生殖是物種繁衍的永恒主題，如今隨著蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，其已被廣泛應(yīng)用至生殖生物學(xué)的研究過(guò)程中。而由于胚胎、卵細(xì)胞等生殖樣本通常獲取困難且極其珍貴，采用常規(guī)蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)樣本的檢測(cè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。目前，單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)愈發(fā)受到關(guān)注，其可從單細(xì)胞層面進(jìn)行蛋白定性和定量，為生殖領(lǐng)域的蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的手段。中科新生命經(jīng)過(guò)潛心研發(fā)，已使用單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)胚胎近3000種蛋白的高鑒定深度。本次我們將緊跟研究前沿，帶您一起了解蛋白質(zhì)組學(xué)及單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)在生殖領(lǐng)域的應(yīng)用與研究進(jìn)展。下面就先讓我們回顧一下近兩年蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在卵細(xì)胞及胚胎細(xì)胞中的研究應(yīng)用。

01

文獻(xiàn)題目：Oocytes maintain ROS-free mitochondrial metabolism by suppressing complex I

發(fā)表期刊：Nature（IF 69.504）

發(fā)表時(shí)間：2022.7

樣本類型：人類和非洲爪蟾卵母細(xì)胞

組學(xué)技術(shù)：蛋白質(zhì)組學(xué)（TMT，Label-free）、轉(zhuǎn)錄組學(xué)

研究思路：

步驟1：檢測(cè)早期卵母細(xì)胞中的線粒體活性氧（ROS）水平；
步驟2：檢測(cè)卵母細(xì)胞中的線粒體膜電位與線粒體呼吸；
步驟3：對(duì)早期和晚期非洲爪蟾卵母細(xì)胞中的線粒體進(jìn)行定量蛋白質(zhì)組學(xué)研究；
步驟4：使用label-free蛋白質(zhì)組學(xué)分析人類早期卵母細(xì)胞和卵巢體細(xì)胞的蛋白變化；
步驟5：使用比色法、分光光度法和代謝測(cè)定法測(cè)定早期卵母細(xì)胞中復(fù)合物I的狀態(tài)和功能，表明早期卵母細(xì)胞中缺乏復(fù)合物I；
步驟6：檢測(cè)卵子發(fā)生過(guò)程中的復(fù)合體I和ROS。

總結(jié)：

研究者通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)和活細(xì)胞成像等技術(shù)方法，發(fā)現(xiàn)卵母細(xì)胞能夠通過(guò)消除復(fù)合物I重塑線粒體電子傳遞鏈來(lái)抑制ROS的產(chǎn)生，從而保持卵母細(xì)胞能夠處于長(zhǎng)期的健康狀態(tài)。

02

文獻(xiàn)題目：Depletion of oocyte dynamin-related protein 1? shows maternal-effect abnormalities in? embryonic development

發(fā)表期刊：Science Advances（IF 14.957）

發(fā)表時(shí)間：2022.6

樣本類型：小鼠卵母細(xì)胞

組學(xué)技術(shù)：單細(xì)胞測(cè)序、蛋白質(zhì)組學(xué)

研究思路：

步驟1：使用原核移植，表明野生型卵質(zhì)不足以完全挽救Drp1（動(dòng)力相關(guān)蛋白1）缺失的胚胎中觀察到的發(fā)育致死；
步驟2：檢測(cè)DNA甲基化與H3K27me3修飾，發(fā)現(xiàn)Drp1缺失的卵母細(xì)胞中這兩者均減少；
步驟3：對(duì)卵母細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序和蛋白質(zhì)組學(xué)，發(fā)現(xiàn)與表觀遺傳調(diào)控有關(guān)的基因在缺乏DRP1的情況下最易被擾亂。

總結(jié)：

研究者通過(guò)使用單細(xì)胞測(cè)序、蛋白質(zhì)組學(xué)的多組學(xué)方法，揭示卵母細(xì)胞的線粒體功能在胚胎發(fā)育和后代健康中具有十分重要的意義。研究表明線粒體Drp1的缺失，將導(dǎo)致卵母細(xì)胞表觀基因組的改變，這為可遺傳的表型變化是通過(guò)線粒體功能的干擾介導(dǎo)提供了強(qiáng)有力的支持。因此，由于線粒體在卵母細(xì)胞中能夠發(fā)揮這一功能，使線粒體從單純的ATP提供者轉(zhuǎn)變?yōu)榕咛グl(fā)育和后代健康的關(guān)鍵調(diào)控者。

03

文獻(xiàn)題目：Thyroid Hormone Disruption by Organophosphate Esters Is Mediated by Nuclear/Membrane Thyroid Hormone Receptors: InVitro, In Vivo, and In Silico Studies

發(fā)表期刊：Science Advances（IF 14.957）

發(fā)表時(shí)間：2022.3

樣本類型：小鼠胚胎干細(xì)胞

組學(xué)技術(shù)：蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)

研究思路：

步驟1：RNA干擾(RNAi)篩選確定eIF4A2（真核翻譯起始因子4A2）是保持胚胎干細(xì)胞穩(wěn)定的核心翻譯起始因子；
步驟2：通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)和核糖體分析，發(fā)現(xiàn)eIF4A2負(fù)責(zé)編碼細(xì)胞效能因子mRNAs的翻譯激活和抑制；
步驟3：全基因轉(zhuǎn)錄組分析確定eIF4A2通過(guò)kozak依賴和獨(dú)立的翻譯起始來(lái)激活靶mRNAs；
步驟4：eIF4A2激活組蛋白H3.3的翻譯來(lái)抑制滋養(yǎng)外胚層發(fā)育；
步驟5：eIF4A2激活Ddx6并與之相互作用以抑制全能性2C標(biāo)記Zscan4 RNA和蛋白質(zhì)。

總結(jié)：

研究者通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)，確定eIF4A2是保持胚胎干細(xì)胞穩(wěn)定的核心翻譯起始因子，并且研究發(fā)現(xiàn)eIF4A2特有地負(fù)責(zé)一種獨(dú)特翻譯起始控制機(jī)制，通過(guò)限制胚胎/胚胎外分化和全能性2C程序來(lái)保護(hù)胚胎干細(xì)胞的身份。

04

文獻(xiàn)題目：Integrative proteome analysis implicates aberrant RNA splicing in impaired developmental potential of aged mouse oocytes

發(fā)表期刊：Aging Cell（IF 11.005）

發(fā)表時(shí)間：2021.10

樣本類型：小鼠卵母細(xì)胞

組學(xué)技術(shù)：蛋白質(zhì)組學(xué)（TMT）、轉(zhuǎn)錄組學(xué)

研究思路：

步驟1：評(píng)估三組來(lái)自不同年齡小鼠（8– 10周, 6– 8月,及10– 12月）的MII（分裂中期）卵母細(xì)胞的數(shù)量和質(zhì)量；

步驟2：小鼠卵母細(xì)胞老化過(guò)程中差異性表達(dá)蛋白的鑒定；

步驟3：GO及KEGG分析表明差異性表達(dá)蛋白在RNA剪接中高度富集；

步驟4：使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)發(fā)現(xiàn)，在生殖老化的老鼠中有更為顯著的胚胎異常剪接以及桑椹胚DNA損傷；

步驟5：蛋白質(zhì)組學(xué)確定PUF60蛋白是一種潛在的核心剪接因子，降低生殖老化小鼠卵母細(xì)胞的發(fā)育潛能；
步驟6：差異剪接基因Cdk9剪接的改變模擬生殖老化小鼠早期胚胎質(zhì)量受損的表型。

總結(jié)：

研究者通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等方法，表明卵母細(xì)胞老化過(guò)程中剪接相關(guān)蛋白表達(dá)的變化導(dǎo)致選擇性剪接的異常調(diào)節(jié)是老化卵母細(xì)胞發(fā)育潛能下降的重要原因之一。對(duì)這一現(xiàn)象的深入了解有望為卵母細(xì)胞老化機(jī)制提供新的視角，從而為制定切實(shí)可行的干預(yù)措施以提升高齡產(chǎn)婦卵母細(xì)胞和胚胎質(zhì)量提供理論依據(jù)。

05

文獻(xiàn)題目：Single Cell Proteomics by Data-Independent Acquisition to Study of Embryonic Asymmetry in Xenopus laevis

發(fā)表期刊：Analytical Chemistry（IF 8.008）

發(fā)表時(shí)間：2019.8

樣本類型：爪蟾胚胎

組學(xué)技術(shù)：單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)

研究思路：

步驟1：建立納米流體取樣方法，使用微量吸管收集胚胎細(xì)胞；

步驟2：分別使用DDA和DIA方法對(duì)128-細(xì)胞階段的爪蟾胚胎進(jìn)行蛋白檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)DIA鑒定到的蛋白數(shù)量更多（約1650種）；

步驟3：研究背腹軸上的差異；

步驟4：使用微量移液器從8細(xì)胞期胚胎的動(dòng)物和植物半球收集細(xì)胞質(zhì)，以研究動(dòng)物-植物的不對(duì)稱性。

總結(jié)：

研究者通過(guò)基于微吸管的納米流體裝置來(lái)研究發(fā)育中非洲爪蟾胚胎的單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)，該方法能夠從單個(gè)細(xì)胞中檢測(cè)約1650種蛋白質(zhì)。使用此單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究發(fā)現(xiàn)，爪蟾胚胎從2-細(xì)胞階段到8-細(xì)胞階段的差異表達(dá)蛋白質(zhì)數(shù)量顯著增加，表明細(xì)胞在胚胎發(fā)生的早期階段逐漸分化。此外對(duì)胚胎在發(fā)育早期沿動(dòng)物-植物軸和背-腹軸的不對(duì)稱性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了各種沿著動(dòng)物-植物軸不對(duì)稱分布的蛋白質(zhì)。

看到這里，相信各位老師對(duì)于單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)解決生殖領(lǐng)域特殊樣本的能力已愈發(fā)好奇。中科新生命自建立單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)平臺(tái)以來(lái)，已經(jīng)在檢測(cè)數(shù)量，檢測(cè)深度上實(shí)現(xiàn)重大突破。在生殖領(lǐng)域，中科已實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)胚胎近3000種蛋白的高鑒定深度，為該領(lǐng)域方向的應(yīng)用提供更多的選擇。當(dāng)然，相信肯定有老師關(guān)心我們單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)的更多實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析到底如何，別著急，我們將在下一期的文章中揭秘單細(xì)胞蛋白質(zhì)組學(xué)在胚胎中詳細(xì)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)生信分析，敬請(qǐng)期待哦！