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        蛋白質組學

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        領跑智慧多組學,助力科研新發現


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        蛋白質組學,糖基化蛋白質組學,多組學聯合分析
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        「青蓮聚焦」多組學文獻匯總,助力實現您的多層次組學需求!

        2021-09-16 00:00:00



        組學技術極大程度地推動了生命科學和人類健康研究的發展。隨著基因組和轉錄組層面信息的大量解析與應用,前沿的研究者們已經開始逐漸提高了對蛋白質組、代謝組的關注度,嘗試從更多生物分子層次來全面地探討生物功能的執行與表型變化。為貼合廣大研究生與青年教師的科研需求,青蓮百奧推出購買蛋白組學贈送代謝組學活動,助力推動多組學聯合新方法發展,實現廣大科研工作者的多層次組學需求。

        小編整理了以下幾篇蛋白質組、代謝組的多組學研究文獻,與大家分享。


        圖片

        01

        文獻一

        新型冠狀病毒引起的COVID-19迅速傳播成為全球衛生挑戰,美國西雅圖系統生物學研究所與西雅圖瑞典醫療中心等多家單位聯合在《Cell》上發表“Multi-Omics Resolves a Sharp Disease-State Shift between Mild and Moderate COVID-19”,確定了新冠治療的有效時期。

        研究通過采集不同嚴重程度的新冠患者外周血樣本,對139COVID-19患者進行臨床測量、免疫細胞和血漿蛋白組、代謝組與PBMC單細胞多組學綜合分析,發現輕度向中度感染過程中主要發生炎癥信號升高、特定代謝物與代謝進程的丟失,且多種免疫細胞表型隨著病情嚴重程度的增加而增加。這項研究表明,新冠感染的中度階段可能是治療干預最有效的時機。


        02

        文獻二

        金黃色葡萄球菌菌血癥(SaB)可在人類中引起重大疾病,快速預測SaB患者的反應與指導個性化治療方案可以降低死亡率。

        該研究結合蛋白質組學和代謝組學技術,對25份正常人血清、99份 SaB 幸存者血清以及76份 SaB 死亡病人的血清進行分析,從中篩選出1088個蛋白質、5280個代謝信號特征和6700個修飾肽,并進一步從中篩選出10000種特征標志進行后續深度分析。使用多種計算策略來研究血清的復雜性,完整的呈現了宿主對感染的早期反應。本研究中發現的生物標志物的預測能力遠遠超出了先前所報道的標志物。最后,用 SaB 小鼠模型驗證了死亡率相關途徑的生物學作用。結果為發展預后測試開辟了途徑,該測試可以在足夠早的時候識別出高?;颊?,從而觸發嚴密的監測和干預措施,同時該研究提供了一個金黃色葡萄球菌菌血癥(SaB)預后生物標志物的資源庫。



        03

        文獻三

        前列腺癌(PCa)是全球第二常見的癌癥,也是男性第二大常見惡性腫瘤,是全球男性死亡率第五高的腫瘤。其診斷方式主要基于活檢的組織病理學評估,雖然活檢后的治療是個性化的,但目前仍存在治療過度和治療不足的顯著風險,因此迫切需要生物標志物來進行風險分層。維也納醫科大學病理部Lukas Kenner研究團隊在《Molecular systems biology》(IF:11.429,中科院JCR 1區)上發表題為“STAT3-dependent analysis reveals PDK4 as independent predictor of recurrence in prostate cancer”的研究論文。

        研究者利用轉錄組學數據的基因共表達網絡,以及來自人和鼠前列腺FFPE-激光顯微切割樣本的蛋白質組學,尋找前列腺癌潛在的風險分級生物標志物。在轉錄水平上顯示了氧化磷酸化(OXPHOS)的上調,在蛋白質組水平上顯示了TCA循環/OXPHOS的上調,這與STAT3的表達呈負相關。同時,作者鑒定到TCA循環的關鍵調節因子──丙酮酸脫氫酶激酶4 (PDK4)基因的表達,獨立于其他諸如分級、分期和前列腺特異性抗原(PSA)水平的診斷風險因素,低PDK4是前列腺癌預后不良的一個有前景的標志物。

        04

        文獻四

        急性體育活動會導致代謝、心血管和免疫途徑的一些變化。雖然研究已經檢查了這些途徑的選定變化,但整個系統對急性運動的分子反應尚未完全描述。來自斯坦福大學醫學院遺傳系的Michael.P.Snyder教授的研究團隊(博士后研究員吳思主要負責該課題生物信息學部分,作為本文共同第作者)在Cell上發表了題為Molecular Choreography of Acute Exercise的研究,報道了急性健身運動對人體在分子層面的影響和所涉及到的精細編碼調節的生物學過程。

        該研究對36名特征良好的志愿者所收集到的血樣,進行了深入細致的多組學縱向研究,包括基于血漿的蛋白組學、代謝組學、脂質組學和基于外周血單個核細胞(peripheral blood mononuclear cells,PMBCs)的轉錄組學研究。多組學縱向分析揭示了幾千個分子受到了急性有氧運動的影響,包括能量代謝、氧化應激、炎癥、組織修復和生長因子反應,以及調節途徑。同時也探討了胰島素抵抗的人群在運動后與正常人相比不同的分子反應。最后,發現了參與心肺運動反應的生物途徑,并開發了預測模型,揭示了潛在的靜息血液峰值生物標志物。該研究從多組學角度整合探討了運動在分子層面是如何對人體產生影響的。研究的潛在轉化意義在于發現有前景的有氧適能相關的生物標志物,并且闡釋運動對于胰島素抵抗病人所造成的不同影響的分子機制。


        05

        文獻五

        沙漠小球藻生命力頑強,具有極好的極端光照的脅迫響應能力,但對于光合機制如何運作及功能上限的理解仍舊不足。來自德國馬克思·普朗克研究所、耶路撒冷希伯來大學、馬堡大學、弗萊堡大學以及德國IPK研究所的科研人員進行了深入探討,并在《Nature plants》上發表了題為“Multi-omics reveals mechanisms of total resistance to extreme illumination of a desert alga”的論文。該研究結合多個組學分析數據,系統討論了沙漠小球藻在極端光照下的系統變化,進一步了解其在極端光照下的光合和生長響應機制。
        研究利用轉錄組、蛋白質組、代謝組以及脂質組的多維度數據,建立了一個多層數據集。將多組學分析與生長、光合作用和呼吸、NADPH水平、總蛋白和細胞形態的測量數據相結合,系統研究了光合細胞對極端光照的反應。小球藻可以利用突然產生的過剩還原力和碳,來進行生長和物質儲備,而翻譯后氧化還原調節在這種快速反應過程中起著至關重要的作用。


        06

        文獻六

        準確預測分娩時間有利于保障新生兒及母體的健康,因此分娩時間的預測具有很高的臨床重要性。隨著妊娠進入分娩階段,母體免疫、代謝和內分泌系統發生重大轉變,并在分娩時達到頂峰。分娩前母體生物學的綜合特征是理解這些生理轉變和識別預測分娩的生物標志物的關鍵。 來自美國斯坦福大學醫學院的Brice Gaudillière及其研究團隊在Science Translational Medicine在線發表了題為“Integrated trajectories of the maternal metabolome, proteome, and immunome predict labor onset”的文章。通過代謝組學、蛋白質組學和免疫組學對自然分娩的女性進行縱向研究,通過多組學數據建立了對于孕婦分娩開始時間的預測模型,該研究為開發基于血液來進行分娩日期的預測方法奠定了基礎。

        作者收集了63位孕婦(53位訓練集,10位測試集)在分娩前100天內的全血和血漿樣本,通過代謝組學和蛋白質組學鑒定到了3529種代謝物和1317種蛋白質,通過質譜流式實驗提取到了2296個單細胞免疫特征,包括41個免疫細胞亞型。整合代謝組學、蛋白質組學和免疫組學的多組學數據信息進行建模,通過LASSO回歸對單組學建模并通過SG進行整合用以高精度的預測TL,并成功推廣到了早產時TL的預測。以多組學為手段的生物學途徑的動態行為分析,揭示了產前動力學的改變,并發現了與產前炎癥相關的重要調節因子。


        07

        文獻七

        代謝性疾病是社會的一個日益沉重的負擔,導致隨后的心血管疾病和癌癥引起的發病率和死亡率上升,間歇性禁食已成為治療代謝性疾病的一種流行的方法。肝臟作為禁食反應器官,且具有多種重要代謝功能,可介導間歇性禁食的許多有益作用,但間歇性禁食對肝臟的分子調控機制尚不清楚。澳大利亞悉尼大學的Mark Larance研究團隊在Cell Reports上發表了題為Multi-omics Analysis of the Intermittent Fasting Response in Mice Identifies an Unexpected Role for HNF4ɑ的研究論文。研究人員利用多組學分析的方法探究EODF干預措施對小鼠肝臟蛋白質的調控途徑。
        該課題組對8周齡的C57BL/6J雄性小鼠(EODF小鼠)實施了EODF方案,在一開始的24小時內讓小鼠自由進食,然后在接下來的24小時內,移走所有的食物。EODF方案實施的周期是12天。而后研究人員利用多組學分析的方法探究EODF干預措施對小鼠肝臟蛋白質的調控途徑。他們發現,EODF小鼠的肝臟蛋白質發生了多種明顯的變化,但是單次進食對蛋白質并沒有影響。關鍵的是EODF會同時誘導脂肪酸的合成以及脂肪酸的氧化,降低肝脂肪變性,連同氧化應激防御系統的激活,EODF有助于提高葡萄糖耐量和壽命。GO分析顯示,EODF會抑制HNF4ɑ的表達,從而使膽汁合成酶和分泌蛋白的表達下調,如ɑ1-抗胰蛋白酶或炎癥相關蛋白。

        研究分析了間歇性禁食對肝臟代謝的影響,間歇性禁食增加脂肪酸氧化以及促進氧化應激防御系統的激活,并且降低IGF-1水平,延長小鼠的壽命。這項研究的發現將幫助從事腫瘤,心血管和糖尿病研究的醫學研究者開發新的干預措施,以降低疾病發生的風險并揭示禁食的最間隔時間。




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