路的調控和功能等。這就是為啥蛋白質組學如此重要啦！
既然重要，科學家們自然是想盡辦法來研究了！最開始使用的技術就是傳說中的雙向凝膠電泳（2-DE），由于分辨率低、蛋白質重疊等各種問題，無論是通量還是準確度，都不盡如人意。當質譜技術興起以后，就迅速被替代了。
說起質譜技術的誕生，估計很多小伙伴都聽過那個著名的diao絲逆襲的段子，講的就是2002年諾貝爾化學獎得主田中耕一，作為蛋白質譜發明人之一，由于一個不小心在實驗時錯加了甘油，結果神奇地將質譜技術引入到鑒定生物大分子的應用領域。
1.蛋白質鑒定：可以利用一維電泳和二維電泳并結合Western等技術，利用蛋白質芯片和抗體芯片及免疫共沉淀等技術對蛋白質進行鑒定研究。
2.翻譯后修飾：很多mRNA表達產生的蛋白質要經歷翻譯后修飾如磷酸化，糖基化，酶原激活等。翻譯后修飾是蛋白質調節功能的重要方式，因此對蛋白質翻譯后修飾的研究對闡明蛋白質的功能具有重要作用。
3.蛋白質功能確定：如分析酶活性和確定酶底物，細胞因子的生物分析/配基-受體結合分析。可以利用基因敲除和反義技術分析基因表達產物-蛋白質的功能。另外對蛋白質表達出來后在細胞內的定位研究也在一定程度上有助于蛋白質功能的了解。Clontech的熒光蛋白表達系統就是研究蛋白質在細胞內定位的一個很好的工具。
4.對人類而言，蛋白質組學的研究最終要服務于人類的健康，主要指促進分子醫學的發展。如尋找藥物的靶分子。很多藥物本身就是蛋白質，而很多藥物的靶分子也是蛋白質。藥物也可以干預蛋白質-蛋白質相互作用。
在基礎醫學和疾病機理研究中，了解人不同發育、生長期和不同生理、病理條件下及不同細胞類型的基因表達的特點具有特別重要的意義。這些研究可能找到直接與特定生理或病理狀態相關的分子，進一步為設計作用于特定靶分子的藥物奠定基礎。
雙向凝膠電泳技術(2-DE)
雙向凝膠電泳技術與質譜技術是目前應用最為廣泛的研究蛋白質組學的方法。雙向凝膠電泳技術利用蛋白質的等電點和分子量差別將各種蛋白質區分開來。雖然二維凝膠電泳難以辨別低豐度蛋白，對操作要求也較高，但其通量高、分辨率和重復性好以及可與質譜聯用的特點，使其成為目前最流行、可靠的蛋白質組研究手段。雙向凝膠電泳技術及質譜基礎的蛋白質組學研究程序為樣品制備→等電聚焦→聚丙烯酰胺凝膠電泳→凝膠染色→挖取感興趣的蛋白質點→膠內酶切→質譜分析確定肽指紋圖譜或部分氨基酸序列→利用數據庫確定蛋白。蛋白質組研究要求有高分辨率的蛋白質分離及準確、靈敏的質譜鑒定技術。凝膠電泳中蛋白質的著色不僅影響蛋白質分離的分辨率，同時也影響后續的質譜鑒定。蛋白質的染色可分為有機試劑染色、銀染、熒光染色及同位素顯色四類。
Unlu 等提出了一種熒光差異顯示雙向電泳(F-2D-DIGE)的定量蛋白質組學分析方法。差異凝膠電泳(DIGE)是對2-DE 在技術上的改進，結合了多重熒光分析的方法，在同一塊膠上共同分離多個分別由不同熒光標記的樣品，并第一次引入了內標的概念。兩種樣品中的蛋白質采用不同的熒光標記后混合，進行2-DE，用來檢測蛋白質在兩種樣品中表達情況，極大地提高了結果的準確性、可靠性和可重復性。
說明：此篇筆記系2016-2017年由克里克學院與康昱盛主辦的蛋白質組學網絡大課堂整理而成，侵刪。該課程由復旦大學生物醫學研究院（IBS）的劉曉慧博士所授。
第一步：剪碎去血
將樣品放入PBS緩沖溶液中剪碎，倒掉變色的溶液，換入新的PBS，繼續剪，一遍一遍地重復，直到PBS溶液不變色為止。比如肝臟組織，洗完后整個是一個偏黃色的組織。在這個過程中，我們需要用剪刀和鑷子剝離血管組織和脂肪組織等，這些組織的存在會對我們對樣品，比如肝臟組織的蛋白質類型產生干擾。去血的過程中同時需要加入蛋白酶抑制劑。
第二步：稱重
為了稱量更精確，洗滌之后可以用濾紙將樣品吸干，然后再稱重，能比較準確地知道我們大約使用了多少組織樣品。
第三步：碎裂
碎裂樣品的方法在上一篇推文里有詳細的介紹，包括液氮研磨、勻漿等機械破碎，溫差法、壓力法等物理破碎，以及加入變性劑等化學處理法。通常情況下呢，用液氮研磨就夠了，研磨到完全變成粉狀。但如果用單一的方法破碎效果不好，或者操作起來工作量太大，也可以進行多方法的組合。比如十幾個或幾十個樣品，完全靠手工的液氮研磨，跟去健身房玩一圈的運動量估計也差不多了，累成狗！這時候可以考慮使用組織破碎儀，一次可以做八個十個的，一起震碎，那就輕松多了。
以上就是化學蛋白質組學的全部內容，對于蛋白質組學的研究來說,它的最基本的實驗手段就是利用雙向凝膠電泳(two-dimensional protein electrophoresis, 2DE),在整個 基因組水平上檢測蛋白質表達的情況。雙向凝膠電泳首先利用等電點聚焦來分離不同等電點的蛋白,再利用SDS-PAGE來分離不同分子量的蛋白,其分辨率是非常高的。
