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        蛋白質組學

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        蛋白質組與轉錄組聯合分析

        蛋白質組與轉錄組聯合分析

        • 所屬分類:多組學聯合分析
        • 瀏覽次數:
        • 發布日期:2021-08-10 15:41:25
        • 產品概述
        • 案例解析

        蛋白質組是生物體最終的功能執行體,而轉錄組是連接基因組和蛋白質組的中間模塊。生物體往往通過基因的轉錄調控基因表達,同時也通過翻譯調控以及翻譯后的調控進一步對蛋白質的表達進行調節。當前研究表明轉錄組和蛋白質組的相關系數往往只有0.4左右,表明其間的翻譯和翻譯后調控對蛋白質的表達具有非常重要的作用。

        因此,當前的研究越來越傾向于同時檢測轉錄組和蛋白質組的表達水平,這種研究能充分利用轉錄組 和蛋白質組研究的差異性和互補性,對基因的表達水平進行全方位的衡量,以獲得基因表達各個步驟表達和調控的全景圖,發掘常規單個組學未能發現的新結果。


        轉錄組與蛋白組聯合分析研究路線


        應用領域

        基礎醫學、臨床診斷:生物標志物,疾病機理機制,疾病分型,個性化治療等; 

        生物醫藥:藥物作用機理,藥效評價,藥物開發等;

        微生物領域:致病機理,耐藥機制,病原體-宿主相互作用研究等; 

        海洋水產:漁業資源,海水養殖,漁業環境與水產品安全等;

        食品營養:食品儲藏及加工條件優化,食品組分及品質鑒定,功能性食品開發,食品安全監檢測等。

        蛋白與轉錄聯合分析案例解析


        人類結腸癌的蛋白基因組分析揭示了新的治療機會

        Proteogenomic Analysis of Human Colon Cancer Reveals New Therapeutic Opportunities


        研究對象:結腸癌患者       期刊:Cell

        影響因子:38.637             發表單位:美國休斯敦貝勒醫學院


        研究背景

        結腸癌(CRC)是全球第三大最常見的癌癥,也是癌癥相關死亡的第四大主要原因。對人類CRC的基因組, 轉錄組和蛋白質組學領域的最新研究已發現結腸癌患者存在許多基因突變, 并揭示了CRC的異質性。然而,快速積累的組學數據并沒有為臨床治療提供有效的生物標志物和藥物靶點。信號蛋白通常是癌癥治療的潛在治療靶標,但缺乏有關人類CRC的磷酸化蛋白質組學分析。癌癥免疫治療最新研究進展強調用于評價免疫檢查點抑制劑療效生物標志物的重要性,對于個性化治療具有重要意義。蛋白基因組學的技術方法為相關研究提供了新思路。

        樣本策略:110名結腸癌患者的癌組織、癌旁組織、血液樣本、結腸組織

        技術策略:蛋白質組學、磷酸化蛋白質組學、全外顯子測序、RNA-seq、microRNA-seq 驗證策略:SRM靶向蛋白組學


        結果速遞

        作者發現成視網膜細胞瘤(RB1)基因和蛋白水平均在腫瘤組織中升高,但RB1是一種腫瘤抑癌基因, 通過抑制E2F轉錄因子從而抑制細胞增殖。進一步研究發現Rb磷酸化會抑制上述過程,調控E2F的4個Rb磷酸化位點在癌組織中磷酸化水平顯著上調。因此,在腫瘤組織中Rb和磷酸化Rb均發生顯著上調。通過相關性分析表明磷酸化Rb(而非RB1突變或缺失)豐度增加將促進結腸癌增殖。該研究結果提示通過CDK2抑制靶向Rb蛋白磷酸化有望成為結直腸癌的新型治療思路。

        圖1. Rb的磷酸化與結腸癌的進程密切相關并可作為治療靶點


        作者進一步對96對結腸癌組織和癌旁組織進行TMT蛋白質組學分析, 共鑒定8067種蛋白。在癌組織中, 2217顯著上調, 2527顯著下調。將31種在癌組織中上調大于2倍的蛋白定義為結腸癌相關蛋白。綜合考慮磷酸化蛋白質組學分析結果,篩選得到4種含有癌癥相關磷酸化位點的蛋白作為結腸癌相關蛋白。結合腫瘤相關的激酶預測鑒定了CDK4、MELK、PFKFB3等已知臨床靶點激酶,其中新發現的PI4KB激酶有望成為新的臨床治療靶標。多組學聯合的方式可以更加系統、全面的解析病理機制, 尋找新的藥物靶點, 真正實現信息互補。

        圖2.結腸癌相關的蛋白組學分析


        聯合蛋白和轉錄的分析結果可將結腸癌劃分為3個亞型:MSI、CIN和Mesenchymal。與其他亞型相比,MSI中糖酵解酶含量顯著上調,本研究結果顯示幾乎所有的糖酵解酶均與MSI中CD8浸潤呈現負相關。為了進一步驗證該實驗結果,采用SRM的方法對選定蛋白進行驗證。除此之外,丙酮酸激酶PKM是糖酵解過程中關鍵的限速酶,其中PKM2在人類癌癥中促進糖酵解和乳酸的生成。腫瘤糖酵解增加可通過破壞T細胞。

        蛋白組學與轉錄組學聯合分析


        該研究首次使用蛋白基因組的方法對結腸癌進行全面系統的分析, 通過比較腫瘤組織和癌旁組織的蛋白組以及磷酸化蛋白組分析, 揭示了新的生物標志物, 藥物靶標和腫瘤抗原。該研究通過整合多組學研究結果為結腸癌治療提供了新的潛在藥物靶點, 通過進一步分子分型為后續精準治療等臨床應用奠定基礎。


        參考文獻

        Vasaikar S, Huang C, Wang X, et al. Proteogenomic Analysis of Human Colon Cancer Reveals New Therapeutic Opportunities[J]. Cell, 2019, 177:1035-1049.

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