2023年CB910600-G-蛋白質(zhì)定量新方法及相關(guān)技術(shù)研究

工程名稱：蛋白質(zhì)定量方法及相關(guān)技術(shù)爭論首席科學(xué)家：依托部門：

所2023.12023.8中國科學(xué)院一、關(guān)鍵科學(xué)問題及爭論內(nèi)容擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題白質(zhì)定量現(xiàn)有方法和技術(shù)存在的缺陷，擬重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題：〔1〕蛋白質(zhì)或肽段回收率、區(qū)分率和鑒定掩蓋率低的問題；〔2〕蛋白質(zhì)組相通量和自動化程度低的問題。爭論內(nèi)容針對科學(xué)問題〔1〕，開展高效低殘留的樣品處理和分別材料的爭論〔爭論內(nèi)容1〕；針對科學(xué)問題〔2〕，開展基于色譜-質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組相對和確定定量方法和技術(shù)的爭論〔爭論內(nèi)容2和3〕；針對科學(xué)問題〔3〕，開展集成化蛋白質(zhì)組定量分析系統(tǒng)的爭論〔爭論內(nèi)容4〕。此外，利用進(jìn)展的材料、技〔如酵母〕和腫瘤〔如肝癌〕相關(guān)蛋白質(zhì)組的定量爭論〔爭論內(nèi)容5〕。高效低殘留的蛋白質(zhì)組樣品處理和分別材料樣品處理材料：通過化學(xué)和物理方法，對磁性材料、整體材料、介孔提高蛋白質(zhì)和多肽的回收率；蛋白質(zhì)豐度均衡技術(shù)：基于噬菌體呈現(xiàn)文庫、適配體文庫等配基，進(jìn)展提高蛋白質(zhì)組鑒定的掩蓋率；材料，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的低殘留、高區(qū)分分別?；谏V-質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組相對定量方法和技術(shù)法，提高標(biāo)記相對定量的準(zhǔn)確度、準(zhǔn)確度和掩蓋率；-質(zhì)譜的準(zhǔn)確度和準(zhǔn)確度；定量數(shù)據(jù)解析算法：建立基于高階線性分解模型、統(tǒng)計(jì)模型、分析模型與鑒定和肽段保存時(shí)間測算，提高質(zhì)譜定量信息的可利用率；爭論基于一級/二級譜圖的標(biāo)記/非標(biāo)記定量算法和肽段/蛋白定量比值準(zhǔn)確性評價(jià)算法，提高蛋白質(zhì)定量計(jì)算的準(zhǔn)確度?；谏V-質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組確定定量方法和技術(shù)1〕內(nèi)標(biāo)肽的設(shè)計(jì)、合成和表征：設(shè)計(jì)合成內(nèi)標(biāo)肽，并承受標(biāo)準(zhǔn)氨基酸、穩(wěn)3〕非標(biāo)記規(guī)的準(zhǔn)確度。集成化蛋白質(zhì)組定量分析系統(tǒng)在線樣品處理系統(tǒng)：設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)在線變性、復(fù)原和烷基扮裝臵，研制緩處理；在線標(biāo)記系統(tǒng)：研制基于型樣品處理材料的蛋白質(zhì)組通用或選擇捕集蛋白質(zhì)或肽段的高通量標(biāo)記；理的規(guī)?；鞍踪|(zhì)定量集成化系統(tǒng)。簡潔樣本的定量蛋白質(zhì)組分析〔如酵母〕，對進(jìn)展的材料、技術(shù)和方法進(jìn)展評價(jià)，并建立標(biāo)準(zhǔn)化操作流程；〔如肝癌等〕發(fā)生進(jìn)展相關(guān)的潛在分子標(biāo)記物群和治療靶點(diǎn)群，示范性地開展相關(guān)蛋白質(zhì)的規(guī)模化定量分析。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)科學(xué)前沿領(lǐng)域爭論供給重要技術(shù)支撐。五年目標(biāo)準(zhǔn)確度、準(zhǔn)確度、掩蓋率和通量。具體目標(biāo)包括：到90%以上，峰容量到達(dá)100以上；白質(zhì)組確定定量方法，誤差小于10%，經(jīng)質(zhì)譜鑒定的目標(biāo)蛋白質(zhì)確實(shí)定定量掩蓋率到達(dá)80%以上；行可以定量1000種以上蛋白質(zhì)，變異系數(shù)小于15%；編制蛋白質(zhì)定量軟件，使譜圖鑒定率提高到50％，定量準(zhǔn)確性比Census軟件提高20%；項(xiàng)；培育杰青1-23010法和相關(guān)技術(shù)的人才隊(duì)伍。三、爭論方案總體學(xué)術(shù)思路、技術(shù)路線和可行性分析總體學(xué)術(shù)思路：1重要技術(shù)支撐。1工程總體學(xué)術(shù)思路技術(shù)途徑：本工程將通過蛋白質(zhì)組樣品處理和分別材料、基于色譜-質(zhì)譜的定量技術(shù)、以及集成化定量分析平臺等3個(gè)層面的多種途徑實(shí)現(xiàn)總體學(xué)術(shù)思路。高效低殘留的樣品處理和分別材料：承受點(diǎn)擊化學(xué)、可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移片段文庫和適配體庫為配基，研制蛋白質(zhì)均衡器?；谏V-質(zhì)譜的高準(zhǔn)確度和高準(zhǔn)確度的蛋白質(zhì)定量方法和技術(shù)：承受體內(nèi)終端氨基酸同位素標(biāo)記、雙功能試劑/稀土金屬絡(luò)合物化學(xué)標(biāo)記、流淌相添加內(nèi)標(biāo)肽技術(shù)、穩(wěn)定同位素標(biāo)記的氨基酸同位素稀釋法和質(zhì)譜多反響監(jiān)測等技術(shù)，進(jìn)展高準(zhǔn)確度的蛋白質(zhì)組確定定量方法。3〕高通量、自動化定量分析系統(tǒng)：承受熱變性、化學(xué)變性、微透析技術(shù)、固臵換技術(shù)、多維色譜分別、生物質(zhì)譜鑒定等技術(shù)，構(gòu)建集成化蛋白質(zhì)組定量分析系統(tǒng)；承受熒光標(biāo)記、固相衍生、深紫群的定量分析方法?？尚行苑治觯侯I(lǐng)域取得重大突破。鑒定的蛋白質(zhì)數(shù)目提高30%〔Chem.Comm.,2023,47,3969-3971;unpublished制備了多種型聚合物復(fù)合納米材料，實(shí)現(xiàn)了低豐度蛋白質(zhì)的富集效率到達(dá)3個(gè)數(shù)量級〔Angew.Chem.Int.Ed.,2023,45,3345-3349;Angew.Chem.Int.2023,47,2646-2648;Anal.Chem.,2023,80,6758-6763〕，回收率到達(dá)80%以上〔Anal.Chem.,2023,81,503-508;Chem.-Eur.J.,2023,15,10158-10166;Chem.-AsianJ.,2023,5,1185-1191)。在分別材料方面，研制了無機(jī)-有機(jī)雜化親〔Anal.Chem.,2023,82,5447-5454〕。此外，還通過溶膠-凝膠法進(jìn)展了一系列以金屬氧化物為基質(zhì)的細(xì)粒徑分別微球〔Chem.Comm.,2023,20,2929-2931〕，顯著改善了蛋白質(zhì)的分別力氣。-雙功能試劑-生物質(zhì)譜方法、18O標(biāo)記-雙功能試劑-生物質(zhì)譜法、氘代酸酐標(biāo)記-生物質(zhì)譜法以及-兩維凝膠電泳-生物質(zhì)譜法等蛋白質(zhì)相對定量方法，并成功用四氯化碳誘導(dǎo)肝損傷蛋白質(zhì)組變化爭論〔Anal.Chem.,2023,78,6614-6621;Anal.Chem.,2023,79,7700-7707;ProteomicsClin.Appl.,2023,4,111〕；501個(gè)在早期大腸癌和正常組織中差異表達(dá)的蛋白質(zhì)〔J.ProteomeRes.,2023,9,4701-470利用串聯(lián)1856個(gè)糖肽的糖基化程度發(fā)生了顯著轉(zhuǎn)變〔J.ProteomeRes.,2023,9,227-236〕；建立了基于穩(wěn)定同位素稀釋-多反響檢測質(zhì)譜的目標(biāo)蛋白質(zhì)確定定量20％〔J.ProteomeRes.,2023,9,3319-3327〕。和鑒定的集成，將蛋白質(zhì)組樣品處理時(shí)間從離線的20h7min〔Anal.Chem.,2023,81,6534-6540〕；研制了集成化蛋白質(zhì)富集、緩沖溶液交換和酶解裝臵80%〔Anal.Chem.,2023,82,2574-2579〕；進(jìn)展了柱上標(biāo)記技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了肽段標(biāo)記、分別和鑒定的集成化，提高了規(guī)?；鞍踪|(zhì)定量分析力氣〔Anal.Chem.,2023,82,3007-3015〕。此外，該爭論團(tuán)隊(duì)不僅擁有利用基于色譜-質(zhì)譜聯(lián)用進(jìn)展蛋白質(zhì)定量的先進(jìn)我國蛋白質(zhì)科學(xué)跨越式進(jìn)展，并到達(dá)國際領(lǐng)先水平供給重要技術(shù)支撐。創(chuàng)點(diǎn)術(shù)，提高蛋白質(zhì)組鑒定的掩蓋率；高蛋白質(zhì)組相對定量分析的準(zhǔn)確度；測質(zhì)譜方法，提高目標(biāo)蛋白質(zhì)組確定定量分析的準(zhǔn)確度；提高目標(biāo)蛋白質(zhì)群定量的靈敏度；蛋白質(zhì)組高通量的自動化分析。課題設(shè)臵臵譜-質(zhì)譜的蛋白質(zhì)相對定量技術(shù)方法，解決規(guī)模化蛋白質(zhì)定量分析準(zhǔn)確度差的問題；第三課題重點(diǎn)進(jìn)展基于色譜-質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組確定定量技術(shù)方法，課題之間嚴(yán)密相關(guān)(2)。前三個(gè)課題重點(diǎn)進(jìn)展材料、技術(shù)和方法；課質(zhì)定量分析。此外，將承受模式生物-酵母對上述進(jìn)展的定量方法和相關(guān)技術(shù)體系進(jìn)展評價(jià)，并示范性地開展腫瘤相關(guān)蛋白質(zhì)的規(guī)模化定量分析。課題1爭論內(nèi)容：鑒于在蛋白質(zhì)樣品處理方面存在因基質(zhì)材料的非特異性吸附和“海綿效應(yīng)”〔蛋白質(zhì)間非特異性相互作用掩蓋率和區(qū)分率。具體內(nèi)容包括：1〕型蛋白質(zhì)//可控聚合反響或點(diǎn)擊化學(xué)型介孔材料和多孔材料，實(shí)現(xiàn)基于體積排阻機(jī)理的蛋白質(zhì)和多肽的分別。2〕降低蛋白質(zhì)豐度范圍的均衡技術(shù)：通過制備親水性冷凝膠基質(zhì)材料和親水性M13噬菌體呈現(xiàn)抗體可變區(qū)片段文庫和隨機(jī)寡核苷〔含未知〕高豐度蛋白質(zhì)的同時(shí)，實(shí)掩蓋率。3〕型高效蛋白質(zhì)分別材料的研制：分別基于點(diǎn)擊化學(xué)、可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移〔熱聚合、光聚合、溶膠凝膠法〕制備適于蛋白質(zhì)分別的聚合物整體材料、硅膠整體材料和有機(jī)-無機(jī)雜化整體材料，并在高效、低殘留分別。預(yù)期目標(biāo)：1〕通過對樣品處理材料進(jìn)展外表化學(xué)修飾，有效降低基質(zhì)的非特異性吸附，提高蛋白質(zhì)和多肽的回收率；2〕通過進(jìn)展可顯著降低蛋白質(zhì)組豐度分布范圍的均衡技術(shù)，提高蛋白質(zhì)組鑒定的掩蓋率；3〕通過研制型分別材料，提高蛋白質(zhì)分別的區(qū)分率和回收率。22%課題2：基于色譜-質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組相對定量方法和技術(shù)爭論內(nèi)容：準(zhǔn)確度、準(zhǔn)確度以及掩蓋率。具體內(nèi)容包括：1〕標(biāo)記相對定量方法和技術(shù)：通過復(fù)合納米材料對低豐度蛋白質(zhì)高效率、飾肽段，對非糖肽進(jìn)展標(biāo)記〔如iTRAQ，并依據(jù)其同位素峰強(qiáng)度的差異對糖蛋白進(jìn)展定量；再對糖基化位點(diǎn)進(jìn)展18O標(biāo)記，并依據(jù)糖肽同位素峰強(qiáng)度的差異對/稀土金屬絡(luò)合物化學(xué)標(biāo)記的蛋白質(zhì)組相對定量方法。2〕非記相對定量方法和技術(shù)：通過引入信噪比、正確的質(zhì)荷比和同位素峰“可信肽段推想”，即依據(jù)可信肽段鑒定結(jié)果來推想該肽段在液相色譜柱中的洗脫時(shí)間，并結(jié)合母離子的m/z值來定位該肽段在其他液質(zhì)聯(lián)用循環(huán)中的信號，提高鑒離子化技術(shù)，提高肽段的質(zhì)譜響應(yīng)，進(jìn)而確保蛋白質(zhì)組的準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確性3〕-質(zhì)譜聯(lián)用數(shù)據(jù)與高階數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。預(yù)期目標(biāo)：1〕通過建立規(guī)?；鞍踪|(zhì)標(biāo)記相對定量方法，提高定量的準(zhǔn)確度、準(zhǔn)確度和掩蓋率；定量信息的可利用率和蛋白質(zhì)定量計(jì)算的準(zhǔn)確度。課題負(fù)責(zé)人：陸豪杰經(jīng)費(fèi)比例：24%課題3：基于色譜-質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組確定定量方法和技術(shù)爭論內(nèi)容：針對確定定量蛋白質(zhì)組學(xué)中存在的規(guī)?；瘍?nèi)標(biāo)肽制備困難、標(biāo)記反響效率1〕內(nèi)標(biāo)肽的設(shè)計(jì)、合成和表征：針對需要定量的蛋白質(zhì)組樣品，依據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道含量，并制備出內(nèi)標(biāo)肽，為目標(biāo)蛋白質(zhì)組確定定量供給參考物質(zhì)。2〕蛋白質(zhì)組確定定量標(biāo)記方法：進(jìn)展蛋白質(zhì)的生物雙重標(biāo)記、固相標(biāo)記和金屬元素標(biāo)記等蛋白質(zhì)多重標(biāo)記技術(shù)以及色譜保存時(shí)間與多反響監(jiān)測質(zhì)譜結(jié)合的質(zhì)組的動態(tài)監(jiān)測和確定定量分析。3〕非標(biāo)記規(guī)?；鞍踪|(zhì)組確定定量方法：對生物樣本中蛋白質(zhì)組的酶切混合本中蛋白質(zhì)組確定定量的準(zhǔn)確度。預(yù)期目標(biāo)：1〕通過建立內(nèi)標(biāo)肽的設(shè)計(jì)、合成和表征方法，為蛋白質(zhì)組的準(zhǔn)確確定定量供給參考物質(zhì)；2〕通過建立蛋白質(zhì)組標(biāo)記以及色譜保存時(shí)間與多反響監(jiān)測質(zhì)譜結(jié)合的蛋白質(zhì)組確定定量方法，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)組的動態(tài)監(jiān)測和確定定量分析；3〕通過建立非標(biāo)記規(guī)?；鞍踪|(zhì)組確定定量方法，同時(shí)進(jìn)展確定定量數(shù)據(jù)提取和處理方法，提高簡潔生物樣本中蛋白質(zhì)組確定定量的準(zhǔn)確度。大學(xué)經(jīng)費(fèi)比例：24%課題4爭論內(nèi)容：具體內(nèi)容包括：臵，研制緩沖溶線蛋白質(zhì)組樣品處理裝臵，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)組的高效、高通量和低損失率處理。量分析的準(zhǔn)確度和分析通量。3〕定量分析。4〕超高靈敏度蛋白質(zhì)定量分析方法和系統(tǒng)：構(gòu)建基于多維色譜的蛋白質(zhì)分別平利用質(zhì)譜進(jìn)展鑒定和結(jié)果驗(yàn)證。預(yù)期目標(biāo)：1〕通過研制蛋白質(zhì)組在線樣品處理裝臵，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)組的高效、高通量和低損失率處理；2〕通過進(jìn)展蛋白質(zhì)組在線標(biāo)記系統(tǒng)，提高蛋白質(zhì)或肽段的標(biāo)記通量；質(zhì)組定量分析的準(zhǔn)確度、準(zhǔn)確度、通量和掩蓋率。課題負(fù)責(zé)人：張麗華經(jīng)費(fèi)比例：30%四、年度打算爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)通過對磁性材料的外表修飾，研1.2-3種低殘留的樣品預(yù)處理1-2種多肽高效分別填高效分別方法；爭論基于細(xì)胞培育代謝標(biāo)記結(jié)合2.建立并標(biāo)準(zhǔn)化細(xì)胞培育代謝標(biāo)記結(jié)合二級質(zhì)譜定量的方法和串18O1種第18O標(biāo)記和18O標(biāo)記技術(shù)進(jìn)展串聯(lián)組合定量策略；進(jìn)展化學(xué)和生物合成標(biāo)準(zhǔn)肽段方—法、內(nèi)標(biāo)肽的色譜純化和儲存方法，氨基酸同位素稀釋法結(jié)合選擇性反年應(yīng)檢測質(zhì)譜的含量測定方法；

基于二級質(zhì)譜定量的算法；建立2種內(nèi)標(biāo)肽的設(shè)計(jì)合成方法、1種內(nèi)標(biāo)肽儲存方法、1種內(nèi)標(biāo)肽色21種內(nèi)標(biāo)肽含量測定方法；研制蛋白質(zhì)樣品的傳輸載體膜材4. 供給1種低殘留的蛋白質(zhì)傳質(zhì)膜料熱變性裝臵緩沖液臵換接口和材料研制1種緩沖液臵換接口使低殘留固定化酶反響器；

90%以上；制備2-32min；3項(xiàng)；爭論內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)研制型聚合物整體材料、硅膠1.供給2-3種高效低殘留的樣品處整體材料和無機(jī)-有機(jī)雜化整體材 理和分別整體柱；料；爭論納米材料富集和細(xì)胞培育代2. 謝標(biāo)記和二級質(zhì)譜定量相結(jié)合的高 度蛋白質(zhì)的定量分析、1-2種重大疾精度定量技術(shù)硼酸修飾納米材料富病相關(guān)的組織/細(xì)胞中糖基化蛋白質(zhì)集糖基化修飾肽段和串聯(lián)18O標(biāo)記的蛋白質(zhì)水平和糖基化程度水平的定量相結(jié)合的糖蛋白質(zhì)定量技術(shù)以同時(shí)定量以及幾個(gè)低豐度目標(biāo)蛋白及MRM結(jié)合可信肽段推想技術(shù)的低質(zhì)的高靈敏度、高準(zhǔn)確度定量；豐度目標(biāo)蛋白質(zhì)的定量技術(shù)；第進(jìn)展固定化酶反響器的制備技術(shù)；建立磁球固定化酶18O酶促標(biāo)記結(jié)合色譜保存時(shí)間依靠的智能化多二實(shí)際生物樣本中目標(biāo)蛋白質(zhì)組的分低本錢的蛋白質(zhì)確定定量方法。年優(yōu)化各級樣品處理的條件，構(gòu)建集成化蛋白質(zhì)組在線樣品預(yù)處理裝構(gòu)建基于多維色譜的蛋白質(zhì)分別平臺；

種固定化酶18O酶促的蛋白質(zhì)組標(biāo)記以及色譜保存時(shí)間與多反響監(jiān)測質(zhì)譜結(jié)合對蛋白質(zhì)組進(jìn)展確定定量10%；30min內(nèi)實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)組高效、解，并形成標(biāo)準(zhǔn)操作流程；制備2-315min內(nèi)實(shí)現(xiàn)全蛋901-2種多維色譜蛋白質(zhì)高效、快速分別；4項(xiàng)；第1.通過聚合物自組裝技術(shù)，制備親1.1-2種低殘留的樣品處理聚水的介孔/多孔聚合物材料；研制適合物材料和1種蛋白質(zhì)均衡器基質(zhì)于生物分子固載的親水冷凝膠整體 材料；三2.爭論非同位素化學(xué)標(biāo)記試劑及其

1-2種適宜的化學(xué)標(biāo)記試型化學(xué)標(biāo)記試劑的標(biāo)記定量策略年子化技術(shù)；

1-2種適于型化學(xué)標(biāo)記定定量穩(wěn)定性供給保證；爭論內(nèi)容建方法用于實(shí)際生物樣本的分析；進(jìn)展在線標(biāo)記與分別鑒定系統(tǒng)的聯(lián)