真核细胞质膜蛋白质组研究进展

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1、真核细胞质膜蛋白质组研究进展:细胞膜(质膜)蛋白质是细胞的“门铃”与“门户”，是许多药物的作用靶标。细胞质膜蛋白质组的研究正成为蛋白质组研究的热点，这方面的研究有利于具有重要功能的低丰度蛋白质的发掘，为药物研发和疾病的诊断提供靶体与标记蛋白质。然而，质膜蛋白质组的研究在强疏水性跨膜蛋白质和低丰度膜蛋白质的分离和鉴定上遇到了方法学的挑战。本文对质膜及其微区的纯化、质膜蛋白质组的分离与鉴定、生物信息学，以及亚细胞定位研究的近期进展作扼要介绍。关键词:质膜;蛋白质组学;2一维凝胶电泳(2DE);质谱随着许多生物体基因组测序的完成，蛋白质组的研究成为继基因组研究后的另一个热点。然而生

2、物体的蛋自质多达上百万种，且蛋白质的丰度有1一1护的差异。要全面了解一种真核细胞的蛋白质组，必须对其进行分级分离，而最好的分级分离方法是亚细胞器的分离，然后对各细胞器的蛋白质组进行单独研究。在各细胞器中，细胞质膜(plasmamembrane，PM)起着举足轻重的作用。因为细胞质膜是细胞与环境直接接触的界面，也是细胞内外物质、能量与信息交换的场所。细胞膜蛋白质组是细胞的“门铃”与“门户”，执行细胞内外物质交换、信息转换、细胞识别、代谢调节、免疫应答等功能。质膜蛋白质在药物研究中起着相当重要的作用，在己经发现的药靶中，大约有70%是质膜蛋白质。最近一项统计表明:仅作用耙点为1型

3、或2型G蛋白受体的药物就占所有药物的25%{‘l。质膜蛋白质组的研究为癌症的研究提供了很多有意义的靶标，其中Sidney儿~el癌症研究中心(SKcC)[2]通过对体内肺癌以及固体瘤组织上皮细胞与体外培养的肺癌细胞质膜相减蛋白质组研究，找到了两种只在体内癌细胞中特异表达的细胞膜表皮蛋白，而通过这两种蛋白质的抗体携带化疗或放疗药物可以特异地杀死肿瘤细胞。然而，由于很多膜蛋白具有强疏水性，常用于全蛋白质组研究的方法在进行膜蛋白质组研究时遇到了很大的挑战。与此同时，质膜较其他细胞器含量低，与其他细胞器，如线粒体膜、核膜有相近的组成，且质膜结构复杂，有不同的结构区，如打开的膜片、膜管

4、，以及微区，如“脂筏(lipidraft)”和“质膜微囊(caveolae)”。质膜微区蛋白质的丰度较低，不到全细胞蛋白质组的0.5%，占质膜蛋白质组的2%[3]，这些均对质膜蛋白质组研究带来挑战，因而直到1998年才正式开始系统的质膜蛋白质组研究l4]，其微区蛋白质组的研究更迟。不过最近几年随着亚细胞技术的发展，新的膜蛋白提取试剂和新的分离手段的利用，以及质谱灵敏度与分辨率的提高，质膜蛋白质组研究的文献从1998的2篇发展到2005年的278篇。本文着重从质膜及其微区的纯化、质膜蛋白质组的分离与鉴定，以及膜蛋白的生物学研究和新质膜蛋白的定位等几个方面来介绍质膜蛋白质组的研究

5、。1质膜及其微区的纯化和纯度判断质膜及其微区的纯化是质膜蛋白质组研究的第一步。常用的细胞膜纯化方法有离心法、硅珠结合法、两相法、自由流法以及亲和分离法等。离心法包括差速离心法和密度梯度离心法。差速离心法是根据不同亚细胞器组分的颗粒大小不同，沉降速度不同而分离的，较难得到很纯的膜。密度梯度离心法的介质试剂有蔗糖‘俩I、Nycodenz阎、Percoll等。它是基于各细胞器的密度不同而对其进行分离，因而可以得到较纯的质膜。但这种方法常常有线粒体和内质网的污染，且得率低。硅珠结合法‘2，7，是通过阳离子硅胶与细胞膜结合来增加细胞膜的密度(大于细胞核)，从而沉在管底来达到与其他细胞器

6、分离的目的。此法操作简单，得率也较高，但不能用于组织匀浆样，也有内质网的污染。自由流电泳[8l和两相法[9一‘0]都是利用各细胞器的电荷不同来分离的。两相法分离原理是:在一定浓度范围内两种高分子的亲水聚合物DextranT一500(6.4%)和PEG3350(64%)不能充分溶合而形成悬浮的两相，这样可以利用膜微囊的表面电荷和亲水基团不同，使其在两相体系中分配在富含PEG的上相，而其他内膜主要分配在下相或界面。此法可得纯度大于85%的质膜，可用于组织与细胞，且其得率较高(2omg质膜蛋白八0‘“个细胞)。在以细胞为材料的细胞膜纯化方面，最近报道的生物素一亲和素亲和纯化法可以明

7、显地降低其他细胞器的污染，尤其是线粒体和内质网，因而在蛋白质组研究中得到了广泛的应用[“一‘3，。该法原理，是水溶性生物素可以标记活细胞的细胞表面蛋白质而不会通过质膜标记细胞内蛋白质，然后用亲和素亲和纯化标记了生物素的细胞质膜。Zhao和Zhang等【”一，2]用这种方法将质膜富集400倍且污染少，尤其是经高盐(lMKCI)和高pH(0IMNaZCO3)溶液洗涤后，可以得到很纯的整合质膜片段。经IDE一MSIMS分离与鉴定后，鉴定了898个蛋白质，其中781个有质膜定位。Pierce等1131利用这种方