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有了 RNA-seq 还需要蛋白质检测吗?
发布时间:2020-04-10 浏览次数:9149
在医学研究中,我们近年更关注的是RNA-seq,各种RNA-seq:测整体的bulk RNA-seq,测单细胞的RNA-seq,还有近期兴起的空间转录组(Spacial gene expression)……国自然中,非编码RNA的研究也受到了很大的关注。这些似乎都在告诉我们:得了RNA,就得天下!

在医学研究中,我们近年更关注的是 RNA-seq,各种 RNA-seq:测整体的 bulk RNA-seq,测单细胞的 RNA-seq,还有近期兴起的空间转录组(Spacial gene expression)……国自然中,非编码 RNA 的研究也受到了很大的关注。这些似乎都在告诉我们:得了 RNA,就得天下!


是的,我们知道,细胞内的 RNA,只有组 2% 会翻译成蛋白质,而 98%,都不会翻译成蛋白质,是非编码 RNA,并且由于研究得相对少,留下了非常非常多未知的部分。这是一个巨大的黑洞,或者说金矿,等待人们去发掘。


那么,其它的检测,比如蛋白质的检测,就要打入冷宫了么?

当然不是!


我们熟悉的中心法则,用文字写下,是 DNA-RNA- 蛋白质。DNA 到 RNA 的过程,称为转录,RNA 到蛋白质的过程,称为翻译。这些分子,含有的信息都非常复杂,不止一维的序列可以代表。比如 DNA 会有甲基化修饰,进而影响到基因的表达,这被称为“表观遗传”。RNA 的修饰也有甲基化修饰,近年来 m6A RNA 研究正如火如荼,风头正盛。至于说蛋白质,修饰就更多了,比如磷酸化在信号通路中非常重要,乙酰化了参与了几乎所有的生物学过程。我们看到,这些分子本身含有多维的信息,不是 RNA-seq 一招鲜能全部解决的。


关注到蛋白质。为什么蛋白质检测非常重要?


蛋白检测的重要性

(1)蛋白质是功能的执行者

当然非编码 RNA 也是功能的持行者,不过我们想想,现在非编码研究得多的 ceRNA 的落脚点,miRNA 的靶基因,基本上还是回到了编码蛋白的基因上。非编码 RNA 还有其它的功能,也有很多功能是需要蛋白质参与的。

基因的水平和蛋白水平不一致性。在全基因组中,mRNA 和蛋白质表达水平之间的相关性很差,在许多研究中的解释力(explanatory power)徘徊在 40% 左右 [1]。蛋白质种类远多于基因数量,分类也比基因复杂。所以,仅从单定量或者单定性上来看,蛋白质检测是非常有必要的。


(2)蛋白的表达调控非常地复杂

时间上,有发育的各种的时序调控,也有翻译前和翻译后的调控。空间上,有各种细胞器,各种组织、器官。蛋白质功能发挥机制也很复杂,涉及到蛋白质结构、相互作用等等。因此,蛋白质研究有其独特的复杂性,无可替代!


(3)现在的多组学联合的研究,蛋白质的检测与其它组学的结合,会更深入的了解到生物学现象背后的作用机制

比如,转录组 + 蛋白组的组合。转录组代表了基因表达的中间状态,可以反映诸如转录调控、转录后调控的机理;而蛋白是生物体直接的功能执行者,因而对其表达水平的研究有着不可替代的优势。联合转录组学和蛋白组学数据对生物样本进行系统研究,能真正观察到 mRNA- 蛋白质关联性,进而从整体上解释生物学问题。甚至,可用转录组 + 蛋白组 + 代谢组,更多组学联合分析。2017 年一篇 PNAS 的文章 [2],作者以成年斑马鱼鱼尾为研究模型,并沿着空间轴(近端,中部,远端)对未受伤以及造模后鱼尾的转录组、蛋白质组和代谢组进行了定量分析和联合分析。与其他研究的结果类似,作者发现转录组和蛋白质组关联度比较有限;同时代谢组的结果不仅能够很好的印证分子层面对表型的调控效应,而且还能够对分子机制作用进行补充。因此,转录、蛋白、代谢水平的联合研究,能促进我们更好地研究组织变化过程。


检测方法                                                  

在从 DNA 到 RNA 到蛋白质的流程中,有各种检测方法,用图来表示则如下:


蛋白质的检测,包括蛋白组、修饰组、芯片等,还包括细胞因子的检测。下次我们来详细介绍蛋白质检测的各种方法及应用。


参考文献:

[1]De Sousa Abreu R, Penalva LO, Marcotte EM, Vogel C. Global signatures of protein and mRNA expression levels. Mol Biosyst. 2009 Dec;5(12):1512-26.

[2]Jeremy S. Rabinowitz Aaron M. Robitaille. Transcriptomic, proteomic, and metabolomic landscape of positional memory in the caudal fin of zebrafish. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Jan 31; 114(5): E717-E726.


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