同位素标记相对和绝对定量技术研究进展

中国生物工程杂志ChinaBiotechnology,2006,26(10):83～87同位素标记相对和绝对定量技术研究进展3罗治文33朱谢谓芬(第二军医大学附属长征医院消化科上海200003)摘要定量蛋白质组学是蛋白质研究的前沿学科,目前常用的定量蛋白质组学研究技术有荧光差异凝胶电泳(DIGE)、同位素亲和标记(ICAT)等。同位素标记相对和绝对定量(iTRAQ)技术是近年来最新开发的一种新的蛋白质组学定量研究技术。结合非凝胶串联质谱技术,该技术可对复杂样本、细胞器、细胞裂解液等样本进行相对和绝对定量研究,具有较好的定量效果、较高的重复性,并可对多达四种不同样本同时进行定量分析。对iTRAQ技术的原理、实验方法及应用进展进行了综述。关键词定量蛋白质组学iTRAQDIGEICAT中图分类号Q816收稿日期:2006205208修回日期:20062072083上海市科学技术委员会科研计划资助项目(05ZR14102)33电子信箱:lmzj0122@hotmail.com蛋白质组学概念的提出,为蛋白质研究提供了全新的思路。随着蛋白质组学研究的深入发展,人们已经不再满足于对于一个细胞或组织的蛋白质进行定性研究,而是着眼于蛋白质量的研究。近年来,有学者提出了定量蛋白质组学的概念,定量蛋白质组学就是把一个基因组表达的全部蛋白质或一个复杂的混合体系中所有的蛋白质进行精确的定量和鉴定。蛋白质定量研究分为绝对定量和相对定量两种,但是,对低丰度蛋白质检测的绝对定量研究技术难度很高,目前蛋白质组学定量研究主要集中在对蛋白质表达差异或者表达量的变化进行比较研究的相对定量蛋白质组学研究。对复杂体系中的蛋白质进行相对定量主要有两种方法[1]:(1)基于双向凝胶电泳(two2dimensionalelectrophoresis,22DE)和质谱(massspectrometry,MS)技术及蛋白质数据信息技术对凝胶上的蛋白质进行定量分析和鉴定。目前比较成熟的方法是:荧光差异凝胶电泳(differencegelelectrophoresis,DIGE)[2,3]。但由于22DE本身存在的弊端,不能检测具有极端等电点的、分子量太大或太小的、低丰度蛋白质及膜蛋白质,因此,限制了其应用范围[4]。(2)基于稳定同位素标签和液相色谱与串联质谱(liquidchromatographytandemmassspectrometer,LC2MS/MS)联用技术定量和鉴定蛋白质。最早由Gygi等[5]提出的同位素亲和标记(isotope2codedaffinitytags,ICAT)技术,其最大的缺点是蛋白质序列中必须含有半胱氨酸,那些在功能上有重要作用但不含半胱氨酸的蛋白质将会被遗失。近年来,由美国应用生物系统公司(AppliedBiosystemsIncorporation,ABI)开发的同位素标记相对和绝对定量(isobarictagsforrelativeandabsolutequantitation,iTRAQ)技术是一种新的、功能强大的可同时对四种样品进行绝对和相对定量研究的方法[6]。iTRAQ试剂为可与氨基酸N端及赖氨酸侧链连接的胺标记同重元素(isobaric)。在质谱图中,任何一种iTRAQ试剂标记的不同样本中的同一蛋白质表现为相同的质荷比。而在串联质谱中,信号离子表现为不同质荷比(114～117)的峰,因此,根据波峰的高度及面积,可以得到蛋白质的定量信息[6]。虽然DIGE和ICAT已经广泛应用于蛋白质研究,但是iTRAQ作为一种新的蛋白质绝对和相对定量技术,具有很好的精确性和重复性,并且弥补了DIGE及ICAT的不足,迅速被广大学者接受。本文就iTRAQ的试剂特点、实验流程及优缺点作一综述。1iTRAQ试剂结构iTRAQ试剂[7]是一种小分子同重元素化学物质©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net中国生物工程杂志ChinaBiotechnologyVol.26No.102006(图1),它包括三部分:一端是报告部分(reportergroup);另一端为肽反应部分(peptidereactivegroup),中间部分为平衡部分(balancegroup)。报告部分有四种:114、115、116、117,因此,根据报告部分的不同,iTRAQ试剂分为四种。肽反应部分把iTRAQ试剂与肽N端及赖氨酸侧链连接,几乎可以标记样本中的所有蛋白质。平衡部分保证iTRAQ标记的同一肽段的质荷比相同。无论那一种iTRAQ试剂(114、115、116、117)标记,在质谱检测时,不同样本中的相同蛋白质在质谱图上表现为同一个质