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蛋白质组学的十年:最重要的举措

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这是四篇文章中的最后一篇,调查了领先的蛋白质组学研究人员在2010年代在蛋白质组学中最显著的成就。可以找到第1部分在这里,第二部分在这里,及第三部分在这里

2010年初,人类蛋白质组组织(HUPO)的成员在西雅图开会,制定了一项绘制完整的人类蛋白质组的国际计划。

在这项努力的基础上出现了人类蛋白质组计划(HPP),然后是以染色体为中心的人类蛋白质组计划(C-HPP)和生物/疾病驱动的人类蛋白质组计划(B/D-HPP),到目前为止,这些计划已经成功地从大约90%的预测蛋白质编码人类基因中识别出蛋白质。

密歇根大学(University of Michigan)人类遗传学教授、HPP的领导人之一吉尔伯特·欧曼(Gilbert Omenn)认为,这项努力是蛋白质组学在过去十年中的关键发展之一。

虽然该项目绘制人类蛋白质组的目标是一项巨大的努力,但其最重要的遗产可能是为实现这一目标而开发的工具和过程。这十年来其他几个主要的蛋白质组学项目也可以得到类似的评价,比如美国国家癌症研究所的临床蛋白质组学肿瘤分析联盟(CPTAC)和瑞典的人类蛋白质图谱,这两个项目都被研究人员认为是21世纪10年代蛋白质组学中最重要的努力之一。

Omenn说:“2010-2019年间,HUPO人类蛋白质组学项目对蛋白质组学做出了重要贡献。”“HPP动员了全球的努力来识别和表征每个蛋白质编码基因的蛋白质产物,通过创建EBI/PRIDE的ProteomeXchange来促进数据共享,以注册蛋白质组学研究,汇集了西雅图的PeptideAtlas和日内瓦的neXtProt,以统一重新分析所有公开可用的人类蛋白质组学质谱数据集,并提供急需的可靠检测和管理指南。[并]帮助刺激了新仪器的开发和在许多生物学研究中的部署。”

韩国延世大学生物化学教授、C-HPP项目的领导者白永基(Young-Ki Paik)同样强调了HPP的贡献。

他说:“在我个人看来,蛋白质组学最重要的发展之一可能是引入了新的工作流程和团队方法,以全基因组的方式注释人类蛋白质组。”

自2010年9月启动以来,C-HPP一直是HPP倡议中最突出的项目。该项目最初被认为是HUPO在几年前追求的各种蛋白质组映射项目提供更多定义和终点的一种方式。它呼吁建立按国家组织的小组,每个国家或国家小组采用23条人类染色体中的一条或多条,并为染色体上的每个基因描述一个具有代表性的蛋白质。

除了识别这些蛋白质,研究小组还对每种蛋白质进行了测序,确定了可用于分离它的蛋白型肽和抗体,并研究了它在不同疾病状态下的作用。

截至2012年HUPO会议在美国,该计划已经确定了人类蛋白质组中假定的2万种蛋白质中的约1.4万种。到2016年在美国,这个数字已经上升到1.6万左右截至2019年该数字为17,694。

在去年的一次采访中,Omenn表示,这项工作最近已经达到了一个阶段,剩余的突出蛋白质可能特别难以找到。有些可能只在难以捕捉的非常特定的条件下表达。另一些可能嵌在膜中,难以溶解。还有一些可能没有赖氨酸和精氨酸残基所需的胰蛋白酶消化通常用于蛋白质组学工作流程。

麦考瑞大学(Macquarie University)蛋白质组学教授、HPP的负责人之一马克·贝克(Mark Baker)说,在目前的十年里,该项目将致力于更密切地研究蛋白质在健康和疾病中的生物学功能。像Omenn和Paik一样,他说他怀疑“最大的长期影响将来自[HPP]产生的知识”,并引用了评估蛋白质组学数据质量的标准的发展,以及交流他们发现的工具,作为该计划推动的主要成就。

Baker还提到了C-HPP与人类蛋白质图谱(HPA)的合作,HPA是一个抗体驱动的项目,同样旨在对人类蛋白质组进行编目,但更强调蛋白质在特定组织和细胞类型中的定位。

该项目于2003年启动,由克努特和爱丽丝·瓦伦堡基金会资助,在过去十年之初已经从1万多个基因中鉴定出蛋白质,目前拥有1.7万多个基因的蛋白质信息。该项目还验证了26,371个针对这些蛋白质的抗体,为研究人员提供了一个资源,让他们可以找到大量蛋白质亲和剂的验证和性能数据。

斯坦福大学(Stanford University)教授迈克尔·斯奈德(Michael Snyder)称HPA是这十年的亮点之一,它提供了“许多人类蛋白质表达的第一代图谱”,“极大地扩展了20年前在模式生物(如酵母)上所做的工作”。

Mathias Uhlén,卡罗林斯卡学院和斯德哥尔摩皇家理工学院生命科学实验室的教授,HPA的领导人也选择了HPP和HPA等计划在蛋白质组图谱方面取得的进展,作为过去10年的关键发展。vwin德赢ac米兰合作

“在过去10年里,蛋白质编码基因的数量被定义为略低于2万个。与此同时,针对人类蛋白质的抗体数量激增。”“加上转录组分析和质谱分析的进步,这导致了超过99%的蛋白质编码基因在蛋白质或转录水平上的证据。包括人类蛋白质图谱在内的大量测绘工作,使人们能够更全面地了解人类蛋白质组及其在细胞、组织、器官和体液中的组分。”

虽然HPP和HPA主要关注的是识别和表征组成人类蛋白质组的蛋白质,但这十年的另一个主要举措,CPTAC项目,将蛋白质组学临床应用技术的发展作为其使命。

该项目于2006年启动,作为癌症临床蛋白质组学技术(CPTC)计划,重点是探索和纠正已成为蛋白质组学主要挑战的实验变异性问题。的项目的第二阶段该项目于2011年以一个新名字——临床蛋白质组肿瘤分析联盟(CPTAC)启动,并有了一个新的关注点:将来自肿瘤组织样本的发现和靶向蛋白质组数据与由nci资助的癌症基因组图谱对这些样本的基因组特征结合起来。

这标志着对蛋白质基因组学的首次重大尝试之一,NCI癌症临床蛋白质组学研究办公室主任兼CPTAC工作负责人亨利·罗德里格斯(Henry Rodriguez)将其列为最重要的研究成果之一蛋白质组学的主要应用进展在过去的十年里。

他还强调了CPTAC在推动这一新兴学科方面的作用,引用了“在蛋白质组学、分析和计算工作流中建立实验标准;开创了蛋白质组学与基因组学的整合,以产生对癌症生物学的更统一的理解;并将其应用到癌症临床试验中。”

罗德里格斯补充说,该项目“帮助NCI开发了一些世界上最大的多组学数据集(DNA、RNA、蛋白质和图像)的开放获取公共存储库,适用于蛋白质组学分析和癌症特异性抗体,CPTAC的研究人员和合作者已经“发布了超过10种癌症类型的蛋白质基因组数据集,而且还在不断增加。”

CPTAC项目一直延续到这十年第三阶段,于2017年推出,正在进行中。蛋白质基因组学仍然是这项工作的核心,但这项计划已经转向更多的转化研究,参与者使用蛋白质基因组学数据来更好地了解患者的药物反应和耐药性的发展,最终目标是在临床试验中使用通过努力开发的分析方法。

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