SMPD3

摘要 越来越多的空间多组学工作流程被开发出来。其中一些方法利用了基于质谱成像(MSI)的初始空间代谢组学来指导下游空间蛋白质组学中的感兴趣区域(ROI)选择。然而，这些工作流程受到不同模式之间基底要求差异的限制，或者需要分析连续切片（即每种模式1个切片）。为解决这些问题，提出了一种新的多组学工作流程，使用解吸电喷雾离子化(DESI)-MSI在同一组织切片上的空间蛋白质组学分析之前识别出代表性的空间代谢物模式。本研究以聚（乙烯萘酸酯）膜载玻片上安装的哺乳动物模型组织（大鼠冠状脑切片）为例展示了这一工作流程。最初的DESI-MSI在METASPACE平台内产生了160个注释(SwissLipids)，错误发现率≤20%。从注释的离子图像生成的分割图指导了同一样本中用于空间蛋白质组学表征的下游ROI选择。DESI-MSI本身对基底的要求不严格且对样本的干扰最小，使得优化后的下游空间蛋白质组学分析成为可能，每个ROI (200 μm × 200 μm)可以确定3,888 ± 240到4,717 ± 48个蛋白质。最后，展示了多组学信息的整合，在此过程中发现鞘脂定位与SMPD3（鞘脂合成蛋白）的丰度相关，并且还利用蛋白质丰度解决了代谢物异构体的不确定性。总体而言，将DESI-MSI整合到多组学工作流程中，允许从工作流程本身固有的每个MS测定的优化实施中获得互补的空间和分子水平信息。 结果和讨论 图1 同一组织非靶向空间代谢组学和空间蛋白质组学多组学工作流程概述 图2(A) 使用“KEGG–v1”、“LipidMaps–2017-12-12”、“SwissLipids–2018-02-02”和“HMDB–v4”数据库从DESI-MSI数据集中获得的METASPACE注释（分配的分子式、推定注释和m/z）的总结，错误发现率(FDR) ≤20%。同时展示了从SwissLipids 2018-02-02注释离子图像(FDR ≤20%)生成的k-means聚类分割图。(B) METASPACE注释的代表性离子图像。离子图像根据TIC归一化的丰度缩放。 图3 (A) 使用激光捕获显微切割(LCM)从不同的感兴趣区域(ROI)选择单个体素(200 × 200 × 12 μm³)。(B) 根据ROI对蛋白质ID进行主成分分析聚类。插图是显示每个DOI的蛋白质ID总数的条形图。误差条表示重复测量的标准偏差(n = 5)。(C) 根据丰度对不同体素中的蛋白质（即ROI测量的重复）进行层次聚类热图。热图根据Z分数着色，其中正值和负值分别表示相对于样本平均值的过表达和低表达。 图4 C48H91NO11S及其相关蛋白质的多组学数据整合示例。(A) 条形图显示了相应ROI中的蛋白质丰度(SMPD3)，叠加在由METASPACE注释的[C48H91NO11S – H]− (m/z 888.6240)的离子图像上。误差条表示重复测量的标准偏差(n = 5)。离子图像根据TIC归一化的丰度缩放。(B) 由HMDB – v4数据库建议的C48H91NO11S注释的候选分子以及来自microPOTS测定的相关蛋白质(SMPD3)。 图5 C6H8O6及其相关蛋白质的多组学数据整合示例。(A) 条形图显示了相应ROI中的蛋白质丰度（主轴：ACO2；次轴：ALDH9A1、ALDH7A1、ALDH3A2和ALDH1B1），叠加在由METASPACE注释的[C6H8O6 – H]− (m/z 175.0248)的离子图像上。误差条表示重复测量的标准偏差(n = 5)。离子图像根据TIC归一化的丰度缩放。(B) 由HMDB – v4数据库建议的C6H8O6注释的候选分子。同时展示了每个候选C6H8O6结构的相关蛋白质，这些蛋白质既由HMDB v4数据库建议，也在本研究的蛋白质组学工作流程中检测到。“N/A”表示HMDB v4数据库中不包含相关蛋白质。 参考 [1] Anal Chem. 2024 Dec 21. doi: 10.1021/acs.analchem.4c04462 注：AI辅助翻译，如有错误欢迎指出。赞赏任意金额可得pdf原文。

帕金森病（PD）是一种影响中枢神经系统的退行性疾病，在美国大约有100万人受到它的影响，而预计到2042年，全球的患者人数可能会攀升至1290万。作为仅次于阿尔茨海默病的第二大神经退行性疾病，帕金森病主要影响老年人群，在85至89岁年龄段达到发病高峰，并且男性比女性更容易患病。 在临床上，帕金森病患者会经历多种运动和非运动症状，这些症状给他们的日常生活带来了诸多不便。病理特征上，帕金森病表现为黑质区域神经元的丧失，导致纹状体内的多巴胺含量减少，并伴有中脑区域出现的路易小体。 虽然高龄被认为是帕金森病的主要风险因素之一，但生活方式的选择，如饮食习惯，以及环境暴露也同样在疾病的发展过程中扮演了重要角色。在过去十年里，遗传学研究揭示了一些与家族性帕金森病相关的罕见基因突变，并通过大规模全基因组关联研究GWAS）发现了散发性帕金森病的多基因背景。尽管已知的遗传变异解释了大约22%的遗传易感性，但至今为止确认的遗传位点只能解释其中的一小部分。 为了填补这一空白，需要更多的病例研究。此外，理解帕金森病风险变异的功能影响对于确定潜在的治疗目标至关重要。然而，尽管人类遗传学在药物研发中用于识别和验证靶标，但GWAS信号往往不能明确指出致病基因。 蛋白质组学研究可以补充这一不足，因为它能帮助我们了解帕金森病风险变异的功能效应，并可能识别出治疗目标和潜在生物标志物。蛋白质不仅是细胞结构的基础，也是许多调节过程的关键参与者，它们的作用不仅取决于其数量，还包括其相互作用、运输以及翻译后的修饰。因此，蛋白质组学研究具有巨大的潜力，可以作为生物标志物、治疗目标及疾病进程监测的工具。 近期的技术进步使得大规模的人群蛋白质组学研究成为可能，例如英国生物银行制药蛋白质组学项目（UKB-PPP），就为研究基因-蛋白质相互作用提供了新的机会。 图片来源：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41467-024-50718-x 近日，来自美国的研究者们在Nat Commun杂志上发表了题为“Proteogenomic network analysis reveals dysregulated mechanisms and potential mediators in Parkinson's disease”的文章，这项研究通过蛋白质基因组网络分析揭示了帕金森病中的失调机制和潜在的介质，有助于我们更好地理解帕金森病中的基因-蛋白质动态，并为识别与GWAS信号相关的潜在介质提供了范例。 蛋白质基因组网络分析 图片来源：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41467-024-50718-x 在这项研究中，研究者开发了一个三相系统级蛋白质基因组学分析框架来表征疾病相关蛋白质和失调机制。蛋白质基因组学分析确定了577种丰富帕金森病相关途径的蛋白质，如细胞因子受体相互作用和溶酶体功能，以及9种在疾病发病机制中具有潜在作用的蛋白，包括LGALS3、CSNK2A1、SMPD3、STX4、APOA2、PAFAH1B3、LDLR、HSPB1、BRK1。 蛋白质基因组网络分析揭示了帕金森病的失调机制和潜在的介质示意图 图片来源：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41467-024-50718-x 综上所述，通过整合UkB蛋白质基因组数据，研究者们创建了一个网络模型，以描绘基因组-蛋白质组的关系及其相互作用。这种综合方法为理解帕金森病及其他复杂疾病的遗传驱动蛋白破坏提供了一个全面的视角，并为进一步研究这些受影响的蛋白质奠定了基础。 参考文献： Abolfazl Doostparast Torshizi et al. Proteogenomic network analysis reveals dysregulated mechanisms and potential mediators in Parkinson's disease. Nat Commun. 2024 Jul 31;15(1):6430. doi: 10.1038/s41467-024-50718-x. 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！ 点击下方「阅读原文」，前往生物谷官网查询更多生物相关资讯~

*仅供医学专业人士阅读参考神经元内过度磷酸化Tau蛋白积累所导致的神经原纤维缠结，是阿尔茨海默病的主要病理特征之一。 研究表明，异常Tau蛋白可以以游离形式或细胞外囊泡（EV）包裹的形式，在神经元之间传播。目前，靶向游离Tau蛋白的Tau抗体药物临床试验屡屡受挫，尚无临床药物，前段时间我们已经一起讨论过。而通过抑制细胞外囊泡释放来阻止异常Tau在神经元之间扩散的治疗策略，仍有待探索。 近日，美国约翰霍普金斯大学医学院的Norman J. Haughey、Dimitrios Kapogiannis和Barbara S. Slusher等人，在Translational Neurodegeneration期刊上发表最新研究。他们发现，长期给药一种抑制Tau蛋白扩散的小分子口服抑制剂，能够有效减缓阿尔茨海默病（AD）小鼠的Tau蛋白传播，并改善神经炎症等其它AD病理。论文首页截图 中性鞘磷脂酶2（nSMase2）是协助细胞制备细胞外囊泡的关键酶。nSMase2能够将细胞膜中的鞘磷脂裂解成神经酰胺，富集的神经酰胺改变细胞膜物理特性，导致细胞外囊泡出芽。抑制nSMase2的活性，可以改变细胞的囊泡运输机制。 PDDC是由美国约翰霍普金斯大学医学院的研究人员开发的首个具有高度选择性、脑渗透性的nSMase2抑制剂口服药物。在这项研究中，Barbara S. Slusher等人利用Tau病理的AD小鼠模型（P19）探索PDDC的效果。 结果显示，AD小鼠从4个月龄起每周5天口服PDDC（约3mg/天），治疗5个月后，体重变化与常规饲料喂养的AD小鼠相近，没有引起行为异常或肝肾功能的不良影响。 在进行体外实验时，研究者们有个前所未有的发现。他们观察到，转染突变pTau蛋白（人类Tau蛋白）后，大鼠海马神经元的nSMase2活性显著增强，神经酰胺水平明显提高。 与体外实验结果一致，与野生型小鼠相比，AD小鼠的海马神经元nSMase2活性更高、11种神经酰胺水平提高。但是经PDDC治疗的AD小鼠，nSMase2活性和神经酰胺水平的异常升高完全正常化，与野生型小鼠相近。 PDDC治疗对体重和nSMase2活性的影响 进一步研究表明，PDDC治疗不会改善AD小鼠的Tau蛋白过度磷酸化，但可以降低总Tau蛋白水平（P=0.0041）。另外检测到，PDDC能够有效抑制神经元和小胶质细胞产生细胞外囊泡，降低血液和大脑中的细胞外囊泡数量。 研究者们还利用Tau蛋白快速传播的小鼠模型证明，PDDC治疗显著减少Tau蛋白到大脑对侧部分的传播。 PDDC治疗减少Tau蛋白扩散 PDDC的作用不局限于抑制Tau蛋白扩散。AD小鼠实验结果表明，PDDC治疗对保护神经结构和功能具有积极作用，可以减少海马损伤和突触损失。同时，PDDC治疗减少AD小鼠大脑中小胶质细胞和星形胶质细胞的活化，这对于减轻AD的炎症相关病理具有潜在帮助。 总而言之，这项研究首次发现，异常Tau蛋白可以提高海马神经元的nSMase2活性和神经酰胺水平。当异常Tau蛋白表达增加时，nSMase2活性增强、神经酰胺水平升高，促进细胞外囊泡的形成以及异常Tau蛋白的释放和传播，导致更多健康的神经元遭受异常Tau蛋白的迫害。 约翰霍普金斯大学医学院的研究人员开发的口服药物PDDC，可以破解异常Tau蛋白的这一计谋。通过抑制nSMase2活性，PDDC不仅可以直接减少Tau的传播，还可以缓解其它AD病理，比如减少神经炎症和突触损失，使大脑神经酰胺水平正常化。 机制图 在走向临床试验之前，仍需要对PDDC的耐受性进行进一步评估。不过，根据当前的数据， PDDC或可作为一种有前途的治疗新策略，通过减少过度磷酸化Tau的扩散来减缓AD的进展。 参考文献：[1]https://translationalneurodegeneration-biomedcentral-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/10.1186/s40035-023-00383-9本文作者丨张艾迪