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唐氏綜合征研究開辟新天地!科學家首次“全面分析”蛋白質

   日期:2017-12-06     瀏覽:118    
核心提示:發布日期:2017-12-06 唐氏綜合征是最常見的遺傳疾病和嚴重出生缺陷病之一,大部分是由

發布日期:2017-12-06

唐氏綜合征是最常見的遺傳疾病和嚴重出生缺陷病之一,大部分是由于母親卵子的第21號染色體發生不分離現象(多了一條21號染色體)所造成的,其癥狀包括嚴重智力障礙、面容古怪、耳位低、眼距寬、頸部皮膚厚、肢體畸形等

10月31日,發表在Nature Communication雜志上的一項研究首次分析了21-三體綜合征個體的蛋白質,目的是為了提高我們對“多一條21號染色體會如何影響人類發育”的理解和認識。

論文的共同通訊作者Stylianos E. Antonarakis教授說:“先前對唐氏綜合征的研究主要集中在分析DNA和轉錄組(所有由我們基因組中的基因合成的信使RNA),然而,蛋白質是一類高信息分子,因為它們與唐氏綜合征的臨床癥狀更密切相關。對蛋白質進行分析有可能會提出關于‘21-三體綜合征擾亂細胞機制’的新假說。”

技術與方法

不過,唐氏綜合征患者細胞與健康個體細胞之間的蛋白質差異很低,很難用傳統的技術檢測到,因此,從技術上來說,分析來自臨床樣本的所有蛋白質是一項非常困難的任務。在這項研究中,蛋白質組研究領域的世界級專家Ruedi Aebersold教授的加入為攻克這一難題帶來了希望。

借助一種新型的質譜技術——SWATH-MS,科學家們成功對由皮膚細胞合成的10,000種蛋白中的4,000種進行了量化。

科學家們強調,這一研究的目的是為了分析由于基因異常帶來的蛋白質差異,而不是分析由于個體差異引發的蛋白質差異。因此,在這項研究中,調查了來自一對女性雙胞胎的成纖維細胞。除了一人患21-三體綜合征,一人未患該病外,她們有著相同的遺傳背景。

Proteome and proteostasis investigation on T21 fibroblast cells.(圖片來源:Nature Communication)

分析與結果

研究結果顯示,不僅是21號染色體基因編碼的蛋白質,其它染色體上基因編碼的蛋白也表現出了顯著的數量差異。21三體導致了過量的mRNA和蛋白質產生,從而對個體的細胞功能做出了異常調節。

研究中,科學家們還觀察到了一種自我調節蛋白質生產(self-regulating protein production)的細胞機制。在正常情況下,這種機制能夠幫助糾正較低的蛋白質過剩,調節蛋白質數量。但是,多余的21號染色體的存在使得這種機制不再能夠控制細胞內蛋白質的數量。

此外,他們還發現,21三體還影響了細胞的多種子結構,尤其是線粒體。具體來說,構成線粒體的蛋白質被過度削減,影響了它們的正常運作。

Significantly regulated proteins and their network associated to T21. (圖片來源:Nature Communication)

意義與計劃

總結來說,這項研究不僅在“通過蛋白質分析理解21-三體綜合征”方面邁出了重要的一步,同時,它還證明了新技術的可行性,為開展同類研究奠定了基礎,因為,這一技術可用于調查其它遺傳疾病。

關于這項研究的下一步計劃,Antonarakis教授表示,他們需要調查出負責唐氏綜合征每一個特定癥狀的失調蛋白質。同時,他們還將用這些技術和方法繼續調查被21三體嚴重影響的其它細胞類型,如神經元細胞或心臟細胞。

 

參考資料:

Down's syndrome research breaks new ground

Systematic proteome and proteostasis profiling in human Trisomy 21 fibroblast cells

來源:生物探索

 
 
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