[发明专利]蛋白水解加工的质谱法分析

说明书

技术领域

本发明涉及利用MS分析同时地在不同的样品中测定蛋白水解加工 (proteolytic proceSsing)的工具和方法。

背景技术

蛋白酶起初被表征为与蛋白质分解代谢相关的非特异性降解酶。然 而，通过某些蛋白质的高度特异性的裂解(cleavage)，越来越认识到 的是，在所有活的有机体中蛋白水解作用(proteolysis)是实现生物过 程的精确细胞控制的重要机制[Barrett(1998)，“Handbook of Proteolytic Enzymes”Academic Press，London]。这种高度特异性和限制性的底物 裂解被称为蛋白水解加工。蛋白酶，通过它们催化不可逆水解反应的能 力，通过控制合适的细胞内或细胞外定位，通过从细胞表面脱落 (shedding)，通过蛋白酶和其他酶、细胞因子、激素或生长因子的活 化或失活，通过受体激动剂(agonist)向拮抗剂(antagonist)的转变和 通过暴露隐藏的新生蛋白(neoprotein)(即，蛋白水解裂解产物是具有 不同于亲本蛋白质(parent protein)的作用的功能性蛋白)，来调节许 多蛋白质的命运(fate)和活性。因此，通过加工生物活性分子，蛋白 酶启动、调节和终止大量重要的细胞功能，从而直接控制关键的生物过 程，例如DNA复制、细胞周期进展、细胞增殖、分化和迁移、形态发 生(morphogenesis)和组织重建(tissue remodelling)、神经元长出 (neuronal outgrowth)、止血、伤口愈合、免疫、血管生成和细胞凋亡 (例如，在Sternlicht等。(2001)，Ann.Rev.Cell.Dev.Biol.17，463-516 中综述)。

考虑到蛋白酶对所有生命过程，包括细胞死亡的功能关联性，不难 理解的是，这些酶的缺失或误导的时间和空间活性构成了一些病理学状 况，例如癌症、关节炎、神经变性和心血管疾病的基础。此外，许多传 染性微生物、病毒和寄生虫利用蛋白酶作为毒力因子(virulence factor)， 动物毒液通常含有蛋白酶来进行组织破坏或逃避宿主反应。从而，许多 蛋白酶或它们的底物(substrate)是制药工业中作为潜在药物靶标的重 要的关注点。

由于蛋白水解酶的不断扩大的作用，对从细菌到人的各种生物体中 存在许多蛋白酶的鉴定和功能表征方面产生越来越高的兴趣。几个大规 模的基因组测序计划的接近完成提供了理解蛋白酶系统的复杂度的新 的机会。人类基因组含有超过500个编码蛋白酶或蛋白酶样分子 (protease-like molecule)的基因。

尽管对蛋白酶有着提高的认识，但是新近鉴定的蛋白酶的底物和体 内作用是未知的，甚至对于已经良好表征的蛋白酶，它们的生物功能通 常也是未完全了解的。急切地需要新的技术来鉴定在细胞、组织或生物 体中表达并且具有活性的蛋白酶谱(protease repertoire)，以及鉴定每 种蛋白酶的所有天然底物。

由于所有生物体中起作用的蛋白水解系统的不断增加的复杂性和 重要性，以及在基因组和蛋白质组广度级别(genome-and proteome-wide scales)上以它们作为整体分析系统的能力，需要引入新的术语来阐明 这个领域中出现的概念。因而，McQuibban等.(2000)，Science289， 1202-1206，首先创造了“降解组学(degradomics)”来定义在蛋白质 组广度级别上的蛋白酶的底物谱。此外，该术语还被用于细胞、组织或 生物体在特定时刻或状况下表达的蛋白酶的完整集合。降解组学的领域 将利用新出现的、新的基因组和蛋白质组技术来构建以研究和定义两种 类型的蛋白酶降解组(degradome)。

鉴定单个蛋白酶的底物降解组将便于我们了解它们的生理学和病 理学作用，从而指向新的诊断生物标记物，以及新的药物靶点(drug target)。这种信息，与细胞的蛋白酶降解组的知识一起，将提高我们对 蛋白酶在细胞环境中对于细胞功能和病理的生物学作用的理解。在组织 广度级别上的类似的信息将在疾病的分子诊断上被证明有用，蛋白质水 平对于疾病严重度或肿瘤等级的标定允许对患者进行更精确的预后预 测(prognostic prediction)。