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在生物細胞中，蛋白質無處不在：這些生命的組成部分執行著無數重要的功能。人細胞在任何給定時間都包含數千種不同的蛋白質，通常每種蛋白質類型的副本同時存在于其數百種甚至數千種中。
近年來，研究人員已經成功地使用測量儀器來充分捕獲這種巨大的多樣性。如今，有可能一口氣篩選細胞，器官甚至整個生物，以記錄其整個蛋白質組，換句話說，記錄所有各種蛋白質種類及其數量。傳統的蛋白質組學技術還可以確定每種蛋白質種類的豐度如何隨環境條件的變化而變化。
篩選未能檢測到許多功能更改
不過，到目前為止，標準的蛋白質組篩選還無法同時檢測出細胞中發生的許多分子事件，這些事件導致蛋白質功能發生變化。
這些事件包括蛋白質本身的化學變化，例如磷酸化，以及與其他蛋白質或分子的相互作用。此類分子事件很重要：細胞中的許多過程(例如信號級聯反應)通常僅依賴于各種分子事件，而不是蛋白質水平的調節。這使細胞能夠利用其現有的一組蛋白質分子非常快速地適應新環境，而不必制造新的蛋白質分子。
使功能更改可測量
這導致蘇黎世聯邦理工學院分子系統生物學教授Paola Picotti和她的研究人員懷疑結構變化可以用作導致蛋白質功能變化的所有各種分子事件的讀數(或“代理")。
系統生物學家改進了蛋白質組圖譜的現有方法，以便他們可以同時檢測蛋白質的所有此類功能變化，直至最后一個細節。
正如他們最近在《Cell》雜志上報道的那樣，他們現在已經在這一努力中取得了成功。他們的新方法使研究人員可以在原位(即直接在細胞液中)測量許多酶活性的分子相互作用和化學修飾。
覆蓋面大幅增加
為了將它們用作分子事件的代理，研究人員測量了樣品中存在的蛋白質結構。他們同時測量數量。Picotti說：“通過這種方式，我們捕獲了影響蛋白質功能的大多數事件–覆蓋率急劇增加。"
ETH教授幾年前為這種新方法奠定了基礎。她和她的同事使用一種稱為有限蛋白水解質譜(LiP-MS)的技術，可以相對輕松地探測生物樣品中的大量蛋白質的結構，例如酵母細胞質或活檢組織的體液。這也使她能夠記錄一種和同一蛋白質的各種結構。
使蛋白質成為更好的生物標記
為了測試新的LiP-MS方法，Picotti和她的同事仔細研究了三個完善的系統。他們發現該方法不僅捕獲了所有已知的功能更改，而且還發現了以前未知的事件。皮科蒂說：“這意味著我們現在可以檢測到比僅測量蛋白質豐度還要多得多的生物過程。" 這是朝著使蛋白質，其改變的結構和功能在將來更可用作有效生物標記物的方向邁出的重要一步。
研究人員測試其概念的一種方法是在酵母細胞上施加鹽脅迫。短時間后，細胞開始運動以應對環境中鹽濃度的增加。激活此信號傳導途徑后，某些蛋白質被磷酸化-它們“附著"有磷酸鹽-而另一些與其他分子相互作用，而另一些則改變其活性。這導致酶改變其結構，從而改變其功能。
ETH研究人員發現，在酵母中存在的3500種不同蛋白質類型中，本實驗中超過300種改變了形狀，而其中只有30種改變了豐度。“這意味著細胞對短暫的新刺激或急性應激反應不會產生特別大量的蛋白質;相反，他們重塑了現有產品并修改了功能。"皮科蒂說。
一旦克服了應力，重整的分子便可以恢復到其原始狀態。結果，細胞中蛋白質的數量隨時間保持相當恒定。這對于細胞來說是個好消息，因為產生新分子需要大量時間和精力。相比之下，重塑它們僅需幾秒鐘的時間和很少的精力。
有前途的診斷工具
皮科蒂(Picotti)已經進行了一個項目，以測試人類疾病的方法。她和她的同事們將帕金森氏癥患者的數百個樣本與健康人的樣本進行了比較，以找到該疾病的結構生物標志物。
皮科蒂的初步結論是，“在這種情況下，單獨的蛋白質量在診斷上沒有用"，而健康和患病個體中的大多數蛋白質含量大致相等。但是，當研究人員尋找相同蛋白質的不同結構時，事情似乎更有希望。從患者采集的樣品中許多蛋白質顯示出改變的結構，這表明該方法有望作為一種診斷工具。然而，它是否還可以作為早期發現的手段仍有待探討。
ETH分拆提供商業方法
研究人員已經為他們的方法申請了專li。專注于蛋白質組學的ETH衍生品Biognosys已獲得該方法的許可，并已成功將其作為商業服務提供，用于分析藥物開發樣品中蛋白質的結構變化。新方法也引起了學術界的極大興趣。“我每周收到國外研究人員的幾次要求，看看我的實驗室是否可以為他們分析樣品。但是我們無法滿足所有這些要求，因為我們沒有能力，"皮科蒂說。
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來源：生物幫
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