2024-07-29
隨著高通量(liang)技(ji)術的(de)(de)快速發展，多組(zu)學(xue)(xue)(xue)聯(lian)合分析(xi)(xi)的(de)(de)思路(lu)為(wei)解析(xi)(xi)生(sheng)物(wu)體生(sheng)理(li)或病理(li)等(deng)表(biao)型相關機(ji)制(zhi)提供了更加全(quan)(quan)面的(de)(de)角(jiao)度和(he)可能性。其(qi)中(zhong)，轉錄(lu)組(zu)學(xue)(xue)(xue)和(he)蛋(dan)白(bai)(bai)組(zu)學(xue)(xue)(xue)具有上下游(you)的(de)(de)關系(xi)，聯(lian)合分析(xi)(xi)可充(chong)分利用轉錄(lu)組(zu)和(he)蛋(dan)白(bai)(bai)質組(zu)研究的(de)(de)差異性和(he)互補性，通過表(biao)征生(sheng)物(wu)體mRNA與蛋(dan)白(bai)(bai)的(de)(de)表(biao)達(da)水平繪(hui)制(zhi)在不同層次上的(de)(de)的(de)(de)表(biao)達(da)水平全(quan)(quan)景圖，從而更系(xi)統(tong)地(di)解析(xi)(xi)生(sheng)物(wu)學(xue)(xue)(xue)和(he)醫(yi)學(xue)(xue)(xue)研究中(zhong)的(de)(de)調(diao)控機(ji)制(zhi)。接下來，小(xiao)派將從轉錄(lu)組(zu)學(xue)(xue)(xue)和(he)蛋(dan)白(bai)(bai)組(zu)學(xue)(xue)(xue)聯(lian)合分析(xi)(xi)的(de)(de)優勢、研究思路(lu)及文章案例(li)分享三個角(jiao)度，帶(dai)大家見識(shi)“兄(xiong)弟”齊心的(de)(de)力(li)量(liang)！ 轉錄組(zu)和蛋白組(zu)聯合分(fen)析在(zai)生物學和醫學研究中具有重要(yao)的優(you)勢，主要(yao)體現在(zai)以下幾(ji)個方面： 1.全面(mian)性 轉錄組(zu)分析(xi)關注基因表達水平，而(er)蛋白組(zu)分析(xi)則關注蛋白質的(de)表達水平。聯合分析(xi)可以提供更全面的(de)生物學信息，從基因到(dao)蛋白質的(de)全景視圖(tu)，幫(bang)助研(yan)究者更好地理(li)解(jie)細胞功能和生物過程。 2.功(gong)能驗證 轉錄(lu)組數據可以(yi)揭示哪(na)些基(ji)因在特定條件(jian)下被激活或抑制(zhi)，而蛋(dan)白(bai)組數據則可以(yi)驗證這(zhe)些基(ji)因對應蛋(dan)白(bai)質的實(shi)際表達情況(kuang)。通(tong)過這(zhe)種方(fang)式，研究者(zhe)能(neng)夠更準(zhun)確地了解轉錄(lu)水平與蛋(dan)白(bai)質水平之(zhi)間(jian)的關系。 3.時間動態 在時間(jian)序列實(shi)驗(yan)中，轉(zhuan)錄組(zu)和蛋白(bai)組(zu)的(de)聯合分析可以揭(jie)示基(ji)因表達(da)和蛋白(bai)質(zhi)積累的(de)動態變(bian)化(hua)，幫(bang)助理解(jie)生物(wu)過程(cheng)的(de)時序機制。 4.疾病機制研究 在疾(ji)病(bing)研究中，轉錄組(zu)和蛋白(bai)組(zu)的(de)聯(lian)合(he)分析可(ke)以(yi)為疾(ji)病(bing)的(de)發生機制(zhi)提(ti)供更(geng)為全面的(de)證據，揭示(shi)潛在的(de)生物標志物或治(zhi)療(liao)靶點，推動個性化醫學(xue)的(de)發展。 5.提高數據可(ke)靠性(xing) 單一(yi)的組學研究可能會受到多種因(yin)素(su)的影(ying)響(xiang)，比如技術噪音或樣本變異(yi)，而(er)聯合分析能夠通過整合不同數(shu)據(ju)來(lai)源，提高(gao)結(jie)果的可靠性與解釋能力。 轉錄組(zu)和蛋白組(zu)聯合分析(xi)研究思路(lu) 對于蛋白質(zhi)組(zu)(zu)和轉(zhuan)錄(lu)組(zu)(zu)的聯合分(fen)析，我們首先得到蛋白質(zhi)組(zu)(zu)和轉(zhuan)錄(lu)組(zu)(zu)的定量檢測分(fen)析結果，通過提取(qu)有對應(ying)關(guan)系的蛋白質(zhi)和轉(zhuan)錄(lu)本展示其一(yi)致性情況(kuang)，并可進(jin)一(yi)步映射(she)到相關(guan)代謝(xie)通路上（圖1）。接下來，小派將進(jin)一(yi)步給大家帶來精彩的實戰案例。 圖1 轉錄組和蛋白組聯合分析思(si)路(lu) 常(chang)規轉錄組(zu)(zu)+蛋白(bai)組(zu)(zu)聯(lian)合分析案例(li) 膠質(zhi)瘤(liu)是成(cheng)人最常見(jian)的原發性腦腫(zhong)瘤(liu)，更好地(di)了解(jie)觸發膠質(zhi)母細胞瘤(liu)形成(cheng)的關(guan)鍵分(fen)子和途徑，有(you)助(zhu)于識別(bie)早期(qi)診斷和有(you)效治(zhi)療膠質(zhi)母細胞瘤(liu)的新靶點。最近的研究表明，膠質(zhi)瘤(liu)中YB-1的高(gao)表達與細胞增殖、生(sheng)(sheng)存、遷移和對(dui)替(ti)莫唑胺的耐(nai)藥性相關(guan)，并提示YB-1可能是膠質(zhi)瘤(liu)進展的潛(qian)在(zai)生(sheng)(sheng)物(wu)標志(zhi)物(wu)。下面以派(pai)森諾生(sheng)(sheng)物(wu)與中國科(ke)學(xue)院上海生(sheng)(sheng)物(wu)化學(xue)與細胞生(sheng)(sheng)物(wu)學(xue)研究所合作文(wen)章(zhang)為例，簡述基于“轉錄(lu)組+蛋白組”分(fen)析闡明YB-1在(zai)膠質(zhi)母細胞瘤(liu)中的分(fen)子功能和調控機制。 該項目分(fen)別對U251和U87細(xi)胞(bao)及(ji)其YB-1敲(qiao)(qiao)(qiao)低系進行轉錄(lu)組(zu)(zu)和蛋(dan)白組(zu)(zu)分(fen)析(xi)(xi)以探究(jiu)YB-1在(zai)膠質(zhi)母細(xi)胞(bao)瘤細(xi)胞(bao)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)功能和機制(zhi)。首先(xian)，轉錄(lu)組(zu)(zu)學(xue)分(fen)析(xi)(xi)表明(ming)兩種(zhong)YB-1敲(qiao)(qiao)(qiao)低細(xi)胞(bao)系中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)差異基(ji)因分(fen)別參與(yu)神經(jing)系統(tong)發(fa)育、神經(jing)發(fa)生、神經(jing)元分(fen)化、受(shou)體配體活(huo)性和細(xi)胞(bao)外基(ji)質(zhi)組(zu)(zu)織等通路（圖2）。有趣的(de)(de)(de)是，定(ding)量(liang)蛋(dan)白質(zhi)組(zu)(zu)學(xue)分(fen)析(xi)(xi)表明(ming)，與(yu)上調蛋(dan)白的(de)(de)(de)數(shu)(shu)(shu)量(liang)相比，YB-1敲(qiao)(qiao)(qiao)低細(xi)胞(bao)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)顯著下(xia)調的(de)(de)(de)蛋(dan)白質(zhi)數(shu)(shu)(shu)量(liang)要(yao)多得多，其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)下(xia)調蛋(dan)白在(zai)鈣粘蛋(dan)白結合(he)、翻譯、核糖體組(zu)(zu)裝、RNA 加工(gong)和黏著斑(ban)的(de)(de)(de) GO 類別中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)富集(ji)。此外，結合(he)轉錄(lu)組(zu)(zu)學(xue)和蛋(dan)白質(zhi)組(zu)(zu)學(xue)數(shu)(shu)(shu)據(ju)發(fa)現，在(zai)mRNA水(shui)(shui)平變(bian)化不(bu)大(da)的(de)(de)(de)基(ji)因中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，大(da)多數(shu)(shu)(shu)基(ji)因在(zai)兩種(zhong)YB-1敲(qiao)(qiao)(qiao)低細(xi)胞(bao)系的(de)(de)(de)蛋(dan)白質(zhi)水(shui)(shui)平上的(de)(de)(de)表達(da)均降(jiang)(jiang)低，表明(ming)YB-1在(zai)翻譯水(shui)(shui)平上促進了大(da)量(liang)基(ji)因的(de)(de)(de)表達(da)（圖3）。結合(he)以上分(fen)析(xi)(xi)，進一步(bu)發(fa)現mTORC1和mTORC2的(de)(de)(de)標(biao)記物在(zai)YB-1敲(qiao)(qiao)(qiao)低的(de)(de)(de)U251和U87細(xi)胞(bao)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)均顯著下(xia)降(jiang)(jiang)。 圖2 兩種YB-1敲低細胞系中下調（藍(lan)色）或上調（橙(cheng)色）基因的(de)GO富集分析 圖3 膠質母細胞瘤細胞中YB-1缺失(shi)后轉錄組和(he)蛋白(bai)質組學分析 綜上所(suo)述，“轉錄組(zu)+蛋白組(zu)”聯合分析表明(ming)YB-1在膠質母細(xi)胞瘤形成過程中(zhong)可能(neng)參(can)與(yu)的(de)調(diao)控通(tong)路，為揭示YB-1/CCT4/mLST8/mTOR通(tong)路在促進(jin)膠質母細(xi)胞瘤生長中(zhong)的(de)作用提供了重要的(de)研究方向。 進階轉錄組+蛋(dan)白組聯(lian)合分(fen)析案(an)例 銀(yin)耳（Tremella fuciformis）的(de)主要活性(xing)成分巖藻(zao)多(duo)糖(tang)(TPS)已被報道具有抗氧化(hua)、抗炎(yan)、抗腫瘤、抗群體(ti)感(gan)應(ying)和免(mian)疫調(diao)節等(deng)多(duo)種功能的(de)生(sheng)物(wu)活性(xing)化(hua)合(he)(he)物(wu)。但銀(yin)耳的(de)全基(ji)(ji)因組關聯研究(jiu)仍未系統開(kai)展，這極大地阻礙了銀(yin)耳的(de)遺(yi)傳和功能研究(jiu)。該項目首(shou)次(ci)使用PacBio HiFi測序結合(he)(he)Hi-C技術(shu)得到一個(ge)高質量(liang)的(de)銀(yin)耳染色體(ti)級別基(ji)(ji)因組，并通過轉錄組學(xue)和蛋白質組學(xue)鑒定了菌(jun)絲體(ti)中與巖藻(zao)多(duo)糖(tang)（TPS）生(sheng)物(wu)合(he)(he)成相關的(de)基(ji)(ji)因。 首先(xian)，通(tong)過(guo)構建銀(yin)(yin)耳的(de)染色體級別(bie)基(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)預測到283個RNA，包含71個ncRNA、101個rRNA和(he)111個tRNA，并(bing)共注釋了(le)10,150個蛋白(bai)質(zhi)編碼(ma)(ma)基(ji)(ji)因(yin)(yin)，編碼(ma)(ma)基(ji)(ji)因(yin)(yin)和(he)外顯子序列分別(bie)占全基(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)的(de)61.6%和(he)53.6%。注意的(de)是，作者預測了(le)碳水(shui)化合(he)物(wu)(wu)酶類編碼(ma)(ma)基(ji)(ji)因(yin)(yin)的(de)酶組(zu)(zu)分，并(bing)注釋了(le)97個GTs和(he)150個GHs。其中，20個GTs和(he)4個GHs參與(yu)TPS合(he)成(cheng)(cheng)相(xiang)關(guan)途徑（圖4）。進(jin)一(yi)(yi)步通(tong)過(guo)比較(jiao)轉錄組(zu)(zu)學(xue)(xue)和(he)蛋白(bai)質(zhi)組(zu)(zu)學(xue)(xue)鑒定(ding)了(le)菌絲(si)體中與(yu)巖藻多糖（TPS）生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)合(he)成(cheng)(cheng)相(xiang)關(guan)的(de)基(ji)(ji)因(yin)(yin)，這些基(ji)(ji)因(yin)(yin)可能比分生(sheng)(sheng)孢(bao)子中更活躍(yue)，從而揭示了(le)菌絲(si)體中TPS的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)合(he)成(cheng)(cheng)過(guo)程（圖5）。綜上分析，本研(yan)究為銀(yin)(yin)耳屬的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)學(xue)(xue)和(he)遺傳學(xue)(xue)的(de)進(jin)一(yi)(yi)步探索奠定(ding)基(ji)(ji)礎。 圖(tu)4 銀耳TPS生(sheng)物合成中的注釋(shi)基因 圖4 TPS生(sheng)物合成(cheng)的定量分(fen)析 希望小派本次從(cong)“轉錄(lu)組學(xue)和(he)蛋白組學(xue)聯合分析的(de)(de)優勢(shi)”、“研(yan)究思路”及“文(wen)章案例分享”三個維度的(de)(de)詳(xiang)細介紹(shao)，能(neng)夠帶您(nin)真切走進兩“兄弟”的(de)(de)世界(jie)，在未來(lai)的(de)(de)探索之(zhi)旅中更加游刃(ren)有余！
