生物科学门户网站
BIO1000.COM

定量蛋白质组异质性

在过去的十年中,许多新的癌症治疗方案被开发出来。然而,它们的最佳应用需要对肿瘤进行更好的分子表征,目的是开发与特定肿瘤相匹配的生物标记物,以获得最佳的治疗效果。一些癌症类型,如前列腺癌,仍然遭受着“过度治疗问题”,即。,如因诊断不确定而在不必要的情况下切除器官等根治性治疗。尽管最近在肿瘤的基因组、转录和蛋白质组学分析方面取得了进展,这些问题仍然存在。与组织病理学诊断分类、肿瘤分级和报告标准的标准化相比,分子检测在局限性前列腺癌(PCa)病例的常规诊断中仍有不足之处。最近一篇关于前列腺癌生物标志物的综述(Kristiansen, 2018)强调了在每个病例中需要考虑组织内异质性(ITH),以便成功进行分子检测。ITH具有很高的临床相关性。例如,一个肿瘤可能包含一个小的原发性耐药细胞亚群,导致治疗不完全反应或早期复发(Murtaza et al, 2015)。前列腺肿瘤中Gleason评分、DNA倍性、磷酸酶和tensin同源蛋白表达高度异质性(Cyll等,2017)。因此,优化基于单次活检的临床决策仍然是一个挑战(Boutros et al, 2015)。

事实上,ITH是空间可变分子水平的一个重要贡献,这对基于生物的肿瘤诊断提出了一个实质性的问题,因为对于高度可变的蛋白质,测量的数量取决于位置。基于克隆进化和癌症干细胞假说(Dalerba et al ., 2007)预测了基因组第i个基因。通过对小组织样本甚至单个细胞进行高通量测序,实验验证了这一预测。这类研究在结肠(Jones et al, 2008)、胰腺(Yachida et al, 2010)、乳房(Russnes et al, 2011)、前列腺(Haffner et al, 2013)、肾癌(Gerlinger et al, 2012)和白血病(Ding et al, 2012)中发现了高度的遗传第i个基因;肿瘤基因组图谱研究N, 2013),肿瘤细胞的突变和基因表达谱。例如,Boutros等(2015)在基因拷贝数改变和点突变水平上观察到前列腺癌中广泛存在的i - th,这导致了数千个基因(包括几个与肿瘤相关的基因)在空间上产生了不同的突变模式(Boutros et al, 2015)。可以预期的是,基因组的第i个被翻译,至少在一定程度上,在蛋白质水平的第i个。例如,雄激素受体和前列腺特异性抗原(PSA)/kallikrein 3(KLK3)的表达在同一前列腺癌的不同区域之间存在显著差异(Magi-Galluzzi et al, 1997;Shah等人,2015年)。因此,有必要系统地描述和量化肿瘤组织中的蛋白水平异质性。

尽管这一需求得到了广泛认可,但迄今为止,技术上的挑战阻碍了蛋白质组水平肿瘤标本中蛋白质水平异质性的量化(Alizadeh et al ., 2015)。高通量抗体免疫组织化学(IHC)染色已应用于组织切片(Uhlen et al, 2015)。然而,这类数据是半定量的,而且由于适用抗体的可用性有限。使用质量细胞术的单细胞蛋白质组学是另一种很有前途的技术,可以定量分析数以千计的单个细胞中的蛋白质水平。然而,该技术目前仅测量每个样本的几十种蛋白质(Giesen et al, 2014)。无标签散弹枪蛋白质组学已被用于比较激光捕获微解剖分离的结肠组织的三个区域的蛋白质组(Wisniewski等,2012)。在本研究的综述中,Buczak等人(2018)报道了使用10倍串联质粒标记法(TMT)对来自肝癌患者的5对肿瘤和非肿瘤微切福尔马林固定石蜡包埋组织的定量蛋白质组学比较;利用无标签定量方法(Buczak et al, 2018),在11只小鼠肝细胞癌肿瘤中观察到NADH加氢酶复合物I在肿瘤组织和腹膜组织之间的蛋白丰度变化。在另一项对三个同心圆区域、肿瘤包膜区域、瘤周组织区域和大体积肿瘤的实验中,作者使用6倍串联质量标记对2,698个Uniprot蛋白(不包括蛋白组)进行量化,使用数据独立采集对2,166个蛋白进行量化。本研究发现,大部分定量蛋白在整个标本中均以相似的水平表达,并检测了胶原蛋白、原纤颤蛋白和装饰蛋白等多个区域中多种蛋白的丰度变化。作者还从基因表达变化的角度确定了蛋白质组和转录组数据的一致性,这意味着空间异质性在很大程度上是由蛋白质合成变异驱动的。

尽管取得了这些进展,但仍有必要将技术可变性与真正的空间i分离开来,并研究个体间异质性与组织内异质性之间的关系。回答这些问题需要严格设计的研究,高度可复制的蛋白质组学技术,分析大块肿瘤的多个区域的能力,以及解构各种蛋白质变异的统计模型。

我们最近开发了一种基于质谱的蛋白质组学方法,即(Guo等人,2015a),支持在高通量条件下对生物尺度组织样本的几千个蛋白质进行高重复性和精确的定量。这是通过集成到一个单一的平台优化样品制备,质谱和计算元素。为了从组织样本中提取出质谱仪准备的多肽样品,我们采用PCT在精确控制的条件下,将组织溶解,提取蛋白,并将其在单管中消化成多肽(Powell et al ., 2012)。为了分析得到的肽样品,我们使用SWATH-MS,一种大规模并行靶向质谱分析方法(Gillet et al, 2012)。在SWATH质谱法(swathm - ms)中,一个样品中所有ms可测量的多肽都是片段化的,并且在相对短的色谱法的单一维度上周期性地记录(Gillet et al, 2012)。该技术的最终结果是一个包含所有质谱检测多肽片段离子的单一数字文件,通过目标数据分析策略从该文件中识别出多肽和蛋白质并对其进行量化(Gillet et al, 2012;罗斯特等人,2014)。

在这项研究中,我们通过对来自3名前列腺癌患者的60份组织样本进行基于pct - swatha的多区域蛋白组学分析,对前列腺癌组织的蛋白组学第i号进行了研究。然后计算不同组织和不同患者所测蛋白的技术和空间生物变异,建立前列腺癌组织中蛋白i的蛋白尺度景观图。我们的数据揭示了前列腺癌生物标志物的独特的第i个模式,并在独立的83名患者中使用IHC进行进一步的独立验证。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。