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

膜蛋白質組學研究急性髓系白血病細胞表面表型

期刊：Blood

影響因子：15.132 

主要技術：膜蛋白質組學、SILAC

研究背景

        流式細胞術或免疫組織化學的免疫表型是診斷、分類和監測血液惡性腫瘤的臨床標準。基于抗體的細胞表面表型通常局限于獲得特定抗體的細胞表面蛋白，平行測量的數量也是有限的。由于對細胞表面蛋白標記物的識別有限，阻礙了血液惡性腫瘤的早期臨床診斷和亞分類。

 

研究內容及結果

1. 急性髓系白血病（AML）細胞分化后膜蛋白質組學鑒定

        作者選擇全反式維甲酸（ATRA）刺激AML分化形成的HL60和NB4兩種細胞系，通過SILAC定量蛋白質組學技術結合細胞表面捕獲（CSC）技術鑒定和定量ATRA刺激后AML細胞膜蛋白質組（圖1）。最終鑒定到超過500種膜蛋白，包括137種CD注釋的細胞膜蛋白（表1），幾乎一半的膜蛋白存在于兩種AML細胞系中（圖2）。在PANTHER數據庫中發現了兩種AML細胞系中鑒定的膜蛋白類似的功能蛋白（圖2C），如受體蛋白、細胞粘附蛋白、信號蛋白和轉運蛋白，質譜鑒定多肽顯示高達90％以上的高特異性。

圖1 技術路線

 

表1在HL60和NB4細胞中鑒定的膜蛋白的數量

 

圖2  膜蛋白質組學

 

        血液系統惡性腫瘤的免疫表型分析傳統上依賴于充分表征的單克隆抗體，并且通常僅限于少數抗體。相比之下，基于MS的CSC技術產生的數據包含137個CD蛋白，說明ATRA刺激AML細胞達到較高水平（圖3）。鑒定的CD蛋白包括造血細胞表面標志物CD45以及泛髓樣標志物如CD13和CD33。此外，還鑒定出眾所周知的粒細胞分化標志物如CD11b、CD11c、CD35和CD66a。在至少1個AML細胞系中，超過75％的CD蛋白存在至少10個特異性譜圖。綜上，證明了細胞表面表型與CSC技術的穩定性。

圖3 蛋白質組學鑒定CD蛋白

 

2. 基于質譜的CSC技術與流式細胞術的膜蛋白定量比較

        為了比較通過CSC技術基于MS的蛋白質豐度定量與通過流式細胞術定量的準確性，作者通過流式細胞術在ATRA刺激和未刺激的AML細胞中分析CD11b、CD54、CD55和CD71（圖4）。流式細胞術分析表明，ATRA刺激后兩種AML細胞系中CD11b、CD54和CD55蛋白豐度顯著增加，CD71蛋白豐度急劇降低（圖4B）。在基于MS的CSC分析中，作者通過應用XPRESS軟件來定量蛋白質豐度數據集，發現和流式細胞術分析結果一致（圖4C）。

圖4 ATRA刺激后AML細胞中CD蛋白豐度變化的流式細胞術分析和基于MS的CSC分析

3. ATRA調控膜蛋白

        為了鑒定ATRA誘導AML細胞分化后常見的調控蛋白，作者對滿足以下標準的165種膜蛋白進行層次聚類分析：①存在于AML兩種細胞系中；②在AML兩種細胞系中蛋白定量值相似（圖5）。根據分析結果，作者定義了3種功能性蛋白質簇。其中，蛋白質簇1（圖5B）中膜蛋白在兩種AML細胞系中蛋白質豐度均降低。有報道證實轉鐵蛋白受體（CD71，TFR1）豐度降低是ATRA誘導AML細胞增殖停止的特征之一，和上述結果一致，在作者的數據集中CD71的蛋白質豐度同樣降低；蛋白質簇2含有139個膜蛋白，膜蛋白豐度沒有變化；蛋白質簇3中膜蛋白豐度增加，如眾所周知的粒細胞分化標記，例如CD66a、CD300、CD11c、CD11b、CD35和CD55（圖5C）。

圖5 ATRA刺激后AML細胞膜蛋白豐度發生變化

 

文章小結

        作者基于質譜技術，對ATRA治療的急性髓系白血病模型系統進行膜蛋白鑒定，共鑒定到500多種膜蛋白，其中包括137種真正細胞表面暴露的CD蛋白。質譜結合CSC技術實現了對白血病膜蛋白質組的廣泛認識。從系統生物學的角度對細胞膜蛋白圖譜進行鑒定和定量分析，對于改善血液惡性腫瘤的亞分類和新藥靶點的識別具有重要的臨床意義。

 

解析文獻

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

 

相關服務

        膜蛋白是生物膜所含的蛋白，在生命活動中主要功能是信號識別和傳遞、物質運輸、細胞粘附和酶促反應。基因組序列中大約有30％的基因編碼的是膜蛋白質，其中50％是目前已知藥物的靶點。 

        對膜蛋白質進行分離，通過LC-MS/MS進行鑒定和定量，對生命體基礎生理過程闡釋有重要意義，是尋找疾病標志物體、篩選藥物靶點以及毒理學的一種重要手段。