2024-07-29
隨著高通量技術(shù)的快速發(fā)展，多組學聯(lián)合分析的思路為解析生物體生理或病理等表型相關(guān)機制提供了更加全面的角度和可能性。其中，轉(zhuǎn)錄組學和蛋白組學具有上下游的關(guān)系，聯(lián)合分析可充分利用轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組研究的差異性和互補性，通過表征生物體mRNA與蛋白的表達水平繪制在不同層次上的的表達水平全景圖，從而更系統(tǒng)地解析生物學和醫(yī)學研究中的調(diào)控機制。接下來，小派將從轉(zhuǎn)錄組學和蛋白組學聯(lián)合分析的優(yōu)勢、研究思路及文章案例分享三個角度，帶大家見識“兄弟”齊心的力量！ 轉(zhuǎn)錄組和蛋白組聯(lián)合分析在生物學和醫(yī)學研究中具有重要的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1.全面性 轉(zhuǎn)錄組分析關(guān)注基因表達水平，而蛋白組分析則關(guān)注蛋白質(zhì)的表達水平。聯(lián)合分析可以提供更全面的生物學信息，從基因到蛋白質(zhì)的全景視圖，幫助研究者更好地理解細胞功能和生物過程。 2.功能驗證 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可以揭示哪些基因在特定條件下被激活或抑制，而蛋白組數(shù)據(jù)則可以驗證這些基因?qū)?yīng)蛋白質(zhì)的實際表達情況。通過這種方式，研究者能夠更準確地了解轉(zhuǎn)錄水平與蛋白質(zhì)水平之間的關(guān)系。 3.時間動態(tài) 在時間序列實驗中，轉(zhuǎn)錄組和蛋白組的聯(lián)合分析可以揭示基因表達和蛋白質(zhì)積累的動態(tài)變化，幫助理解生物過程的時序機制。 4.疾病機制研究 在疾病研究中，轉(zhuǎn)錄組和蛋白組的聯(lián)合分析可以為疾病的發(fā)生機制提供更為全面的證據(jù)，揭示潛在的生物標志物或治療靶點，推動個性化醫(yī)學的發(fā)展。 5.提高數(shù)據(jù)可靠性 單一的組學研究可能會受到多種因素的影響，比如技術(shù)噪音或樣本變異，而聯(lián)合分析能夠通過整合不同數(shù)據(jù)來源，提高結(jié)果的可靠性與解釋能力。 轉(zhuǎn)錄組和蛋白組聯(lián)合分析研究思路 對于蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組的聯(lián)合分析，我們首先得到蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組的定量檢測分析結(jié)果，通過提取有對應(yīng)關(guān)系的蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄本展示其一致性情況，并可進一步映射到相關(guān)代謝通路上（圖1）。接下來，小派將進一步給大家?guī)砭实膶崙?zhàn)案例。 圖1 轉(zhuǎn)錄組和蛋白組聯(lián)合分析思路 常規(guī)轉(zhuǎn)錄組+蛋白組聯(lián)合分析案例 膠質(zhì)瘤是成人最常見的原發(fā)性腦腫瘤，更好地了解觸發(fā)膠質(zhì)母細胞瘤形成的關(guān)鍵分子和途徑，有助于識別早期診斷和有效治療膠質(zhì)母細胞瘤的新靶點。最近的研究表明，膠質(zhì)瘤中YB-1的高表達與細胞增殖、生存、遷移和對替莫唑胺的耐藥性相關(guān)，并提示YB-1可能是膠質(zhì)瘤進展的潛在生物標志物。下面以派森諾生物與中國科學院上海生物化學與細胞生物學研究所合作文章為例，簡述基于“轉(zhuǎn)錄組+蛋白組”分析闡明YB-1在膠質(zhì)母細胞瘤中的分子功能和調(diào)控機制。 該項目分別對U251和U87細胞及其YB-1敲低系進行轉(zhuǎn)錄組和蛋白組分析以探究YB-1在膠質(zhì)母細胞瘤細胞中的功能和機制。首先，轉(zhuǎn)錄組學分析表明兩種YB-1敲低細胞系中差異基因分別參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)元分化、受體配體活性和細胞外基質(zhì)組織等通路（圖2）。有趣的是，定量蛋白質(zhì)組學分析表明，與上調(diào)蛋白的數(shù)量相比，YB-1敲低細胞中顯著下調(diào)的蛋白質(zhì)數(shù)量要多得多，其中下調(diào)蛋白在鈣粘蛋白結(jié)合、翻譯、核糖體組裝、RNA 加工和黏著斑的 GO 類別中富集。此外，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學和蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在mRNA水平變化不大的基因中，大多數(shù)基因在兩種YB-1敲低細胞系的蛋白質(zhì)水平上的表達均降低，表明YB-1在翻譯水平上促進了大量基因的表達（圖3）。結(jié)合以上分析，進一步發(fā)現(xiàn)mTORC1和mTORC2的標記物在YB-1敲低的U251和U87細胞中均顯著下降。 圖2 兩種YB-1敲低細胞系中下調(diào)（藍色）或上調(diào)（橙色）基因的GO富集分析 圖3 膠質(zhì)母細胞瘤細胞中YB-1缺失后轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學分析 綜上所述，“轉(zhuǎn)錄組+蛋白組”聯(lián)合分析表明YB-1在膠質(zhì)母細胞瘤形成過程中可能參與的調(diào)控通路，為揭示YB-1/CCT4/mLST8/mTOR通路在促進膠質(zhì)母細胞瘤生長中的作用提供了重要的研究方向。 進階轉(zhuǎn)錄組+蛋白組聯(lián)合分析案例 銀耳（Tremella fuciformis）的主要活性成分巖藻多糖(TPS)已被報道具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗群體感應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)等多種功能的生物活性化合物。但銀耳的全基因組關(guān)聯(lián)研究仍未系統(tǒng)開展，這極大地阻礙了銀耳的遺傳和功能研究。該項目首次使用PacBio HiFi測序結(jié)合Hi-C技術(shù)得到一個高質(zhì)量的銀耳染色體級別基因組，并通過轉(zhuǎn)錄組學和蛋白質(zhì)組學鑒定了菌絲體中與巖藻多糖（TPS）生物合成相關(guān)的基因。 首先，通過構(gòu)建銀耳的染色體級別基因組預(yù)測到283個RNA，包含71個ncRNA、101個rRNA和111個tRNA，并共注釋了10,150個蛋白質(zhì)編碼基因，編碼基因和外顯子序列分別占全基因組的61.6%和53.6%。注意的是，作者預(yù)測了碳水化合物酶類編碼基因的酶組分，并注釋了97個GTs和150個GHs。其中，20個GTs和4個GHs參與TPS合成相關(guān)途徑（圖4）。進一步通過比較轉(zhuǎn)錄組學和蛋白質(zhì)組學鑒定了菌絲體中與巖藻多糖（TPS）生物合成相關(guān)的基因，這些基因可能比分生孢子中更活躍，從而揭示了菌絲體中TPS的生物合成過程（圖5）。綜上分析，本研究為銀耳屬的生物學和遺傳學的進一步探索奠定基礎(chǔ)。 圖4 銀耳TPS生物合成中的注釋基因 圖4 TPS生物合成的定量分析 希望小派本次從“轉(zhuǎn)錄組學和蛋白組學聯(lián)合分析的優(yōu)勢”、“研究思路”及“文章案例分享”三個維度的詳細介紹，能夠帶您真切走進兩“兄弟”的世界，在未來的探索之旅中更加游刃有余！
