新型蛋白標記技術

未知基因組及蛋白質序列數據庫有限的物種的蛋白質組學分析是當前一些非模式生物物種蛋白質組學研究領域的瓶頸之一，一般研究人員會通過同源性搜索的BLAST方法來鑒定未知基因組的蛋白質，但是這種方法也存在一定的可行性和可靠性的問題，因此發展出一種新方法來確定對未知生物的基因組開展研究具有重要的意義。 

來自德國馬普研究院的研究人員利用一種新型的蛋白標記技術在新生東方蠑螈（Newt）尾巴中發現了3000多種蛋白，這種動物是一種可以在四肢甚至內臟器官損傷之后重新再生的動物，因此它們是研究再生現象非常合適的動物模型。但是由于東方蠑螈的基因組非常復雜而且尚未進行完全測序，并且它的基因組要比人體基因組大10倍之多，因此似乎很難對東方蠑螈進行高通量的蛋白質組學研究。 

研究人員采用的這種方法是一種常用于對不同培養環境下細胞蛋白質組進行比較分析的標記技術，通常進行蛋白質組學研究的方法都是先將蛋白質組酶解成一個個的小肽段，然后運用質譜分析技術確定這些肽段的序列，最終通過與數據庫數據進行比對的方法判斷出原始蛋白質的序列。如果對某個物種的基因序列和蛋白質序列都了解得非常清楚時上述這種研究策略還是非?？尚械?，但是如果進行跨物種的物種間比對，那么就很容易得到錯誤的結論。 

在最新的這項研究中，研究人員采用的是一種稱為細胞培養氨基酸穩定同位素標記（Stable  Isotope  Labeling  with  Amino  acids  in  Cell  culture，SILAC），這種方法首先是由2002年丹麥Mann實驗室的Ong等對AACT技術作了進一步改進而獲得的，他們首次應用于定量蛋白質組研究，為全面、系統地定性和定量分析復雜哺乳動物細胞蛋白質組提供了有效的方案。 

SILAC的基本原理是分別用天然同位素(輕型)或穩定同位素(重型)標記的必需氨基酸取代細胞培養基中相應氨基酸，細胞經5-6個倍增周期后，穩定同位素標記的氨基酸完全摻入到細胞新合成的蛋白質中替代了原有氨基酸。不同標記細胞的裂解蛋白按細胞數或蛋白量等比例混合，經分離、純化后進行質譜鑒定。 

研究人員通過在細胞培養時加入穩定的同位素標記的氨基酸，用這種方法進行雙重的蛋白質序列分析，從而可以跟蹤蛋白質的轉歸或者對不同培養條件下蛋白質的表達情況進行比較。

蛋白質組學是大規模研究細胞蛋白質的方法，主要使用質譜技術。通過質譜技術，科學家們已經研制出許多測量生物樣品中蛋白質數量的方法，而SILAC方法就是其中之一，使用SILAC，生物樣品中的蛋白質被含有“重同位素”的氨基酸所標記，這種被標記的蛋白質在質譜儀中被去除，因此可與未標記的樣品進行比較。

在這篇文章中，研究人員利用這種SILAC技術對未標記的東方蠑螈和標記的東方蠑螈進行了研究，用這種方法來尋找能夠與建立的東方蠑螈表達序列標簽文庫以及斑馬魚文庫、青蛙文庫、蠑螈（salamander）文庫、人類文庫和小鼠文庫當中的序列相匹配的蛋白質。當研究人員在普通培養條件和同位素培養條件下都發現了同一蛋白質時，他們就認為這個結果是可信的。通過這種同位素標記技術，研究人員就能夠對再生的東方蠑螈尾部蛋白質組和正常未受傷的東方蠑螈尾部蛋白質組進行比對。

不過這種方法需要非常精確的量化分析，因此只適用于能夠完全被重氨基酸所代謝標記的組織或細胞。另外一篇Nature  Methods文章中，研究人員對SILAC方法進行了改進，使之能夠測出人類原發性腫瘤中的蛋白質數量，而這種腫瘤本身不能被代謝標識。包括腫瘤在內的人類組織是由許多種類的細胞組成，它們能在不同水平上表達蛋白質。為了代表取自特定腫瘤中的許多不同類型的細胞和蛋白質，研究小組用重氨基酸標識了含有不同永生人類癌癥細胞系的混合物。采用這種超級SILAC方法，他們精確測出人類腫瘤組織中的蛋白質數量，包括乳腺癌和腦癌組織。除了可用于腫瘤生物學以外，超級SILAC方法還可應用于蛋白質生物標識的發現，以檢測早期癌癥。 

SILAC方法已被廣泛應用于微生物和體外培養細胞的蛋白組學研究，并且已經有了一些市場產品，比如賽默飛世兒就推出了干細胞和乳腺癌研究的SILAC工具，其中包括用于SILAC的小鼠干細胞擴增DMEM，低滲透壓小鼠干細胞DMEM和人間充質干細胞通用的擴增培養基。它們是專門設計用于干細胞增殖和SILAC蛋白表達圖譜的質譜分析。   

干細胞篩選過的透析FBS，確保不會促進干細胞分化。 

小鼠胚胎干細胞的血清替代物，利于檢測分泌蛋白。   

用于SILAC的無酚紅MEM培養基，適用于易受雌激素刺激的細胞，如乳腺癌細胞系MCF7，而不會產生人為的雌激素反應。 

上述產品能與Thermo  Scientific  HyClone的AdvanceSTEM系列干細胞產品共同使用，為研究人員提供了干細胞培養的整體解決方案。除了這些癌癥和干細胞蛋白定量的培養基，賽默飛世爾還單獨提供了同位素標記的氨基酸，有13C6,  15N2標記的L-賴氨酸和13C6標記的L-精氨酸。有了這些氨基酸，你能進行多重SILAC分析。例如，在正常的精氨酸和賴氨酸，精氨酸（+10）和賴氨酸（+6），或精氨酸（+6）和賴氨酸（+8）中培養細胞，并同時比較三種處理方法。此外，賽默飛世爾還提供了L-脯氨酸作為培養基添加劑，以防止同位素標記的精氨酸代謝轉換成脯氨酸。 

另外Invitrogen也有相關的穩定同位素標記氨基酸細胞培養試劑盒，這些SILAC標記的主要優點是體內標記技術，穩定同位素標記的氨基酸與天然氨基酸化學性質基本相同，對細胞無毒性，因而它所標記的細胞和未標記細胞在生物學行為上幾乎沒有差異，標記效率可高達100%，另外這種標記活體標記，更接近樣品真實狀態，不過這種方法也存在一定的缺點，比如只適用于活體培養的細胞對于生物醫學研究中常用的組織樣品，體液樣品等無法分析等。