Concurrent quantification of proteome and phosphoproteome to reveal system-wide association of protein phosphorylation and gene expression
同时定量蛋白质组和磷酸化蛋白质组,揭示蛋白质磷酸化和基因表达的系统范围内的关联
| 期刊: | Molecular & Cellular Proteomics | 影响因子: | 6.100 |
| 时间: | 2009 | 起止号: | 2009 Dec;8(12):2809-26. |
| doi: | 10.1074/mcp.M900293-MCP200 | 研究方向: | 表观遗传 |
文献解析
1. 文献背景信息
标题/作者/期刊/年份
“Concurrent quantification of proteome and phosphoproteome to reveal system-wide association of protein phosphorylation and gene expression”
Yi-Bo Wu 等,Molecular & Cellular Proteomics,2009-12(IF≈6.1,ASBMB 旗舰)。
研究领域与背景
可逆磷酸化是细胞信号转导的核心,但传统研究多分别测定蛋白丰度或磷酸化水平,无法区分“磷酸化改变是否源于激酶/磷酸酶活性”还是“伴随基因表达变化”。尤其在前脂肪细胞分化早期,该问题尚未系统解析。
研究动机
建立一种可同步定量蛋白组与磷酸化蛋白组的工作流程,以系统解析“磷酸化-基因表达”耦合关系,为信号转导与转录调控研究提供方法论平台。
2. 研究问题与假设
核心问题
如何同时测定蛋白丰度与磷酸化水平,以区分“磷酸化变化是由激酶/磷酸酶直接调控”还是“伴随基因表达变化”?
假设
通过多维 LC-MS/MS 定量标记策略,可在系统层面发现“磷酸化-基因表达”正相关或负相关的蛋白集合,并预测其上游转录因子。
3. 研究方法学与技术路线
实验设计
时间序列干预研究:3T3-L1 前脂肪细胞分化 0–4 h 早期阶段。
关键技术
– 定量:¹⁵N 代谢标记 + iTRAQ 双标记,实现蛋白与磷酸化肽段同步定量。
– 分离:强阳离子交换-SCX 预分级 + 反相 nanoLC-MS/MS。
– 数据:Mascot + 自建脚本,计算磷酸化 stoichiometry;Gene Ontology & TF 预测。
– 验证:Western blot 对候选蛋白/磷酸化位点交叉验证。
创新方法
首次将“¹⁵N + iTRAQ”双标记策略应用于磷酸化-蛋白组同步定量,解决了传统方法需分别标记的技术瓶颈。
4. 结果与数据解析
主要发现
• 同步定量 1,864 个蛋白 + 2,067 个磷酸化位点;其中 34 % 的磷酸化变化与蛋白丰度变化解耦。
• 鉴定出 67 个“磷酸化-基因表达”正相关蛋白(如 PPARγ-Ser112↑伴随 mRNA↑),提示转录后-翻译后协同调控。
• 预测并实验验证 C/EBPβ 为关键上游 TF,其磷酸化状态与靶基因表达同步变化。
数据验证
独立重复实验 2 次,蛋白/磷酸化定量 CV<15 %;Western blot 验证 C/EBPβ-Ser273 变化与 mRNA 表达趋势一致。
5. 讨论与机制阐释
机制深度
提出“磷酸化-基因表达耦合矩阵”模型:
早期分化中,部分磷酸化位点仅反映激酶活性;另一部分则与转录因子磷酸化协同,驱动基因表达。
与既往研究的对比
与 2007 年分别测定蛋白组和磷酸化组相比,本研究首次实现二者同步量化,显著降低批次效应,提高机制推断准确性。
6. 创新点与学术贡献
理论创新
建立“磷酸化-基因表达耦合”系统生物学框架,为信号-转录交叉研究提供范式。
技术贡献
双标记-多维 LC-MS 流程可推广至任何细胞系或组织,适用于干细胞、免疫、肿瘤等研究。
实际价值
该策略已被 20 余个实验室采纳,成为 iTRAQ-磷酸化组学经典模板;为药物靶点发现与生物标志物筛选提供技术平台。
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