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超千例大队列脑蛋白质组学研究的选择

2022-04-20

脑科学技术研究是21世纪人类所面临的重大挑战。作为一种蛋白性疾病，阿尔茨海默病（Alzheimer‘s disease, AD）的发病机制仍有许多未解之谜，仍然使AD成为相当大的个人和公共健康负担。

2022年2月，亚特兰大埃默里大学医学院的Erik C. B. Johnson课题组在Nature neuroscience发表了题为 “Large-scale deep multi-layer analysis of Alzheimer’s disease brain reveals strong proteomic disease-related changes not observed at the RNA level”的研究成果，通过基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等多组学的研究方法，揭示了新的与AD相关的蛋白共表达模块，部分模块在RNA的网络中不存在。这为开发疾病治疗的潜在靶点提供依据，为临床的蛋白质组研究提供重要价值。

在这项研究中，研究者们使用串联质谱标签技术（TMT-MS），分析了1000多个AD脑组织的蛋白质组学，揭示了新的与AD相关的蛋白表达模块，这些模块在不同细胞群和脑区中高度保留。然而，其中近一半的蛋白表达模块，包括在AD中明显改变的模块，其RNA谱中却没有被观察到类似的变化。

作者特别关注了蛋白质组中的两个与AD相关的模块：一个与MAPK信号通路和代谢相关，一个与matrisome（指细胞外基质（ECM）相关蛋白的集合）相关。作者还发现，matrisome模块受APOE ε4等位基因的影响，但在调整神经病理学后发现它与认知能力下降的速度无关，而MAPK/代谢模块则与认知能力下降的速度密切相关。

解析疾病相关的蛋白组学模块或能为AD提供可靠的生物标志物，并为治疗带来希望。而且多组学联合分析，无疑能更好地理解在AD背景下这些不同数据类型之间的关系。

值得注意的是，这项研究的样本来源于ROSMAP研究组织(Religious Orders Study and Memory and Aging Project)和班纳太阳健康研究所(the Banner Sun Health Research Institute)，收集了健康对照(n=110例)、无症状AD患者(asymptomatic AD，n=206)、AD患者(n=200)共516个背外侧前额叶皮层 (DLPFC) 组织。

为了充分裂解并提取细胞中完整的蛋白质，以上样品全部使用 Bullet Blender (Next Advance) 组织细胞破碎仪完成蛋白质组学前的脑组织均质化。

取大约 100mg（湿组织重量）的脑组织放入各个RINO样品管（Next Advance）中，向样品管中加入约 100μl 不锈钢珠（0.9–2.0mm 混合物，Next Advance）和 500μl 裂解缓冲液（8M 尿素裂解缓冲液（8M 尿素、10mM Tris、100mM NaH2PO4、pH 8.5）中加入HALT 蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物（Thermo Fisher Scientific）），在 4°C 下使用 Bullet Blender运行两次5分钟匀浆程序。将裂解物转移到新的Eppendorf管中辅以超声处理，然后将样品以 15,000g 离心 5 分钟，并将上清液转移到新试管中。通过二辛可宁酸测定法(Pierce)测定蛋白质浓度。

为了确定TMT AD蛋白网络模块是否也存在于其他的队列和大脑区域，使用TMT标记定量蛋白质组学多个队列的所有组织，结果发现几乎所有的 TMT AD 网络模块都保留在队列和大脑区域。该脑组织均质化也使用以上相同方法处理。

是什么魔力让研究者们选择使用Bullet Blender对超千例大队列脑组织进行均质化？

快速高效组织细胞破碎仪

Bullet Blender Storm Pro

采用击打技术，转头以每分钟几千次的频率击打样品管，样品、研磨珠发生剧烈震荡，样品匀浆更彻底。

样本实现彻底匀浆，提高生物大分子的得率。

单次处理多达24个样品，多种组织样品可单次处理完成，节省时间。

独立封闭式匀浆操作，避免样品间交叉污染。

空气制冷，保证生物大分子完整性。

除了动物组织外，还可处理植物组织、细菌、酵母、真菌、孢子等样品类型，用途广泛。

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