暨南大學(xué)張弓教授：制定蛋白質(zhì)組“開放式搜索”質(zhì)控標準

生物質(zhì)譜具有高通量、高靈敏度的分析特點，是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的核心技術(shù)之一。基于數(shù)據(jù)庫搜索的肽段質(zhì)譜圖譜鑒定方法是目前最有效和最廣泛使用的蛋白質(zhì)鑒定方法，然而僅有25%的圖譜能被該方法識別。這些被丟棄的圖譜中除低質(zhì)量圖譜外，還包含了大量因翻譯后修飾和單氨基酸突變（Single Amino acid Variations，SAV）導(dǎo)致的質(zhì)量偏移圖譜，這不但嚴重影響數(shù)據(jù)整體解析率還丟失了許多重要蛋白質(zhì)信息。為此，人們采用非限制性搜庫策略的開放式搜索方法（Open search），在母離子質(zhì)量高容差設(shè)定下鑒定常規(guī)方法難以發(fā)現(xiàn)的修飾和SAV事件，圖譜利用率能達到50%以上，超過一般搜庫方法的兩倍有余。

雖然目前已有大量開放性搜索工具被開發(fā)，但開放式搜索卻并沒有得到廣泛使用。其中一個非常重要的原因是沒有一個準確的FDR評價體系對開放式搜索進行有效評估，導(dǎo)致開放式搜索出來的結(jié)果不知道是否可信。由于開放式搜索中的修飾和SAV事件是不可預(yù)知的，因此傳統(tǒng)的FDR評估方法失效。蛋白質(zhì)組學(xué)界一直沒能拿出一個有效的FDR評估方法，開放式搜索也就沒多少人敢用。

暨南大學(xué)張弓課題組利用其在翻譯組方面的絕對優(yōu)勢一舉解決了這個困擾學(xué)界多年的問題。在穩(wěn)態(tài)細胞中，翻譯組測序（RNC-seq）可以測定所有正在翻譯的mRNA，RNC-seq數(shù)據(jù)因與蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)具有良好的對應(yīng)關(guān)系，可作為蛋白質(zhì)組的獨立參考數(shù)據(jù)集，被人類蛋白質(zhì)組組織（Human Proteome Organization，HUPO）認定為人類蛋白質(zhì)組計劃（Human Proteome Project，HPP）的核心支柱之一。運用翻譯組數(shù)據(jù)對蛋白組數(shù)據(jù)進行質(zhì)控最先應(yīng)用在該研究團隊2017年的多算法結(jié)果整合策略中，可在提高蛋白質(zhì)的檢測數(shù)目的同時保證鑒定可靠度。

在本研究中，作者使用穩(wěn)態(tài)細胞翻譯組數(shù)據(jù)作為“標準答案”來評價開放式搜索蛋白質(zhì)鑒定結(jié)果，質(zhì)譜搜庫結(jié)果中沒有翻譯證據(jù)的蛋白被認為是假陽性蛋白，屬于“可疑鑒定”（Suspicious Identifications，SI），而利用SI和有翻譯證據(jù)的蛋白質(zhì)（Translation-supported Identifications，TI）則可計算可疑鑒定率（Suspicious Discovery Rate，SDR），以此來反映蛋白質(zhì)的潛在錯誤鑒定率。

研究者發(fā)現(xiàn)，開放式搜索結(jié)果的SDR可達限制性搜索的兩倍甚至更多，強調(diào)開放性搜索若不進行有效質(zhì)量控制難以保證鑒定結(jié)果可靠性，而將肽段FDR嚴格控制在0.001以下，則可控制SDR與限制性搜庫一樣水平。對比開放式搜索不同參數(shù)設(shè)置下的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)FDR控制是開放式搜索質(zhì)控最重要的影響因素，而質(zhì)量容差值、可變修飾、酶切方式和色譜分離條件并不是影響SDR的主要因素。

有了質(zhì)控標準，開放式搜索的結(jié)果可靠性就有了保證，就可以在在蛋白質(zhì)修飾和SAV檢測中展現(xiàn)獨特優(yōu)勢。測試結(jié)果表明，開放式搜索即便在未預(yù)設(shè)修飾類型下亦可在磷酸化質(zhì)譜數(shù)據(jù)中集鑒定大量磷酸化修飾肽段和蛋白質(zhì)。不僅如此，使用開放式搜索策略分析兩株肝癌細胞質(zhì)譜數(shù)據(jù)，鑒定到27個COSMIC未收錄的SAV，其中的兩個SAV被認為可能會引起與癌癥相關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變。這些結(jié)果均預(yù)示著開放式搜索在鑒定未知修飾和SAV的巨大潛力。

該研究首次將翻譯組數(shù)據(jù)應(yīng)用于開放式搜索策略的質(zhì)控評估中，有效挖掘質(zhì)譜數(shù)據(jù)中的“暗物質(zhì)”，為蛋白質(zhì)組開放式搜索策略制定了簡便易行的質(zhì)控標準。

暨南大學(xué)翻譯組學(xué)實驗室的負責(zé)人張弓教授，翻譯組學(xué)領(lǐng)域的建立者，其成果被選入國家統(tǒng)編教材。目前，張弓教授是中國生化與分子生物學(xué)學(xué)會蛋白質(zhì)組學(xué)專業(yè)委員會(CNHUPO)理事，中國分子系統(tǒng)生物學(xué)專業(yè)委員會委員，國家優(yōu)秀青年基金獲得者，國家863青年科學(xué)家，國家萬人計劃“青年拔尖人才”，深圳市龍華區(qū)第一屆政協(xié)常委。