2012CB910600-G-蛋白质定量新方法及相关技术研究.doc

项目名称:
蛋白质定量新方法及相关技术研究
首席科学家:
张丽华中国科学院大连化学物理研究所
起止年限:

依托部门:
中国科学院
一、关键科学问题及研究内容
拟解决的关键科学问题
随着对复杂生物体系蛋白质组质谱数据挖掘和蛋白质功能分析的深入进行,迫切需要获得大量蛋白质的定量信息。发展具有自主知识产权的高精度、高准确度、高覆盖率和高通量的规模化蛋白质定量新材料、新技术、新方法和新系统,对于推动蛋白质科学的深入研究具有重要意义。因此,本项目针对目前规模化蛋白质定量现有方法和技术存在的缺陷,拟重点解决以下关键科学和技术问题: (1)蛋白质或肽段回收率、分辨率和鉴定覆盖率低的问题; (2)蛋白质组相对和绝对定量分析的精确度和准确度差的问题; (3)规模化蛋白质定量分析的通量和自动化程度低的问题。
研究内容
针对科学问题(1),开展高效低残留的样品处理和分离新材料的研究(研究内容1);针对科学问题(2),开展基于色谱-质谱的蛋白质组相对和绝对定量新方法和新技术的研究(研究内容2和3);针对科学问题(3),开展集成化蛋白质组定量分析系统的研究(研究内容4)。此外,利用发展的新材料、新技术、新方法和新系统,示范性开展重要模式生物(如酵母)和肿瘤(如肝癌)相关蛋白质组的定量研究(研究内容5)。
1. 高效低残留的蛋白质组样品处理和分离新材料
1)样品处理新材料:通过化学和物理方法,对磁性材料、整体材料、介孔材料和多孔材料等样品处理材料进行表面修饰,有效降低基质的非特异性吸附,提高蛋白质和多肽的回收率;
2)蛋白质丰度均衡新技术:基于噬菌体展示文库、适配体文库等配基,发展蛋白质组均衡技术,通过在去除多种高丰度蛋白质的同时富集低丰度蛋白质,提高蛋白质组鉴定的覆盖率;
3)蛋白质高效分离新材料:研制新型大孔微球、超细粒径颗粒和杂化整体材料,实现蛋白质的低残留、高分辨分离。
2. 基于色谱-质谱的蛋白质组相对定量新方法和新技术
1)标记相对定量方法:建立基于体内终端氨基酸同位素标记、串联18O同位素标记、金属离子或其他化学试剂等非同位素标记的大规模蛋白质相对定量新方法,提高标记相对定量的精确度、准确度和覆盖率;
2)非标记相对定量方法:发展基于流动相添加内标、曲线拟合等色谱-质谱联合定量新方法、基于化学修饰的肽段高效率、高稳定性离子化新技术,以及基于蛋白质特征肽段的多反应监测质谱高通量相对定量方法,提高非标记相对定量的精确度和准确度;
3)定量数据解析算法:建立基于高阶线性分解模型、统计模型、分析模型等多种蛋白质组数据处理方法,提高对不同丰度蛋白质的定量分析能力;研究肽段一级谱特征的识别与提取、二级谱图母离子质量的校准、“混合”二级谱的识别与鉴定和肽段保留时间测算,提高质谱定量信息的可利用率;研究基于一级/二级谱图的标记/非标记定量算法和肽段/蛋白定量比值准确性评价算法,提高蛋白质定量计算的准确度。
3. 基于色谱-质谱的蛋白质组绝对定量新方法和新技术
1)内标肽的设计、合成和表征:设计合成内标肽,并采用标准氨基酸、稳定同位素标记的氨基酸同位素稀释法,结合选择性反应检测质谱,建立内标肽的准确表征新方法,为蛋白质组的准确定量提供参考物质;
2)标记蛋白质组绝对定量新方法:发展蛋白质的生物双重标记、固相标记和金属元素标记等蛋白质多重标记技术,以及色谱保留时间与多反应监测质谱结合的目标蛋白质组绝对定量方法,提高蛋白质组绝对定量的通量,实现蛋白质组的动态监测; 3)非标记规模化蛋白质组绝对定量新方法:发展质谱图计数与多反应监测质谱结合的定量方法,以及绝对定量数据提取和处理方法,提高复杂生物样本中蛋白质组绝对定量的准确度。
4. 集成化蛋白质组定量分析系统
1)在线样品处理系统:设计蛋白质在线变性、还原和烷基化装臵,研制缓冲溶液交换接口,制备高效低残留固定化酶反应器,并通过上述部件的集成,构建在线蛋白质组样品处理系统,实现蛋白质组的高效、高通量和低损失率的在线处理;
2)在线标记系统:研制基于新型样品处理材料的蛋白质组通用或选择捕集柱,并通过优化同位素或非同位素原位固相标记条件,构建在线标记系统,实现蛋白质或肽段的高通量标记;
3)集成化蛋白质组定量系统:构建样品处理、标记、分离、鉴定和数据处理的规模化蛋白质定量集成化系统。
5. 复杂样本的定量蛋白质组分析
1) 采用国际通用的模式生物(如酵母),对发展的新材料、新技术和新方法进行评价,并建立标准化操作流程;
2) 针对肿瘤(如肝癌等)发生发展相关的潜在分子标记物群和治疗靶点群,示范性地开展相关蛋白质的规模化定量分析。
二、预期目标
总体目标
发展具有原始创新性的蛋白质定量新方法和相关技术,使