晶状体蛋白质与蛋白质组学的研究进展

福建中医学院学报2006年10月第16卷第5期JournalofFujianCollegeofTCMOctober2006,16(5

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晶状体蛋白质与蛋白质组学的研究进展

杨丽英1,黄秀榕1,祁明信2,胡 俊1

(1.福建中医学院中西医结合系,福建福州350108;2.福建中医学院附属第二人民医院,福建福州350003)

  关键词:晶状体;蛋白质;蛋白质组学

  中图分类号:R776  文献标识码:A  文章编号:100425627(2006)0520069204

  晶状体为透明富含蛋白质的组织,青年人晶状体干物质重量是湿重的35%,其干物质几乎完全是

蛋白质。对晶状体蛋白质的研究,能够阐明晶状体正常生理及某些晶状体疾病发病的分子机制。蛋白质组(Proteome)的概念最早由澳大利亚学者Wilkins于1995年提出,是指一个细胞、组织或器官的基因组所表达的全部相应的蛋白质[1]质组学(Proteomics),,(),揭示基因表达调控的机制。蛋白质组学也应用于对晶状体的研究。1 晶状体蛋白质研究

β、γ。②不光度密切相关。晶状体蛋白主要有α、

溶性蛋白(water2insolubleprotein,WIP),可进一。Kataku2ra等[2]对1、3、6、12,发现WSP随。(HM)晶状体蛋白用,从晶状体中分离出4种不同分子,其中HM2l和HM22是水溶性的,而HM23和HM24则是水不溶性的。

α1.1 2晶状体蛋白:α2晶状体蛋白由A、B亚单位组成。研究发现其有多种功能,除了维持晶状体结构和对光的折射作用外,还具有分子伴侣活性,主要表现为抑制其他晶状体蛋白的凝聚。另外Boyle等[3]还发现α2晶状体蛋白对晶状体上皮细胞的分

α的分子伴侣活性受多方化可能有一定的作用。

面的影响,糖基化可使a2晶状体蛋白形成高分子聚合物凝聚交联,分子伴侣活性丧失[4]。Thamp等[5]对糖尿病患者和链霉素诱导糖尿病的鼠模型进

  晶状体是体内蛋白质含量最高的组织,其蛋白可分为:①水溶性蛋白(water2solubleprotein,WSP),主要是晶状体蛋白,与晶状体的透明度和屈

收稿日期:2006207225

作者简介:杨丽英(1980-),女,2004级病理学与病理生理学硕士研究生,主要从事病理生理学研究。

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70福建中医学院学报               第16

高效液相色谱法对牛晶状体进行研究,往晶状体培

养皿中分别加葡萄糖和果糖,3d后发现,加入葡萄糖的晶状体中γⅢb2晶状体蛋白上出现糖基化,而加果糖则出现γⅢa糖基化,6d后晶状体蛋白糖基化程度加深,提示在葡萄糖和果糖作用下早期出现糖基化是γⅢ。而糖基化γⅢ进一步导致晶状体蛋白的聚集,最终形成白内障。研究还发现,多种不同类型遗传性白内障出现γ2晶状体蛋白发生突变。Xu等[13]对某一患先天性白内障的家系进行研究,

αA2行研究,观察到糖尿病患者晶状体αA12172含量(

晶状体蛋白C端截断产物)约为正常人的2倍,未见αB2晶状体蛋白C端的截断,而鼠αA2晶状体蛋白C端截断产物αA12162晶体蛋白只出现在糖尿病鼠α,B2晶状体蛋白C端的截断产物αB12170在正常与糖尿病鼠中均存在,但后者含量明显高于前者。提示糖尿病患者的晶状体中α出现C端的截断,而该截断可能与αA分子伴侣活性丧失有关白内障晶状体中α的改变。Hwang等[6]用双向凝胶电泳(two2dimensionalelectrophoresis,22DE)对患前极

性白内障和核性白内障患者晶状体上皮细胞进行分析,发现αB2晶状体蛋白在前者中含量明显高于后者,且在前者蛋白质电泳图谱上出现新的斑点,

αB。Fujii等[7]用基质辅助激光该斑点靠近αA、

飞行时间质谱法对wistar大鼠和ICR/F突变鼠

(遗传性白内障)进行比较,发现ICR/F鼠中αA2晶状体蛋白15l异构化,1,尚β1.2 2:晶状体蛋白由多个亚单位组βA3、β成,不同种属亚单位不同,人晶状体含βA1、βB1、βB2和βB3,其中βB3在婴儿期才有[8],A4、

不含βA2,而牛晶状体中却含有[9]。Lampi等[10]采用Edamn降解法和质谱分析(massspectromety,βB3和βB4亚单位进行MS)对人晶状体中βA3、

β、γ分别占总晶状体蛋白序列分析。22DE测得α、

的27.7%、42.5%、27.5%,MS分析发现即使是在

年龄小于l周龄小孩的晶状体中βB1和βA3/A1也存在部分降解β,A3/A1主要是在22位天冬酰胺和23位脯氨酸之间出现断裂,而βB1则是出现在15位天冬酰胺和16位脯氨酸之间。Feng等对加热后β2晶状体蛋白的上清液和沉淀部分的组成成分及二者所含βB2的结构进行比较。通过高效

βB2,后者液相色谱学和MS,发现前者主要含82%

βA1/A4和极少部分βB2。上清液出含βA1/A3、

现谷胱甘肽修饰βB2,而沉淀部分出现二硫化βB2,提示谷胱甘肽修饰βB2溶解性增强,二硫化βB2溶解性降低,上述变化与晶状体老化和白内障

共有11名白内障患者和15名未发病的家系成员,而所有患者γD2晶状体蛋白的氨基酸序列发生P23T,即23位脯氨酸(Pro)突变成苏氨酸(Thr),而未发病的成员中不出现该突变位点。Pandea等[14]发现γD2同多种类型白内,γD不发生P23T突变,。:水通道蛋白0(apuaqporins0,AQP0)是眼晶状体纤维蛋白的主要成分,约占60%,其水通透的特性是维持晶状体水平衡的机

制,改变AQP0功能可能会导致晶状体水肿和白内障。Han等[15]用基质辅助吸光解析离子化质谱法和液相色谱一串联质谱法对牛晶状体进行研究,发现牛晶状体上AQP0的结构序列,包含有6个跨膜区域,还发现AQP0上229位丝氨酸为磷酸化位点,202和205位色氨酸为氧化位点。2 晶状体蛋白质组研究

  国内外学者对晶状体蛋白质进行了不少研究,并且取得一定的成绩。但蛋白质研究是针对单个蛋白进行的研究,而生命现象的发生往往涉及到多个蛋白质,如某些疾病的发生不单单与某个蛋白质有关,而是同多个蛋白质有关。要求对这些蛋白质一个个去分析,明显耗时、耗力,甚至带有盲目性。蛋白质组学研究正常某一组织或器官在不同时间表达蛋白质的差异,以及正常与异常状态下该组织或器官中出现蛋白质的变化,并对其中的差异蛋白进行更深入的研究。蛋白质组学研究内容包括:蛋白质的结构、分布和功能,蛋白质的丰度变化,蛋白质修饰,蛋白质与蛋白质相互作用,蛋白质与疾病的关联性等。蛋白质组学研究技术可以简单分2大类:①蛋白质组的分离技术,如22DE、毛细管电泳等。②蛋白质组的鉴定技术,如MS、蛋白质芯片技术等,其核心是MS。晶状体蛋白质组的研究

形成有关。

γ1.3 2晶状体蛋白:γ2晶状体蛋白以单体形式存在,分子量为21KD,占成人晶状体水性蛋白的30%[11]。糖基化在糖尿病性白内障的发生中起着

关键作用。Yan等[12]运用聚丙烯酰胺凝胶电泳和

第5期      杨丽英等:

晶状体蛋白质与蛋白质组学的研究进展

不同。

71

主要集中在不同状态下出现晶状体蛋白质的差异,通过对这些差异蛋白的鉴定并进行功能研究。目前晶状体蛋白质组研究有对人和对动物,如鸡、鼠。2.1 人晶状体蛋白质组的研究:Colvis等[16]对白

2.2 其它动物晶状体蛋白质组的研究:Junblut

等[21]采用22DE发现大鼠晶状体蛋白1940个独立

印记点,通过MS鉴定除γF以外的哺乳动物16种晶状体蛋白,第一次发现大鼠晶状体含βA2和γS2晶状体蛋白。Lampi等[22]对12到28日龄的Spra2gue—Dawley大鼠晶状体进行研究。确认了所有

内障术后出现sommering环患者和正常晶状体成纤维细胞进行蛋白质组比较。22DE和MS发现二

者的差别主要在于αB2种降解产物αB2170和αB2174占αB2晶状体蛋白比例不同,在前者占9.5%

~27%,而在后者仅占1%,且前者的αB还出现其它异常修饰形式。晶状体的氧化损害是白内障的重要病因之一。Paron等[17]发现,过氧化氢处理过的CD5A人晶状体上皮细胞早期出现晶状体蛋白翻译后修饰,如磷酸化、半胱氨酸氧化。经22DE和基质辅助吸光解析离子化质谱分析,鉴别出9种差异蛋白,其中细胞支架蛋白(微管蛋白21、波形蛋白)、磷酸甘油酸激酶、ATP合成酶、核磷蛋白出现表达数量增加,热休克蛋白54和α2达数量减少,peroxiredoxin和3酶出现等电点改变等[]对不同年龄,利用22DE和基质辅助吸光解析离子化质谱法,观察到老年人

αB出现N和C端的截断,而青年人晶状体中αA、

晶状体只出现C端的截断。正常人晶状体水溶性

高分子量蛋白质和WIP主要有αA和αB2晶状体β蛋白片段,而白内障患者的晶状体还含有βB1、

αB、βA1和βA3晶状体A32晶状体蛋白,且αA、

蛋白出现色氨酸的氧化,天冬酰胺的脱酰胺化。上述的变化可能与年龄相关性白内障形成有关。Lampi等[19]分别对32周龄、1岁、3岁、17岁、54岁

已知的大鼠可溶性晶状体蛋白亚单位,包括尚未有

βA32报道的βA2,首次成功分离γS和βA3122215(晶状体蛋白发生N端12个残基截断后的形式),并且建立鼠晶状体蛋白标准22DE蛋白质组图谱。Hoehenwater等[23]对10日龄C57B/6J大鼠晶状

体进行研究,22DE检出900,通16个晶状体蛋

,,被鉴定出其中ECP49。Ueda等[24]取不同年龄段FVB/N

小鼠的晶状体为研究对象,进行22DE和MS,发现大多数翻译后修饰发生于6周龄以上小鼠,随年龄

γA2F晶增长α,A和αB2晶状体蛋白磷酸化增加,β状体蛋白不可溶性部分增加,可溶性部分减少,

βB3、βB20和βA3晶状体蛋白均发生N端截B1、

断,而βA2和βA4和βA1则不发生。Wilmarth等[25]用凝胶过滤和逆转录相色谱分离10周龄鸡的晶状体,电喷雾测定所有蛋白质的分子量,发现除βB2和βB3外,测得的其它蛋白质的分子量与以往

一致。还发现一些不同于以往的βB2和βA22晶状体蛋白,不同在于βA2少4个氨基酸β,B2多14β发生N端截个氨基酸。在晶状体成熟过程中,

断,该实验进一步完善了对成年鸡晶状体蛋白质组的研究。3 结 语

和55岁的正常人晶状体进行研究,通过22DE,发现晶状体蛋白的大多数变化是在17岁以前发生

βA3、βB3和γC、的,包括βB1、D2晶状体蛋白含量降低,以及出现一些发生了乙酰化的βB1和发生

N端截断的βA3/A1的晶状体蛋白,这些蛋白的分子量接近βB2和γs的。Wang2SU等

[20]

  研究技术的发展对蛋白质和蛋白质组学的发展至关重要。目前,晶状体蛋白质已经发展到一定的深度,而晶状体蛋白质组学研究还处于起步阶段,很多问题亟待解决。如建立正常和病理状态下,晶状体蛋白质组22DE图谱等。因此,对晶状体蛋白质组学研究尚待全世界科学家的共同努力。

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对新鲜

的人晶状体上皮细胞和培养的人晶状体上皮细胞系B23进行比较,在22DE上,可见二者中央和外周

αB、βB22晶状部分的蛋白质组成相同,包括αA、

α体蛋白、2烯醇化酶和醛脱氢酶。而晶状体上皮细胞系B23出现某些晶状体蛋白的丢失和相对高水平非晶状体蛋白出现,特别是大量高分子量酸性蛋白质的出现。提示晶状体上皮细胞的研究,要注意新鲜的和培养的晶状体上皮细胞蛋白质组成的

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