MOL SYST BIOL|利用蛋白质组学以及多组学联合的方法研究宿主-病原体互作和感染性疾病

 

  本周和大家分享一篇2017年发表在Molecular Systems Biology（IF 9.75）上的综述“Proteomics and integrative omic approaches for understanding host–pathogen interactions and infectious diseases”。本文通信作者为普林斯顿大学的Ileana M Cristea，Pierre M Jean Beltran、Joel D Federspiel和 Xinlei Sheng为共同第一作者。该研究得到HHS|NIH|National Institute of General Medical Sciences (NIGMS)GM114141和Edward MallickrodtFoundation的资助。

       生命科学和医学领域的研究都是围绕中心法则（genetic central dogma）展开的，大规模分析DNA和RNA的基因组学以及转录组学的大潮还未远去，蛋白质组学的大浪已迎面而来，如何利用好这把利器探索未知的科学，想必是众多科研工作者关注的焦点。这篇综述系统介绍了如何利用蛋白质组学以及多组学联合的方法研究宿主-病原体互作和感染性疾病，希望可以为大家的科研工作提供参考。

  生物体持续暴露在弥漫着微生物病原体的环境中，当病原体接触到宿主后，通过一系列复杂的细胞内相互作用共同完成对宿主的侵染，理解这些宿主与病原体的互作机制对感染性疾病的治疗和预防显得尤为重要。在过去的10年中，蛋白质组学方法已然成为探索研究宿主与病原体互作的主力军。这篇文章系统的介绍了蛋白质组学方法及其在病毒和病原菌研究中的应用，评估了针对感染宿主细胞内特定时间和空间宿主与病原体蛋白互作的方法，探讨了可以通过蛋白质丰度、定位以及翻译后修饰改变来表征调控宿主与病原体蛋白质组的方法。文章的最后重点介绍了利用生物信息学工具整合蛋白质组、基因组、转录组以及代谢组的数据，从而系统理解感染性疾病的发病机制。

1. 蛋白质组学技术在病原体感染研究有诸多应用，如分析宿主与病原体蛋白复合物、宿主与病原体蛋白的翻译后修饰、全细胞蛋白组、亚细胞蛋白组、多组学联合分析。

2. IP-MS是病原体感染相关的蛋白与蛋白相互作用研究核心方法，通过鉴定可以定性的揭示蛋白互作网络，通过标记或者非标定量的方法则可以量化蛋白互作网络的改变。

        研究蛋白与蛋白互作的常用方法包括基于质谱鉴定的top-down MS、双杂法、氢/氘交换法以及交联法。

3. 蛋白质组学方法常用来研究感染过程中蛋白丰度的改变以及蛋白的亚细胞结构定位，文中列举了利用SILAC标记定量方法比较分析感染和未感染细胞蛋白组变化，利用同位素标记（TMT标记定量法）和非标定量（Label free）法来揭示感染不同时间点宿主细胞中蛋白水平的变化。

        蛋白组学方法也被用来确定感染过程中蛋白的定位，通过对感染和未被感染的宿主细胞进行比较分析，可以将蛋白归类到特定的细胞器，确定蛋白亚细胞定位的变化。

4. 病原体感染会引发宿主和病原体蛋白上一系列翻译后修饰的动态变化，这些蛋白质翻译后修饰在病原体侵染以及宿主的免疫应答中发挥至关重要的调控作用。例如毒力因子通过促进宿主蛋白发生泛素化和SUMO化修饰使目标蛋白发生降解，病原体通过乙酰化修饰来阻止宿主的免疫应答，病原体侵染引发转录因子发生磷酸化修饰进而改变宿主与病原体基因的表达，病毒通过SUMO化修饰实现免疫逃逸，组蛋白修饰调控宿主与病毒基因的表达，病毒通过糖基化修饰促进入侵抑制免疫应答。

5. 早期的组学研究大多数只关注单个维度的变化，随着分析技术的不断发展，研究发现病原体侵染宿主的过程往往是多维度的，联合蛋白质组、转录组以及基因组数据可以全面系统地揭示宿主与病原体的相互作用机制。

        联合深度测序的基因组、蛋白质组以及糖基化修饰组数据，可以用来鉴定核心的毒力因子。

        联合代谢组、脂质组、蛋白质组以及转录组的数据，可用来揭示宿主对病原体的侵染应答。

        文章最后总结了包含病原体鉴定、感染性疾病标志物发现、抗体疫苗开发、药物研发等在内的主要应用方向。总而言之，这篇文章系统的介绍了宿主-病原体互作和感染性疾病研究的蛋白质组学应用方法，为感染性疾病的基础研究和成果转化提供了可参考的方法和方向。

文章链接：

http://msb.embopress.org/content/13/3/922.long

DOI:10.15252/msb.20167062

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