第35卷　第1期2011年1月南京林业大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n )V o l .35,N o .1J a n .,2011h t t p ://w w w .n l d x b .c o m [d o i :10.3969/j .i s s n .1000-2006.2011.01.024]　收稿日期:2009-12-31 修回日期:2010-10-26　基金项目:国家自然科学基金项目(31000287);江苏省高校自然科学基础研究项目(10K J B 220002)　作者简介:甄艳(1976—),副教授,博士。

＊施季森(通信作者),教授。

E -m a i l :j s h i @n j f u .e d u .c n 。

　引文格式:甄艳,施季森.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用[J ].南京林业大学学报:自然科学版,2011,35(1):103-108.质谱技术在蛋白质组学研究中的应用甄　艳,施季森＊(南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏　南京　210037)摘要:随着蛋白质组学研究的迅速发展,质谱技术已成为应用于蛋白质组学研究中的强有力工具和核心技术。

质谱技术的先进性在于为蛋白质组学研究提供的通量和分子信息。

笔者重点概述了基于质谱路线的蛋白质组学研究,介绍了基于质谱的定量蛋白质组学﹑翻译后修饰蛋白质组学、定向蛋白质组学、功能蛋白质组学以及基于串联质谱技术的蛋白质组学数据解析的研究进展。

关键词:质谱;蛋白质组学;定量蛋白质组学;翻译后修饰;定向蛋白质组学;功能蛋白质组学中图分类号:Q 81 文献标志码:A 文章编号:1000-2006(2011)01-0103-06A p p l i c a t i o n o f m a s s s p e c t r o m e t r y i n p r o t e o m i c s s t u d i e sZ H E NY a n ,S H I J i s e n＊(K e y L a b o r a t o r y o f F o r e s t G e n e t i c s a n d B i o t e c h n o l o g y M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210037,C h i n a )A b s t r a c t :W i t ht h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f p r o t e o m i c s ,m a s s s p e c t r o m e t r y i s m a t u r i n g t o b e a p o w e r f u l t o o l a n dc o r e t e c h -n o l o g y f o r p r o t e o m i c s s t u d i e s d u r i n g t h e r e c e n t y e a r s .T h e s u p e r i o r i t y o f m a s s s p e c t r o m e t r y l i e s i n p r o v i d i n g t h e t h r o u g h -p u t a n d t h e m o l e c u l a r i n f o r m a t i o n ,w h i c hn o o t h e r t e c h n o l o g y c a n b e m a t c h e di np r o t e o m i c s .I nt h i s r e v i e w ,w e m a d e a g l a n c e o n t h e o u t l i n e o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e d p r o t e o m i c s .A n dt h e nw e a d d r e s s e d o n t h e a d v a n c e s o f d a t a a n a l y s i s o f m a s s s p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,q u a n t i t a t i v em a s ss p e c t r o m e t r y -b a s e dp r o t e o m i c s ,p o s t -t r a n s l a t i o n a l m o d i f i c a t i o n s b a s e d m a s s s p e c t r o m e t r y ,t a r g e t e d p r o t e o m i c s a n df u n c t i o n a l p r o t e o m i c s b a s e d -m a s s s p e c t r o m e t r y .K e yw o r d s :m a s ss p e c t r o m e t r y ;p r o t e o m i c s ;q u a n t i t a t i v ep r o t e o m i c s ;p o s t -t r a n s l a t i o n m o d i f i c a t i o n ;t a r g e t e d p r o -t e o m i c s ;f u n c t i o n a l p r o t e o m i c s 蛋白质组学(P r o t e o m i c s )是从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成、活动规律及蛋白质与蛋白质的相互作用,是功能基因组学时代一门新的学科。

目前蛋白质组学的研究主要有两条路线:一是基于双向电泳的蛋白质组学;二是基于质谱的蛋白质组学,其中基于双向电泳的蛋白质组学研究路线最终也离不开质谱技术的应用。

自20世纪80年代末,两种质谱软电离方式即电喷雾电离(e l e c t r o s p r a y i o n i z a t i o n ,E S I )和基质辅助激光解析离子化(m a -t r i x a s s i s t e d l a s e r d e s o r p t i o n i o n i z a t i o n ,M A L D I )的发明和发展解决了极性大、热不稳定蛋白质和多肽分析的离子化和分子质量大的测定问题[1],蛋白质组学研究中常用的质谱分析仪包括离子阱(i o nt r a p ,I T ),飞行时间(t i m e o f f l i g h t ,T O F ),串联飞行时间(T O F -T O F ),四级杆/飞行时间(q u a d r u p o l e /T O F h y b r i d s ),离子阱/轨道阱(I T /o r b i t r a ph y b r i d )和离子阱/傅里叶变换串联质谱分析仪(I T /F o u r i e r t r a n s f o r m i o n c y c l o t r o nr e s o n a n c em a s s s p e c t r o m e t e r s h y b r i d s ,I T /F T M S ),这些质谱仪具有不同的灵敏度、分辨率、质量精确度和产生不同质量的M S /M S 谱[2]。

质谱作为蛋白质组学研究的一项强有力的工具日趋成熟,并作为样品制备及数据分析的信息学工具被广泛地应用。

因此,有学者指出质谱技术已在蛋白质组学研究中处于核心地位[3]。

目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化南京林业大学学报(自然科学版)第35卷特定细胞生命过程中的功能性分子,例如质谱技术可在一次研究中鉴定几千个蛋白质分子,并可以给出蛋白质存在的分子修饰状况[4];质谱分析还可以用于了解蛋白质与蛋白质之间的相互作用。

因此,有学者认为基于质谱的蛋白质组学最终可以进行整个生物系统的蛋白质表达水平的研究,并认为蛋白质组学可以成为“新基因组学”[5]。

笔者主要综述质谱在蛋白质组学的应用。

1　基于质谱的定量蛋白质组学研究蛋白质组学最初的研究焦点是蛋白质的鉴定,最近基于质谱发展起来的平台有利于研究细胞内蛋白质组分数量变化。

在整体水平上研究蛋白质的定量分析被称为定量蛋白质组学(q u a n t i t a t i v e p r o t e o m i c s),对于系统地理解每个蛋白质组分的分子功能有着重要的作用,将为各种生物学过程和生物系统提供新的见解[6]。

蛋白质组是复杂多变的,即使在一个细胞中不同生理或病理条件下,蛋白质的表达也不相同。

目前质谱越来越多地被用于蛋白质或肽的相对或绝对定量的研究。

典型的基于质谱定量蛋白质组学研究可用质谱谱图特征(谱峰的强度,质/荷比和出峰的时间)、肽的特征(来源相同肽离子的质量同位素峰)、或肽(相同肽不同电荷状态的多个肽特征)来表示[6-7]。

定量蛋白质组学技术可以分为两类,即标记定量技术和非标记定量技术。

定量蛋白质组学研究的目的是通过比较多个样品质谱相关信息的丰度变化进行定量,且通过控制假阳性率(f a l s e-d i s c o v e r y r a t e, F D R)提供差异丰度特征的最大程度列表。

定量蛋白质组学工作流程可分为3类,即稳定同位素标签、谱峰计算和谱峰特征分析。

1.1　稳定同位素标签稳定同位素标签是一种标记定量技术,用稳定同位素标记蛋白质样品﹑混合样品﹑酶解、质谱分析,并分为体内标记技术和体外标记技术。

例如体内标记技术稳定同位素标记氨基酸细胞培养(s t a-b l e i s o t o p e l a b e l i n g w i t h a m i n o a c i d s i nc e l l c u l t u r e, S I L A C),在培养介质中加入稳定同位素标记的氨基酸进行蛋白质的鉴定和定量,但是该技术只能对可培养的样品进行定量分析[8]。