膜蛋白质组学研究急性髓系白血病细胞表面表型

题目：Proteomic cell surface phenotyping of differentiating acute myeloid leukemia cells

膜蛋白质组学研究急性髓系白血病细胞表面表型

期刊：Blood

影响因子：15.132 

主要技术：膜蛋白质组学、SILAC

研究背景

        流式细胞术或免疫组织化学的免疫表型是诊断、分类和监测血液恶性肿瘤的临床标准。基于抗体的细胞表面表型通常局限于获得特定抗体的细胞表面蛋白，平行测量的数量也是有限的。由于对细胞表面蛋白标记物的识别有限，阻碍了血液恶性肿瘤的早期临床诊断和亚分类。

 

研究内容及结果

1. 急性髓系白血病（AML）细胞分化后膜蛋白质组学鉴定

        作者选择全反式维甲酸（ATRA）刺激AML分化形成的HL60和NB4两种细胞系，通过SILAC定量蛋白质组学技术结合细胞表面捕获（CSC）技术鉴定和定量ATRA刺激后AML细胞膜蛋白质组（图1）。最终鉴定到超过500种膜蛋白，包括137种CD注释的细胞膜蛋白（表1），几乎一半的膜蛋白存在于两种AML细胞系中（图2）。在PANTHER数据库中发现了两种AML细胞系中鉴定的膜蛋白类似的功能蛋白（图2C），如受体蛋白、细胞粘附蛋白、信号蛋白和转运蛋白，质谱鉴定多肽显示高达90％以上的高特异性。

图1 技术路线

 

表1在HL60和NB4细胞中鉴定的膜蛋白的数量

 

图2  膜蛋白质组学

 

        血液系统恶性肿瘤的免疫表型分析传统上依赖于充分表征的单克隆抗体，并且通常仅限于少数抗体。相比之下，基于MS的CSC技术产生的数据包含137个CD蛋白，说明ATRA刺激AML细胞达到较高水平（图3）。鉴定的CD蛋白包括造血细胞表面标志物CD45以及泛髓样标志物如CD13和CD33。此外，还鉴定出众所周知的粒细胞分化标志物如CD11b、CD11c、CD35和CD66a。在至少1个AML细胞系中，超过75％的CD蛋白存在至少10个特异性谱图。综上，证明了细胞表面表型与CSC技术的稳定性。

图3 蛋白质组学鉴定CD蛋白

 

2. 基于质谱的CSC技术与流式细胞术的膜蛋白定量比较

        为了比较通过CSC技术基于MS的蛋白质丰度定量与通过流式细胞术定量的准确性，作者通过流式细胞术在ATRA刺激和未刺激的AML细胞中分析CD11b、CD54、CD55和CD71（图4）。流式细胞术分析表明，ATRA刺激后两种AML细胞系中CD11b、CD54和CD55蛋白丰度显着增加，CD71蛋白丰度急剧降低（图4B）。在基于MS的CSC分析中，作者通过应用XPRESS软件来定量蛋白质丰度数据集，发现和流式细胞术分析结果一致（图4C）。

图4 ATRA刺激后AML细胞中CD蛋白丰度变化的流式细胞术分析和基于MS的CSC分析

3. ATRA调控膜蛋白

        为了鉴定ATRA诱导AML细胞分化后常见的调控蛋白，作者对满足以下标准的165种膜蛋白进行层次聚类分析：①存在于AML两种细胞系中；②在AML两种细胞系中蛋白定量值相似（图5）。根据分析结果，作者定义了3种功能性蛋白质簇。其中，蛋白质簇1（图5B）中膜蛋白在两种AML细胞系中蛋白质丰度均降低。有报道证实转铁蛋白受体（CD71，TFR1）丰度降低是ATRA诱导AML细胞增殖停止的特征之一，和上述结果一致，在作者的数据集中CD71的蛋白质丰度同样降低；蛋白质簇2含有139个膜蛋白，膜蛋白丰度没有变化；蛋白质簇3中膜蛋白丰度增加，如众所周知的粒细胞分化标记，例如CD66a、CD300、CD11c、CD11b、CD35和CD55（图5C）。

图5 ATRA刺激后AML细胞膜蛋白丰度发生变化

 

文章小结

        作者基于质谱技术，对ATRA治疗的急性髓系白血病模型系统进行膜蛋白鉴定，共鉴定到500多种膜蛋白，其中包括137种真正细胞表面暴露的CD蛋白。质谱结合CSC技术实现了对白血病膜蛋白质组的广泛认识。从系统生物学的角度对细胞膜蛋白图谱进行鉴定和定量分析，对于改善血液恶性肿瘤的亚分类和新药靶点的识别具有重要的临床意义。

 

解析文献

Andreas Hofmann ,Bertran, Gerrits, et al. Proteomic cell surface phenotyping of differentiating acute myeloid leukemia cells[J]. Blood, 2016, 116(13): 26-34.

 

相关服务

        膜蛋白是生物膜所含的蛋白，在生命活动中主要功能是信号识别和传递、物质运输、细胞粘附和酶促反应。基因组序列中大约有30％的基因编码的是膜蛋白质，其中50％是目前已知药物的靶点。 

        对膜蛋白质进行分离，通过LC-MS/MS进行鉴定和定量，对生命体基础生理过程阐释有重要意义，是寻找疾病标志物体、筛选药物靶点以及毒理学的一种重要手段。