睪丸蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)翻譯后修飾再挖掘.pdf

1、隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展，許多類(lèi)型的細(xì)胞或組織的蛋白質(zhì)組譜系已經(jīng)被構(gòu)建，這就產(chǎn)生了許多蛋白質(zhì)組學(xué)的原始數(shù)據(jù)。然而，這些數(shù)據(jù)并沒(méi)有被充分的利用，長(zhǎng)久下來(lái)導(dǎo)致了蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)的堆積與浪費(fèi)。將這些數(shù)據(jù)整合并重新分析非常重要，可能獲得新的生物學(xué)發(fā)現(xiàn)并提供新的研究思路。糖基化、乙?；?、泛素化和磷酸化等常見(jiàn)修飾，蛋白質(zhì)組學(xué)富集方法已成熟，因此在精子發(fā)生、精子功能中的研究已有大量工作積累。然而單ADP核糖基化、棕櫚?；桶投辊；揎椀仍诓G丸組織中尚無(wú)系統(tǒng)

2、研究，在雄性生殖系統(tǒng)中，無(wú)論是生物學(xué)功能方面還是鑒定這些修飾位點(diǎn)的研究都較少。
　　然而，這三種修飾在許多生物過(guò)程中都有重要作用:棕櫚?；谛盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和凋亡中起重要作用，并且調(diào)節(jié)Hedgehog(Hh)家族蛋白在胚胎發(fā)育、睪丸形成和精子發(fā)生中的作用;ADP核糖基化在DNA復(fù)制和修復(fù)、基因組穩(wěn)定性和細(xì)胞周期調(diào)控等過(guò)程中起重要作用。一些調(diào)控細(xì)胞周期和同源重組的重要蛋白，如ATM（Ataxia telangiectasia mutated

3、，共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變蛋白）和ATR（Ataxia telangiectasia and Rad3 related，共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張和Rad3相關(guān)蛋白），在精子發(fā)生中的作用也受ADP核糖基化調(diào)節(jié);巴豆?；诰咏M蛋白替換和減數(shù)分裂性染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄靜止中至關(guān)重要。因此，在雄性生殖系統(tǒng)中進(jìn)一步鑒定這些修飾蛋白質(zhì)的組成及修飾位點(diǎn)將為深入研究這些修飾參與精子發(fā)生和精子功能的調(diào)控提供分子基礎(chǔ)。
　　然而目前睪丸中還沒(méi)有單ADP核糖基化、

4、棕櫚酰化和巴豆酰化修飾的蛋白質(zhì)組學(xué)研究。為初步了解三種修飾在精子發(fā)生和精子功能中的作用，同時(shí)有效地整合利用質(zhì)譜數(shù)據(jù)，我們利用實(shí)驗(yàn)室已發(fā)表的人和小鼠睪丸蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，通過(guò)檢測(cè)其特征性的離子在質(zhì)譜中的分子量偏移鑒定可能的修飾位點(diǎn)，從蛋白質(zhì)譜系數(shù)據(jù)中挖掘隱藏的翻譯后修飾。并且通過(guò)生物信息學(xué)系統(tǒng)分析這些修飾所參與的功能調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，及他們?cè)谛坌陨痴{(diào)控中的相關(guān)功能。本研究將為進(jìn)一步深入探索這些翻譯后修飾在精子發(fā)生和精子功能中的作用提供理論依據(jù)及豐

5、富的資源，同時(shí)也將為蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)的利用提供新的思路。
　　首先，在人睪丸的全蛋白質(zhì)譜系中，我們鑒定到了122個(gè)棕櫚?；揎椢稽c(diǎn)（分布于85個(gè)蛋白質(zhì)），以及107個(gè)巴豆?；揎椢稽c(diǎn)（分布于55個(gè)蛋白質(zhì)）。由于磷酸化富集方法同樣適用于富集ADP核糖基化肽段，因此我們應(yīng)用小鼠睪丸磷酸化修飾譜系重新計(jì)算單ADP核糖基化修飾，共鑒定到了216個(gè)單ADP核糖基化修飾位點(diǎn)（分布于166個(gè)蛋白質(zhì)）。
　　對(duì)于重新分析鑒定到的修飾蛋白質(zhì)，我

6、們進(jìn)行了系統(tǒng)的生物信息學(xué)分析，包括GO分析、KEGG通路分析和生殖特異的表型注釋等，并重點(diǎn)闡述了這些修飾蛋白質(zhì)在精子發(fā)生和成熟精子功能中的作用。對(duì)于單ADP核糖基化修飾，GO注釋中“磷脂酶活性調(diào)節(jié)”和“脂肪酶活性調(diào)節(jié)”等生物學(xué)過(guò)程明顯富集，提示其在脂質(zhì)代謝中的作用;“細(xì)胞骨架”和“細(xì)胞核”等細(xì)胞組分明顯富集，提示其在精子發(fā)生過(guò)程中的減數(shù)分裂和精子變形中可能發(fā)揮作用。通過(guò)MGI表型注釋?zhuān)?個(gè)蛋白的敲除小鼠都有“雄性不育”或“雄性生育率降

7、低”表型。Pathwaystudio軟件分析也顯示了ADP核糖基化蛋白與“精子發(fā)生”、“精子變形”、“DNA重組”和“細(xì)胞骨架組裝”等事件相關(guān)。對(duì)于棕櫚?；揎?，GO注釋中“中間纖維”、“角蛋白纖維”和“NF-kappaB復(fù)合體”等細(xì)胞組分明顯富集;Pathway studio軟件分析顯示了棕櫚?；鞍着c“不育”、“細(xì)胞周期”和“DNA重組”等事件相關(guān)。此外，Pathway studio分析顯示巴豆?；鞍着c“減數(shù)分裂”、“DNA重組”

8、和“細(xì)胞周期”等生物學(xué)過(guò)程相關(guān)。
　　結(jié)合上述生物信息學(xué)分析結(jié)果，我們進(jìn)一步總結(jié)了這些修飾蛋白質(zhì)參與雄性生殖特異的功能調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。其中，單ADP核糖基化可能調(diào)節(jié)精原干細(xì)胞自我更新和精原細(xì)胞復(fù)制、DSBs修復(fù)和精子變形等事件;棕櫚酰化則可能通過(guò)調(diào)節(jié)多種蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)、定位，參與調(diào)節(jié)血睪屏障、胞質(zhì)間橋和頂端胞質(zhì)外特化的結(jié)構(gòu);巴豆?；赡苷{(diào)節(jié)減數(shù)分裂周期和血睪屏障動(dòng)態(tài)變化。今后，對(duì)這些修飾在精子發(fā)生過(guò)程中的進(jìn)一步功能研究對(duì)闡明精子發(fā)生調(diào)控機(jī)制