唐氏综合征，即21-三体综合征，是21号染色体畸变导致的先天性疾病，是最常见的遗传性疾病之一，每750名新生儿中，就会出现1名患儿。该疾病会导致患儿智力障碍、先天性心脏病，患阿尔兹海默症的概率也会增加。过去研究认为，多余的一条染色体上的基因表达，可能导致了该疾病一系列的临床病症，但具体机制仍然不明确。近日，瑞士分子系统生物研究所的Ruedi Aebersold 团队利用基于DIA/SWATH 技术、Pulsed SILAC 技术的蛋白组学策略，比较了一对同卵双胞胎（其中一个患有唐氏综合症）、11例唐氏综合症患者及配对健康对照组皮肤成纤维细胞的蛋白表达谱以及蛋白更替的变化，从蛋白组学层面探索了唐氏综合症的发病机制。

DIA/SWATH 是近来快速发展的高通量蛋白组学技术，能够提供高度精确和高度重复性的蛋白定量结果，适合定量大量生物学个体组织、体液样本。基于DIA/SWATH技术，该研究团队在56个样品中成功鉴定了4056个蛋白，与双甲基标记，组分分离的shotgun技术相比，两者蛋白鉴定的重叠率达到60%以上，但DIA/SWATH技术所需机时仅为后者的1/6。更重要的是，DIA/SWATH技术具有不错的生物重现性以及技术重现性，技术重现性可以达到r=0.985左右, 生物重现性能够达到r=0.78左右。此外，DIA/SWATH技术的蛋白定量动态范围能达到5个数量级。

T21 的蛋白组被高度重建

为探索21号染色体的冗余对基因表达的影响，作者比较了转录组以及蛋白组水平间的相关性。发现在个体水平，转录组与蛋白组的表达具有中度相关性（p=0.339-0.508），但如果考虑疾病组与正常组的比值，其转录组与蛋白组间的相关性就非常弱（p=0.067-0.2114），说明翻译后修饰对蛋白谱的表达造成了很大的影响。

T21 染色体冗余影响蛋白降解

为研究T21染色体冗余对蛋白降解速率的影响，作者利用Pulsed SILAC标记技术，对同卵双胞胎的成纤维细胞样本进行了分析。Pulsed SILAC标记技术可以用于分析蛋白的合成、降解以及更替。本文中，作者先将细胞培养于赖氨酸和精氨酸轻标的培养液中，之后用重标的培养液代替，每隔一定时间收集细胞，一共收集6个时间点。在标记的24小时中，大约50%细胞被重标的赖氨酸和精氨酸替代。研究发现，T21综合症胎儿的蛋白更替率更快，60%的蛋白其蛋白降解速率增加。

T21综合症对21号染色上蛋白表达的影响

作者进一步研究21号染色体冗余对21号染色体上基因表达的影响。作者利用DIA/SWATH技术鉴定出了42个21号染色体表达的蛋白，双甲基标记技术鉴定出了56个蛋白，占整个21号染色体编码蛋白的18.7-24.9%。作者发现，相比整个基因组，21号染色体上的蛋白，其降解速率的变化与蛋白表达变化成显著负相关性，且那些不用于组成复合体的蛋白，其表达更倾向于增加，说明其降解速率减弱。

T21综合症对细胞功能的影响

作者又从蛋白组层面分析了T21综合症对细胞功能的影响，发现糖酵解、血小板脱粒、整合素细胞相互作用、戊糖磷酸化途径发生显著变化。如果考虑在转录组、蛋白组以及蛋白降解三个层面均发生变化的生物学功能，则涉及细胞循环、细胞形态生成、脂蛋白代谢以及线粒体呼吸。其中和脂类代谢、线粒体组装、蛋白转运相关的蛋白，其蛋白降解速率最快。如果考虑蛋白定位，可发现降解速率最快的蛋白大多定位于线粒体中，而细胞质，剪切体和蛋白酶体中的蛋白，其降解速率没有变化。

线粒体蛋白复合物的调控

线粒体功能失调是唐氏综合症的普遍表型。作者利用DIA/SWATH技术分别鉴定出了线粒体复合体I-V中各自的蛋白(33,3,5,7,12个)，有趣的是，所有这些蛋白在蛋白水平均下调，其中84%的蛋白其降解速率增加，而这些蛋白的下调也在免疫印迹水平上得到了验证。

因此，本文作者巧妙利用DIA/SWATH 技术，结合pulsed SILAC标记法，研究了21号染色体冗余对蛋白表达谱以及蛋白合成、降解、更替的影响。尽管基因组和转录组水平已探讨了该疾病的作用机制，但翻译后水平的调控对蛋白水平带来了巨大影响。本文的研究从蛋白组层面为唐氏综合症症的致病机理提供了新的观点。

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