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단백질체학 접근법에는 특정 세포 상태에 존재하는 펩타이드, 단백질 및 특정 번역 후 변형(PTM)뿐만 아니라 특정 소기관 또는 고분자 단백질 복합체에서 함께 모이는 단백질의 검출 및 정량화가 포함될 수 있습니다. 단백질체학은 일반 워크플로와 정량적 워크플로로 나눌 수 있는 다양한 분야입니다. 정량적 단백질체학은 샘플에서 단백질 또는 단백질 PTM의 양을 결정하는 데 중점을 둡니다. 질문에 답하는 데 필요한 가장 적절한 샘플 준비, 시퀀싱 및 데이터 분석 방법을 결정하기 위해 단백질체학 실험을 수행하기 전에 생물학적 질문을 고려해야 합니다. 단백질은 매우 역동적이며 질량 분석기는 더 낮은 유저 PTM보다 더 많은 단백질을 시퀀싱하는 데 민감합니다. 따라서 시료 전처리 및 시퀀싱 워크플로우의 선택이 중요합니다. 이 분석법 수집은 최첨단 MS 분석법을 사용하여 특정 유형의 단백질을 정량화하는 접근 방식을 설명하고 단백질 네트워크에 대한 데이터 분석 워크플로우를 제공합니다.
펩티도믹스는 정상적인 세포 과정과 질병 상태에서 자연적으로 생성되는 펩타이드에 대한 연구이며, 이 접근법은 액체 크로마토그래피 결합 질량 분석법 및 펩타이드 추출 공정이 현재 상태로 발전할 때까지 역사적으로 항체 기반 정량화로 제한되었습니다1. 내인성 프로테아제의 열 비활성화 적용과 함께 이러한 발전은 이제 수백 개의 세포 내 펩타이드를 식별하고 정량화할 수 있게 되었습니다. Correa et al.2에서 저자는 열 불활성화, 펩타이드 결합을 보존하기 위한 온화한 조건에서의 펩타이드 추출, 아민의 안정 동위원소 표지를 통한 상대적 정량화를 포함하는 샘플 준비 워크플로를 설명합니다. 저자는 세포 배양 및 조직 표본에서 천연 및 생물학적 활성 펩타이드를 식별하고 정량화할 수 있는 저렴한 접근 방식을 개발했습니다. 이 접근법은 질병 특이적 펩타이드 바이오마커, 항균 펩타이드 또는 향후 치료법 개발을 위한 표적을 발견하는 데 사용될 수 있습니다.
질량 분석 및 생물 정보학 접근 방식의 발전으로 이제 다양한 생물학적 물질 공급원에서 프로테옴의 상세한 특성화가 가능해졌습니다3. 이러한 복잡한 샘플의 단백질체 발현 패턴에서 생물학적 중요성을 해독하는 것은 이 분야에서 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 Vanderwall et al. 단백질 공동 발현 클러스터를 관련 단백질-단백질 상호 작용(PPI) 네트워크 노드와 연결하는 모듈(즉, 단백질 복합체)으로 단백질체학 데이터를 구성하는 시스템 생물학 프로그램인 JUMPn 및 관련 워크플로를 도입합니다4. 저자는 기존 단백질체 데이터 세트와 시뮬레이션 데이터를 사용하여 이 도구의 효과를 평가하고 복잡한 단백질체 데이터 세트의 생물학적 해석을 촉진하기 위한 유용성을 보여줍니다. 그들의 결과는 이 접근법이 전사 인자와 키나아제 캐스케이드 활성화를 측정하는 데 사용될 수 있음을 보여주며, 인간 질병의 동인을 식별하고 심층 프로테옴 데이터에서 생물학적 메커니즘을 결정하려는 다른 연구에 유용성을 입증합니다.
이노시톨 피로인산염(PP-InsPs)은 모든 진핵 세포에서 발견되며 대사 신호 분자로 기능하고 다양한 과정을 조절합니다5. 역사적으로 PP-InsP의 물리적 특성과 낮은 풍부도로 인해 분석은 비용이 많이 들고 특별한 관리와 보관이 필요한 방사성 추적자의 사용으로 제한되었습니다. 대안으로, Qiu et al. 모세관 전기영동 결합 전기분무 이온화 질량 분석법(CE-ESI-MS)6에 의해 세포 배양 또는 조직 소스 물질에서 이노시톨 피로인산염의 고처리량, 절대 정량화를 허용하는 프로토콜을 개발했습니다. 그들의 보고서에서 그들은 이 접근 방식을 사용하여 표본에 존재하는 모든 PP-InsP를 프로파일링하고, 종을 분해하고, 다양한 조건과 질병 상태에서 공간적, 시간적 변화를 식별하는 방법을 보여줍니다.
세포 과정의 상당 부분은 단백질 인산화를 통해 제어되며 이러한 신호 전달 경로의 오류는 다양한 질병 상태와 관련이 있습니다7. 그러나 다양한 세포 유형과 다양한 조건에서 단백질 포스파타제와 키나아제를 조절하는 완전한 메커니즘을 이해하는 데는 여전히 상당한 격차가 있습니다. 이러한 이해 격차를 해결하기 위해 Smolen et al. 질량 분석법(PIB-MS)8과 결합된 포스파타제 억제제 비드를 활용하는 새로운 워크플로우를 소개합니다. 저자는 비선택적 인단백 포스파타제 억제제인 마이크로시스틴-LR, 결합 토세파로스 비드를 사용하여 이러한 표적 단백질을 농축할 수 있습니다. 또한 온화한 세척 조건을 사용하여 비특이적 격리를 제거함으로써 단백질 상호 작용자도 포획할 수 있었습니다. 그들은 이 접근법을 사용하여 세포 배양과 조직 모두에서 인단백 포스파타제, 인산화 상태 및 잠재적인 단백질-단백질 상호 작용을 식별하고 정량화하는 방법을 보여줍니다.
내인성 펩타이드 정량화 전략, 포스파타제 및 키나아제 농축, 단백질 상호 작용, 이노시톨 피로인산염 등 시료 전처리 방법의 발전으로 생물학적 공정에서 단백질 역학에 대한 지식 기반이 확장되고 있습니다. 데이터 의존적 획득과 달리 데이터 독립적 획득과 같은 질량 분석기의 발전은 데이터 수집 중에 풍부한 펩타이드가 낮은 펩타이드를 가리지 않는 방식으로 펩타이드를 식별할 수 있는 더 깊은 시퀀싱 용량을 허용하여 다른 종류의 단백질을 식별할 수 있습니다. timsTOF 질량 분석기는 액체 크로마토그래피 외에도 이온 이동도를 펩타이드의 추가 분리로 통합하여 더 깊은 시퀀싱을 가능하게 하고 이 컬렉션에 설명된 시료 준비 전략에서 펩타이드를 검출할 수 있는 더 큰 기회를 허용함으로써 미래를 발전시키는 데 도움이 될 것입니다. 단백질체학 분야는 생물학적 복잡성과 기능을 이해하기 위한 새로운 시료 준비 방법론, 데이터 수집을 위한 질량 분석기의 발전, JUMPn과 같은 생물정보학 분석 도구를 기반으로 계속 발전할 것입니다.