首次绘制大脑蛋白质分布图

【字体: 时间:2015年11月06日 来源:生物通

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  最近,来自马克斯普朗克生物化学研究所以及哥根廷实验医学研究所的科学家,首次量化了成年小鼠大脑内的所有蛋白质——蛋白质组。在不同的细胞类型和脑区中有哪些蛋白质以及它们的数量,这些信息都被概括在了一副蛋白质分布图中。相关研究结果发表在最近的《Nature Neuroscience》杂志。

  

生物通报道:正如在中世纪时地球上仍有许多未知领域一样,今天的研究人员意识到,对于我们微观世界的细胞,还有许多需要了解的东西。当今的研究人员不是使用六分仪和罗盘,而是使用现代的方法,如质谱法,来研究蛋白质分子的世界。神经科学家特别关注解决由数以亿计个专门细胞构成的大脑的复杂性。

为了了解大脑的功能,来自马克斯普朗克生物化学研究所以及哥根廷实验医学研究所的科学家,首次量化了成年小鼠大脑内的所有蛋白质——蛋白质组。在不同的细胞类型和脑区中有哪些蛋白质以及它们的数量,这些信息都被概括在了一副蛋白质分布图中。相关研究结果发表在最近的《Nature Neuroscience》杂志。延伸阅读:蛋白质组学帮你找到衰老的秘密

大脑是由数千亿个相互连接的细胞组成,它们彼此之间能够相互交流。不同类型的细胞发挥不同的功能。神经细胞传递和处理来自外部的刺激,不同的神经胶质细胞为它们提供营养物质,调节大脑内的血液流动,帮助分离神经纤维并在免疫系统中执行任务。

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细胞是由蛋白质这种功能性构建块组成的。它们作为小分子机器,产生细胞的结构。合成蛋白质分子的信息,被编码在DNA和RNA中;大脑中的这些生物分子可被普遍检测到。神经学家Mikael Simons说:“然而,到现在为止,我们还不知道,在不同类型、高度专业化的细胞中到底产生了哪些蛋白、以及这些蛋白的数量,甚至不知道不同区域中的蛋白质数量有何不同。为了研究这个问题,我们需要现代的测量和分析方法,以能够记录和评价这数量庞大的蛋白质。”Matthias Mann带领的研究小组,与蛋白质研究专家一起,进一步开发了质谱分析技术,以一种快速、可重复性的和定量的方式,深入分析大脑蛋白质。

他们发现,在成年小鼠脑中有大约13000种不同的蛋白质。不同类型的细胞和脑区中的蛋白质数量,以及它们彼此之间有何区别,现在都可以从最新建立的蛋白质分布图(www.mousebrainproteome.com)上发现。这个蛋白质分布图,来自于小鼠中五种不同细胞类型和十个不同脑区的蛋白质数据,构成了目前最全面的蛋白质数据集。

这种深层次的蛋白质组调查,可以作为分析大脑发育和功能的丰富资源。本文第一作者Kirti Sharma解释说:“令人惊讶的是,在所有蛋白质中,只有10%左右的蛋白质是细胞特异性的。这些细胞特异性的蛋白主要存在于细胞的表面,大多数——90%的蛋白质,存在于所有细胞类型中。研究人员基根据所得到的数据,绘制的蛋白质分布图,就好像卫星上看到的未被发现的风景,将有助于开发新的治疗方法来缓解脑疾病。

(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Cell type– and brain region–resolved mouse brain proteome
Abstract:Brain transcriptome and connectome maps are being generated, but an equivalent effort on the proteome is currently lacking. We performed high-resolution mass spectrometry–based proteomics for in-depth analysis of the mouse brain and its major brain regions and cell types. Comparisons of the 12,934 identified proteins in oligodendrocytes, astrocytes, microglia and cortical neurons with deep sequencing data of the transcriptome indicated deep coverage of the proteome. Cell type–specific proteins defined as tenfold more abundant than average expression represented about a tenth of the proteome, with an overrepresentation of cell surface proteins. To demonstrate the utility of our resource, we focused on this class of proteins and identified Lsamp, an adhesion molecule of the IgLON family, as a negative regulator of myelination. Our findings provide a framework for a system-level understanding of cell-type diversity in the CNS and serves as a rich resource for analyses of brain development and function.

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