ES與iPS細胞的蛋白質(zhì)組比較

日期：2011-10-12 08:42:03

美國威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員對人胚胎干細胞和誘導(dǎo)多能干細胞的蛋白質(zhì)組進行了比較，發(fā)現(xiàn)這兩種細胞的蛋白表達和蛋白磷酸化存在微小但是可重復(fù)的差異。這些差異可能解釋了它們在分化能力上的差異。該研究成果發(fā)表在最新一期的《Nature Methods》上。

與胚胎干細胞（ES）一樣，誘導(dǎo)多能干細胞（iPSC）能夠在體外無限擴增，并有潛力發(fā)育成任何類型的細胞。然而，不同的是，iPSC是由個體上容易獲取的組織（如皮膚）產(chǎn)生的。在形態(tài)、自我更新能力和分化潛能上，iPSC與ESC是難以區(qū)分的，但它們在分子水平的相似程度卻存在爭議。盡管多個研究表明ESC和iPSC的整體基因表達水平相似，但也有一些研究報道了兩者在RNA水平、DNA甲基化等方面的微小差異。

為了了解ESC和iPSC在蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白質(zhì)組上的相似性，威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員利用了同位素標記和高質(zhì)量精度質(zhì)譜，以及一個新近開發(fā)的軟件工具進行分析。這項工作是由威斯康辛大學化學系、威斯康辛基因組中心以及細胞和再生生物學系共同完成的。iPSC的創(chuàng)始人之一James Thomson教授正是這項工作的主要領(lǐng)導(dǎo)者。

研究人員總共分析了8個細胞系，其中4個ES細胞系和4個iPS細胞系，每個重復(fù)三次。在六個星期之后，他們鑒定出近7,000個蛋白和超過19,000個磷酸化位點。其中293個蛋白和292個磷酸化蛋白在ESC和iPSC中差異較大。他們還發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下，細胞系中某一蛋白量的差異與RNA轉(zhuǎn)錄本的差異沒有關(guān)聯(lián)，而且表現(xiàn)出磷酸化差異的蛋白與表達差異的蛋白不重疊。

此外，數(shù)據(jù)的基因本體分析表明ESC和iPSC之間的差異可在轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和磷酸蛋白質(zhì)組水平檢測到。他們在iPSC中發(fā)現(xiàn)了NSUN2的多次磷酸化事件，而ESC和iPSC的NSUN2轉(zhuǎn)錄本和蛋白水平無差異，說明這與蛋白豐度無關(guān)。此外，iPSC中這些位點的磷酸化與成纖維細胞中觀察到的相似。這些結(jié)果表明，在重編程過程中體細胞程序并非完全沉默。

之前的比較轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組研究表明，iPSC存在對起源的體細胞類型的“記憶”效應(yīng)，本研究也呼應(yīng)了這一點。這些殘留的分子記憶被認為影響了iPSC的分化能力，正如一些研究所示，iPSC偏向于來源體細胞的譜系。不過，這次研究人員并沒有研究分化來證明這一假說。這些重要問題仍有待解決。

研究人員還將他們的數(shù)據(jù)整合成一個新的、開放的數(shù)據(jù)庫，稱為Stem Cell Omics Repository（SCOR），其中包含轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和翻譯后修飾數(shù)據(jù)。研究人員認為，關(guān)于ESC和iPSC的差異和相似性分析需要大規(guī)模的meta分析，這不可能由單個實驗室完成。SCOR數(shù)據(jù)庫的建立將有助于這類分析。