一种蛋白质组学方法可用于干细胞研究

尚高生命科学
2021-11-16

细胞类型转变的详细特征对于细胞生物学,尤其是再生医学中基于干细胞的治疗的发展至关重要。

近日,一篇名为An integrative proteomics method identifies a regulator of translation during stem cell maintenance and differentiation的文章发表在Nature Communications上,论文阐述了通过引入一种同时测量细胞中蛋白质表达和热稳定性变化的方法,并提供了基于网络的可视化工具ProteoTracker,来研究人类多能干细胞与包括其亲代细胞系和分化后代在内的几种细胞类型之间的差异。

研究人员检测了包括核糖体生物发生在内的许多细胞途径和组成部分的蛋白质特性的变化,并证明了通过SBDS蛋白调节核糖体成熟有助于在体外操纵细胞干性。利用整合蛋白质组学方法和基于网络的工具,他们发现了从干细胞的极简翻译中分离稳健转录的分子基础,并提出了在体外保持多能性的方法。

图1.来源Nature Communications

理解细胞从一种类型或状态到另一种状态的转变是现代分子生物学的重点。细胞类型转变在疾病建模、组织工程和再生医学中起着核心作用。这些转变是由细胞蛋白质组成的深刻变化引起的。

一般来说,蛋白质通过表达或结构的变化来调节其活性,后者通常由翻译后修饰(PTMs)触发。结构的改变经常导致蛋白质溶解度的改变,溶解度是调节蛋白质功能的重要参数之一。为了对多能性有一个新的认识,研究人员采用了一个多元化的实验设计,将表达蛋白组学与蛋白质组全积分溶解性改变(PISA)试验相结合,来比较多能性细胞与其同基因子代和亲代细胞以及异基因细胞。

PISA是热蛋白质组分析(TPP)或CETSA-MS的高通量版本。热蛋白质组分析能够检测由于小分子与活细胞和细胞裂解液中的蛋白质结合、翻译后修饰和大分子复杂动力学(例如真核细胞周期中的转变)而发生的蛋白质溶解性或热稳定性的微小变化。

最近,热蛋白质组分析被用于测量和比较13种不同物种的蛋白质熔化温度,该研究表明,基因组改变可以影响蛋白质的热稳定性。重要的是,蛋白质溶解度/稳定性的变化与蛋白质丰度的变化是互补的。这里采用的是被称为PISA-Express的组合蛋白质组学方法,每次重复分析一个细胞类型只使用两个样本(图2a, b)来评估蛋白质丰度和溶解度。相比之下,单独的热蛋白质组分析通常需要分析10个样本。

图2:细胞类型转变中蛋白质的热稳定性和表达变化。

在本研究中,研究人员提出了一种同时测量细胞类型转变后蛋白表达和热稳定性的方法,以及基于Sankey图的多维可视化工具ProteoTracker,在不降维的情况下研究蛋白质组变化。(补充图2a, b)。这种结合分析提供了蛋白质行为的更详细的观点,仅从转录组学、表达蛋白组学或热蛋白质组分析很难获得。最后,研究人员发现参与核糖体生物发生的SBDS蛋白在干细胞的维持和分化中发挥作用,并可能在体外靶向调节多能性。

作者在最后写道,我们在染色质重塑、DNA复制机制、代谢和核糖体稳定性方面的数据证实,这一多元化的蛋白质组学数据集和解释工具可以用于研究干细胞相关和其他细胞特异性现象。在这里,我们只探索了蛋白质组转换的一些特征,为进一步的功能探索和发现留下了大量有趣的发现。这种多元化的蛋白质组学方法可能被证明是一个有用的工具,以寻找最佳条件的各种细胞增殖,包括干细胞的自我更新,设计分化和转分化协议,以及特定蛋白质功能的机制研究。我们希望PISA-Express蛋白质组学与蛋白质轨道转变分析相结合,可以广泛应用于细胞生物学。

*中文翻译仅供参考,所有内容以新闻稿原文为准。

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