线粒体蛋白质组学研究进展.pdf

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1、第43卷分析化学(FENXIHUAXUE)特约来稿第9期2015年9月ChineseJournalofAn~yticalChemistry1257～1264DOI：10．11895／j．issn．0253~820．150479线粒体蛋白质组学研究进展许静怡陈超翔韩锦艳杭纬颜晓梅(厦门大学化学化工学院化学生物学系，谱学分析与仪器教育部重点实验室，化学生物学福建省重点实验室，厦门361005)摘要线粒体是细胞能量代谢、生物合成和细胞死亡的调控中心，其功能异常会导致许多疾病的产生。线粒体蛋白质组学研究为解析线粒体的生理功能、探索线粒体相关

2、疾病的发病机制及促进线粒体为靶向的药物研发提供重要理论依据。本文对线粒体蛋白质组学的研究方法，尤其是近年的技术发展以及线粒体蛋白质组学的性质及其应用进行总结，并对其未来的发展前景和挑战进行展望。关键词线粒体；蛋白质组学；质谱；疾病；评述1引言线粒体是真核细胞重要的细胞器，其在细胞能量代谢⋯、生物合成和细胞死亡(包括细胞凋亡和细胞程序性坏死)的调控中起关键作用。此外，线粒体还参与三羧酸循环、脂肪酸和氨基酸氧化、钙离子稳态调节等重要生理过程。由于线粒体在维持生命稳态中发挥重要作用，因此其功能异常与许多人类疾病相关，如神经退行性疾病、癌症

3、、心脏病和糖尿病等。由于线粒体蛋白质表达异常是其功能紊乱的主要原因，而线粒体蛋白质组学正是从整体角度，分析线粒体的蛋白质组成、表达水平与修饰状态等的动态变化，旨在阐明线粒体内全部蛋白质的表达模式和功能模式，包括蛋白质的表达与存在方式(修饰方式)、结构与功能、以及蛋白质相互作用等，从而在蛋白质水平探索线粒体生理功能和相关疾病的联系。通过线粒体蛋白质组学可系统研究正常和病变组织中线粒体蛋白分布与表达的差异，从而为研究线粒体相关疾病的分子机制和以线粒体为靶标的药物研发奠定理论基础L1。近年来，人类基因组测序的完成、串级质谱和蛋白质数据库的

4、发展加速了线粒体蛋白组学的研究。本文对线粒体蛋白质组学的研究方法，尤其是近年的技术发展进行总结，分析并讨论蛋白质组学的性质及其应用。2线粒体蛋白质组学的研究方法与技术2．1线粒体蛋白质的提取策略提取大量高纯度的线粒体蛋白质是开展线粒体蛋白质组学研究的重要前提¨，线粒体的纯度及其结构的完整性是保障实验结果准确的关键所在。如图1所示，线粒体由外膜、膜间隙、内膜和基质构成，基质或者膜间隙蛋白质组学可促进线粒体蛋白质的定位和功能研究，但同时也对提取策略的选择性和特异性提出了更高要求。差速离心结合密度梯度离心是分离纯化线粒体的经典方法。差速离

5、心用于分离不同大小、体积和重量的细胞器¨。通过差速离心可初步分离得到线粒体，为尽量避免其它细胞器组分的干扰，需通过密度梯度离心对得到的线粒体进一步分离纯化1。密度梯度离心是在离心管内通过特定介质形成连续或不连续的密度梯度，将差速离心得到的线粒体悬液置于介质顶部，悬液通过重力或离心力场作用进一步分层和分离。线粒体密度梯度离心常用介质有氯化铯、蔗糖、Ficoll、Percoll及碘化介质(如Nyco．denz)等。其中蔗糖黏度大且渗透性高，易使细胞器破裂；而Percoll和Nycodenz介质形成的梯度十分2015~6—11收稿；201

6、5~7—15接受本文系国家自然科学基金(Nos．91313302，90913015，21225523)资助项目E—mail：xmyan@xmu．edu．cn第9期许静怡等：线粒体蛋白质组学研究进展l2592．2线粒体蛋白质的分离策略对于线粒体蛋白质组学研究，无论通过上述何种策略获得线粒体蛋白质组，都需要对蛋白质混合物进行分离，分离后酶解成多肽片段，再通过质谱进行鉴定。分离线粒体蛋白质昆合物的方法主要是电泳和色谱法。二维电泳是分离线粒体蛋白质最广泛最经典的方法，它是一种高分辨率的蛋白质分离技术。二维凝胶电泳的第一相常为等电聚焦电泳(I

7、EF)，根据蛋白质等电点的不同进行分离；第二相是SDS·聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS．PAGE)，根据蛋白质分子量的不同进行分离。1998年Rabilloud等首先利用IEF／SDS—PAGE分离人胚胎组织线粒体蛋白质并结合肽指纹图谱鉴定了46种线粒体蛋白质。王媛等通过双向凝胶电泳在小鼠心脏、肝脏和肾脏3种组织中发现了87种组织特异的差异蛋白。此外，有报道采用双向荧光差异凝胶电泳(2D—DIGE)分析蛋白表达量的变化，即利用不同荧光染料标记不同处理方法的蛋白质，再等量混合标记不同荧光染料的蛋白质进行双向电泳，通过荧光强度的变化可测定蛋

8、白表达量的变化。如vanLaar等提取小鼠脑线粒体并分成有无多巴胺醌处理的两组，通过2D．DIGE结合质谱分析发现18种蛋白质的表达量发生显著变化。Ramirez-Tortes等分别提取两组膳食中“含”与“不含”鲨烯的小鼠肝脏线粒体，