2024-07-29
随着高通量技术的快速发展，多组学联合分析的思路为解析生物体生理或病理等表型相关机制提供了更加全面的角度和可能性。其中，转录组学和蛋白组学具有上下游的关系，联合分析可充分利用转录组和蛋白质组研究的差异性和互补性，通过表征生物体mRNA与蛋白的表达水平绘制在不同层次上的的表达水平全景图，从而更系统地解析生物学和医学研究中的调控机制。接下来，小派将从转录组学和蛋白组学联合分析的优势、研究思路及文章案例分享三个角度，带大家见识“兄弟”齐心的力量！ 转录组和蛋白组联合分析在生物学和医学研究中具有重要的优势，主要体现在以下几个方面： 1.全面性 转录组分析关注基因表达水平，而蛋白组分析则关注蛋白质的表达水平。联合分析可以提供更全面的生物学信息，从基因到蛋白质的全景视图，帮助研究者更好地理解细胞功能和生物过程。 2.功能验证 转录组数据可以揭示哪些基因在特定条件下被激活或抑制，而蛋白组数据则可以验证这些基因对应蛋白质的实际表达情况。通过这种方式，研究者能够更准确地了解转录水平与蛋白质水平之间的关系。 3.时间动态 在时间序列实验中，转录组和蛋白组的联合分析可以揭示基因表达和蛋白质积累的动态变化，帮助理解生物过程的时序机制。 4.疾病机制研究 在疾病研究中，转录组和蛋白组的联合分析可以为疾病的发生机制提供更为全面的证据，揭示潜在的生物标志物或治疗靶点，推动个性化医学的发展。 5.提高数据可靠性 单一的组学研究可能会受到多种因素的影响，比如技术噪音或样本变异，而联合分析能够通过整合不同数据来源，提高结果的可靠性与解释能力。 转录组和蛋白组联合分析研究思路 对于蛋白质组和转录组的联合分析，我们首先得到蛋白质组和转录组的定量检测分析结果，通过提取有对应关系的蛋白质和转录本展示其一致性情况，并可进一步映射到相关代谢通路上（图1）。接下来，小派将进一步给大家带来精彩的实战案例。 图1 转录组和蛋白组联合分析思路 常规转录组+蛋白组联合分析案例 胶质瘤是成人最常见的原发性脑肿瘤，更好地了解触发胶质母细胞瘤形成的关键分子和途径，有助于识别早期诊断和有效治疗胶质母细胞瘤的新靶点。最近的研究表明，胶质瘤中YB-1的高表达与细胞增殖、生存、迁移和对替莫唑胺的耐药性相关，并提示YB-1可能是胶质瘤进展的潜在生物标志物。下面以派森诺生物与中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所合作文章为例，简述基于“转录组+蛋白组”分析阐明YB-1在胶质母细胞瘤中的分子功能和调控机制。 该项目分别对U251和U87细胞及其YB-1敲低系进行转录组和蛋白组分析以探究YB-1在胶质母细胞瘤细胞中的功能和机制。首先，转录组学分析表明两种YB-1敲低细胞系中差异基因分别参与神经系统发育、神经发生、神经元分化、受体配体活性和细胞外基质组织等通路（图2）。有趣的是，定量蛋白质组学分析表明，与上调蛋白的数量相比，YB-1敲低细胞中显着下调的蛋白质数量要多得多，其中下调蛋白在钙粘蛋白结合、翻译、核糖体组装、RNA 加工和黏着斑的 GO 类别中富集。此外，结合转录组学和蛋白质组学数据发现，在mRNA水平变化不大的基因中，大多数基因在两种YB-1敲低细胞系的蛋白质水平上的表达均降低，表明YB-1在翻译水平上促进了大量基因的表达（图3）。结合以上分析，进一步发现mTORC1和mTORC2的标记物在YB-1敲低的U251和U87细胞中均显著下降。 图2 两种YB-1敲低细胞系中下调（蓝色）或上调（橙色）基因的GO富集分析 图3 胶质母细胞瘤细胞中YB-1缺失后转录组和蛋白质组学分析 综上所述，“转录组+蛋白组”联合分析表明YB-1在胶质母细胞瘤形成过程中可能参与的调控通路，为揭示YB-1/CCT4/mLST8/mTOR通路在促进胶质母细胞瘤生长中的作用提供了重要的研究方向。 进阶转录组+蛋白组联合分析案例 银耳（Tremella fuciformis）的主要活性成分岩藻多糖(TPS)已被报道具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗群体感应和免疫调节等多种功能的生物活性化合物。但银耳的全基因组关联研究仍未系统开展，这极大地阻碍了银耳的遗传和功能研究。该项目首次使用PacBio HiFi测序结合Hi-C技术得到一个高质量的银耳染色体级别基因组，并通过转录组学和蛋白质组学鉴定了菌丝体中与岩藻多糖（TPS）生物合成相关的基因。 首先，通过构建银耳的染色体级别基因组预测到283个RNA，包含71个ncRNA、101个rRNA和111个tRNA，并共注释了10,150个蛋白质编码基因，编码基因和外显子序列分别占全基因组的61.6%和53.6%。注意的是，作者预测了碳水化合物酶类编码基因的酶组分，并注释了97个GTs和150个GHs。其中，20个GTs和4个GHs参与TPS合成相关途径（图4）。进一步通过比较转录组学和蛋白质组学鉴定了菌丝体中与岩藻多糖（TPS）生物合成相关的基因，这些基因可能比分生孢子中更活跃，从而揭示了菌丝体中TPS的生物合成过程（图5）。综上分析，本研究为银耳属的生物学和遗传学的进一步探索奠定基础。 图4 银耳TPS生物合成中的注释基因 图4 TPS生物合成的定量分析 希望小派本次从“转录组学和蛋白组学联合分析的优势”、“研究思路”及“文章案例分享”三个维度的详细介绍，能够带您真切走进两“兄弟”的世界，在未来的探索之旅中更加游刃有余！
